本系統(tǒng)以TI MSP430F169為核心，電壓可預(yù)置，步進電壓為0.1V，輸出電壓范圍為20V～36V，輸出電流為0～2A。可顯示預(yù)置電壓，實測電壓，實測電流，實測效率。該系統(tǒng)主要由最小單片機系統(tǒng)，PWM信號控制芯片TL494，開關(guān)電源升壓主回路，片上A/D以及片上D/A組成。系統(tǒng)通過鍵盤預(yù)置電壓值送給TL494形成閉環(huán)反饋回路，采樣康銅絲上的電壓間接推算出電流并顯示。本系統(tǒng)具有調(diào)整速度快，精度高，電壓調(diào)整率低，負載調(diào)整率低，效率高，無需另加輔助電源板，輸出紋波小等優(yōu)點。

　　一、方案論證與比較

　　1.1 主控CPU的選擇

　　方案一：采用AT89S51單片機進行控制。51單片機外接A/D和D/A比較簡單，但是由于51單片機功能簡單，對于這種復(fù)雜的系統(tǒng)來說做起來比較復(fù)雜。

　　方案二：采用超低功耗單片機MSP430F169，這是一個完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片。內(nèi)部集成12的A/D和D/A芯片，且這個單片機資源非常豐富。采用JTAG方式，可通過USB口在線下載調(diào)試，使用十分方便，并且低功耗便于整體效率的提高。

　　1.2 DC-DC主回路拓撲的方案選擇

　　DC-DC變換有隔離和非隔離兩種。輸入輸出隔離的方式雖然安全，但是由于隔離變壓器的漏磁和損耗等會造成效率的降低，隔離變壓器繞制復(fù)雜，所以選擇非隔離方式，具體有以下幾種方案：

　　方案一：BUCK拓撲。見圖1，開關(guān)管V1受占空比為D的PWM波的控制，交替導(dǎo)通或截止，再經(jīng)L和C濾波器在負載R上得到穩(wěn)定直流輸出電壓Uo=D*Vd（D≤1），由于輸入電壓為18V，輸出電壓20～36V，故不能滿足要求。

　　方案二：BOOST拓撲。見圖2，開關(guān)V1導(dǎo)通時電感儲能，截止時電感能量輸出。只要電感繞制合理，能達到要求的輸出電壓30～36V，且輸出電壓Uo呈現(xiàn)連續(xù)平滑的特性。

　　方案三：BUCK-BOOST拓撲。見圖3，由于電路屬于升降壓拓撲，控制比較復(fù)雜，由于本題只需升壓，故選擇方案二。

　　1.3 控制方法的方案選擇

　　方案一：采用單片機產(chǎn)生PWM波，控制開關(guān)的導(dǎo)通與截止。根據(jù)片內(nèi)A/D采樣后的反饋電壓程控改變占空比，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。負載電流在康銅絲上的取樣經(jīng)片內(nèi)A/D后輸入單片機，當該電壓達到一定值時關(guān)閉開關(guān)管，形成過流保護。該方案主要由軟件實現(xiàn)，控制算法比較復(fù)雜，速度慢，輸出電壓穩(wěn)定性不好，若想實現(xiàn)自動恢復(fù)，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。

　　方案二：采用恒頻脈寬調(diào)制控制器TL494，這個芯片可推挽或單端輸出，工作頻率為1～300KHz，輸出電壓可達40V，內(nèi)有5V的電壓基準，死區(qū)時間可以調(diào)整，輸出級的拉灌電流可達200mA，驅(qū)動能力較強。芯片內(nèi)部有兩個誤差比較器，一個電壓比較器和一個電流比較器。電流比較器可用于過流保護，電壓比較器可設(shè)置為閉環(huán)控制，調(diào)整速度快。鑒于上面分析，選用方案二。

　　1.4 電流工作模式的方案選擇

　　方案一：電流連續(xù)模式。

　　電流連續(xù)工作狀態(tài)，在下一周期到來時，電感中的電流還未減小到零，電容的電流能夠得倒及時的補充，輸出電流的峰值較小，輸出紋波電壓小。

　　方案二：電流斷續(xù)模式。斷續(xù)模式下，電感能量釋放完時，下一周期尚未到來，電容能量得不到及時補充，二極管的峰值電流非常大，對開關(guān)管和二極管的要求就非常高，二極管的損耗非常大，而且由于電流是斷續(xù)的，輸出電流交流成分比較大，會增加輸出電容上的損耗。由于對于相同功率的輸出，斷續(xù)工作模式的峰值電流要高很多，而且輸出直流電壓的紋波也會增加，損耗大。

　　鑒于上面分析，本設(shè)計采用方案一。

　　1.5 提高效率的方案選擇

　　影響效率的因素主要包括單片機及外圍電路功耗，單片機及外圍電路供電電路的效率和DC-DC變換器的效率。故我們采用了超低超低功耗的MSP430單片機，采用了高轉(zhuǎn)換效率的芯片對外圍電路進行供電，并且采用低損耗的元器件，和優(yōu)異的控制策略。

　　二、詳細軟硬件分析

　　2.1 硬件整體框圖設(shè)計（見圖4）：

　　單片機通過鍵盤控制電壓的步進，經(jīng)過單片機控制D/A提供一個參考電壓，與輸出電壓的反饋分壓進行比較，在TL494內(nèi)部的電壓誤差放大器產(chǎn)生一個高或低電平，控制脈寬變化，來達到調(diào)整輸出電壓的變化，反復(fù)調(diào)整后使輸出達到設(shè)定得值為止。參考電壓輸出后電壓的反饋調(diào)節(jié)是由TL494自動調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)速快。

　　2.2 理論分析與參數(shù)計算

　　2.2.1 主回路器件的選擇及參數(shù)設(shè)計：

　　2.2.1.1 磁芯和線徑選擇。當交變電流通過導(dǎo)體時，電流將集中在導(dǎo)體表面流過，這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時，會聚集于總導(dǎo)體表層，而非平均分布于整個導(dǎo)體的截面積中。線徑的選擇主要由本系統(tǒng)的開關(guān)頻率確定。開關(guān)頻率越大，線徑越小，但是所允許經(jīng)過的電流越小，并且開關(guān)損耗增大，效率降低。本系統(tǒng)采用的頻率為44K，查表得知在此頻率下的穿透深度為0.3304mm，直徑應(yīng)為此深度的2倍，即為0.6608mm。選擇的AWG導(dǎo)線規(guī)格為21#，直徑為0.0785cm（含漆皮）。磁芯選擇鐵鎳鉬磁芯，該磁芯具有高的飽和磁通密度，在較大的磁化場下不易飽和，具有較高的導(dǎo)磁率、磁性能穩(wěn)定性好（溫升低，耐大電流、噪聲?。?，適用在開關(guān)電源上。