毕 业 论 文（设 计）
中文题目：恒流开关电源设计与研发
英文题目：MCU-based switching power supply design
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基于单片机的恒流开关电源
I
摘要
本开关电源设计采用 STC12C5A60S2 单片机发生 47KHZ 的 PWM 脉冲信号，经过
IR2104 控制 MOS，从而控制整个 BUCK（降压式变换）电路。单片机内部自带的 10 位
ADC 能通过电压电流检测电流实时反馈电流和电压数值，并由此调整输出的 PWM 的占空
比，形成电流电压闭环控制系统。按键能设置输出电流从 0.2A 到 2A，以 0.01A 递增，输
出最大 10V，液晶能显示实时输出电流与电压。根据测试，满载的供电效率为 88%。按键
设置的输出电流的误差小于 0.01A。
关键词：开关电源，BUCK，STC 单片机，IR2104，恒流源
基于单片机的恒流开关电源
II
MCU-based switching power supply design
Abstract
The switching power supply design uses STC12C5A60S2 microcontroller PWM
pulse signal 47KHZ happen, after MOS driver IC IR2104 control the whole BUCK circuit.
MCU comes with 10 internal ADC voltage detection current by real-time feedback
current and voltage values, and thereby adjust the output PWM duty cycle, forming a
voltage closed-loop control system. Button can set the output voltage from 0V to 10V
limit of, 1V steps, the LCD can display real-time output voltage and current. 10W at the
rated power output, full load power efficiency of 81%. Buttons to set the output voltage
error is less than 0.1V..
Key words: Switching power supply BUCK STC microcontroller IR2104
Adjustable output
基于单片机的恒流开关电源
III
目录
1 前言 .............................................................................................................................................1
1.1 课题研究意义 ..................................................................................................................1
1.2 研究现状及存在问题 ......................................................................................................1
1.3 研究内容和方式 ..............................................................................................................2
2 系统分析......................................................................................................................................4
2.1 系统论述 .........................................................................................................................4
2.2 Buck 工作原理 ................................................................................................................4
2.3 Buck 波形分析 ................................................................................................................5
2.4 Buck 稳压分析 ................................................................................................................6
2.5 小结 ..................................................................................................................................7
3 硬件设计 ......................................................................................................................................8
3．1 总统框架 ........................................................................................................................8
3．2 各部分电路的选择 ........................................................................................................8
3．3 小结 ..............................................................................................................................13
4 软件设计 ....................................................................................................................................14
4．1 电压电流双闭环控制算法设计 ..................................................................................14
4．2 主程序程序设计 ..........................................................................................................15
4．3 按键子程序设计 ..........................................................................................................15
4．4 ADC 中断程序 ............................................................................................................16
4．5 关键程序 ...................................................................................................................17
5 系统测试 ....................................................................................................................................19
5．1 实物图片 ......................................................................................................................19
5．2 电压调整率测试 ..........................................................................................................19
5.3 负载调整率测试 .........................................................................................................21
5.4 电路效率测试 .............................................................................................................22
6 总结 ...........................................................................................................................................25
6．1 结论 ..............................................................................................................................25
6．2 创新点 ..........................................................................................................................25
6．3 存在问题 ......................................................................................................................25
致谢 ...............................................................................................................................................26
参考文献 .......................................................................................................................................27
附录 ...............................................................................................................................................28
附 C 语言程序源代码........................................................................................................28
基于单片机的恒流开关电源
1
1 前言
1.1 课题研究意义
开关电源顾名思义，开关电源便是使用半导体开关器件（如晶体管、场效应管、可控
硅闸流管等），经过控制电路，使半导体开关器件不停地“导通”和“关闭”，让半导体开关器
件对输入的电压进行脉冲调制，从而完成直流到交流、直流到直流电压变换，和输出电压
可调和自动稳压。
开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变
模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于直流交流逆变电源，或直流/直流
电压变换；后面两种工作模式一般用在开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种
工作式样：直接输出电压的方式、平均值输出电压的方式、幅值输出电压的方式。同样的，
前一种工作方式经常用在直流/交流逆变电源，或直流/直流电压变换；后两种工作模式经
常用于开关稳压电源[1]。
1.2 研究现状及存在问题
近半个世纪以来，国内外学者对开关电源进行了很多的研究，取得了很多的成果。
1.2.1 国外研究现状
上个世纪的 50 年代初，美国宇航局为了搭载火箭，开关电源诞生了，这便是开关电
源诞生的起源，此开关电源以小型化、轻巧化为目标。在历史进程中进行了近半个多世纪
后，开关电源技术越来越成熟，更因具备了性能稳定、小、发热较低、轻、转换效率高等
优点慢慢的在取代了传统电源技术下所制造的不间断工作电源，并在电子设备等各领域有
了广泛的应用。最终在 80 年代，率先完成了大部分电子产品的电源换代，同时也完成了
全面开关电源普及化。在到来的 20 世纪 90 年代，开关电源更是进入了快速发展的黄金时
间，家电、电子设备都得到更广泛的应用。又经历了几十年的努力下，现在的开关电源技
术都有了技术性的重大突破与发展。更多新技术的发现与开发将当代开关电源又带上了另
一个全新的时期，在高新技术领域的应用更是推动了高新技术产品的发展，其中以其小型
化、简便化的特征尤为突出。
1.2.2 国内研究现状
国内学者有关开关电源的研究，有以下研究状况：
