1. 研究目的与意义
| 1．本课题研究的背景、目的及意义 |
| 1.1研究背景： 随着科技的迅速发展，21世纪已经成为信息化的时代，信息化的快速发展使得人们已经渐渐的离不开电子产品设备，而这些电子设备、产品都离不开电源。电源在一个系统里充当非常重要的的角色。从某总意义上说，电源可被客观的看作是系统的心脏。电源给系统的电路提供持续的、稳定的能量，并使系统免受外部侵扰。可见，电源的性能优劣与电子设备的各项技术指标和可靠性息息相关。如今，电源己成为实现功率转换和能源变换的重要设备，其具有技术含量高，科技范围广，更新换代快等特点，己广泛应用于农业、交通、文化、信息、国防、航空等领域并在工业生产及生活供电领域起到了不可或缺的作用。在各行业科技脚步迅速迈进的今天，对作为电子设备核心环节的电源部分也提出了越来越高的要求，低污染，低成本，高效化，高频化，电磁兼容，运行可靠性，安全性等性能都需要有大幅的提升空间。为达到这些要求，电源设计理论同控制原理，电力电子技术，计算机仿真等学科相结合，结合脉宽调制技术，高频变换技术，同步整流技术，功率因数校正技术来充实和完备电源设计理论。发展出应用于不同行业的不同种类电源来适应不同领域的需要。可以说电源产业已经完全的渗透于我们的人类的生产和生活之中，并在方方面面，每时每刻的发挥着其巨大的作用。传统的开关电源可以分为三大类：控制方式、拓扑结构、电压转换形式。按控制方式可分为脉冲调制变换器、谐振式变换器。按拓扑结构可分为隔离型和非隔离型。按电压转换模式可以分为AC/DC和DC/DC两种形式，其中AC/DC为一次电源，即整流电源；另一种DC/DC为二次电源，其中以Boost, Buck, Buck-Boost三种升降压电路为主，但是Cuk电路及Sepic电路也因自身拥有升-降压功能而被应用于生产、生活中很多方面。由于集成电路的迅速普及，电子设备趋向小型化，并已广泛应用于我们现代社会生活的各个领域中，随着社会的信息化，它的应用领域将不断快速扩大，可以说是无处不在。现代电子设备所需电力的稳定供应，几乎都依赖于开关电源来实现。 1.2研究目的和意义
开关电源具有体积小、损耗低的特点，近年来也随同电子设备的快速发展而日益进步，供电方式由集中供电向分布式供电发展，并对其可靠性提出了更高的要求。开关电源是相对线性电源说的。他输入端直接将交流电整流变成直流电，再在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感（高频变压器）的帮助下，输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与他的工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它受到人们的青睐。这种方式还有好多优点，一是稳压范围宽，在一定范围内输出电压与输入电压变化无关，电脑电源可以在80V－240都可以正常工作，是其它方式电源无法比拟的。二是效率高，由于采用开关震荡工作方式，热损耗特别少，发热低。三是结构简单，相对于其它相同功率的电源，开关电源的体积与重量要少得多。因此，在众多的电子设备中，开关式电源已经是相当普遍。 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 总之，开关电源技术因市场需求发展，新技术也会随之出现从而开拓更多新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、智能化等的实现标志着技术的成熟，实现高效率与高品质用电相结合。以开关电源为核心的很多技术还需要不断研究进步。
|
2. 研究内容与预期目标
| 2．本课题主要研究内容和预期目标 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2.1研究内容 本课题是完成基于BT2747微小型化24V输入电压升降压型DCDC电源转换微模块设计。采用的是SEPIC升降压电路，其输入电压是5-24V，输出电压是3.3-26V，尺寸小于14mm*14mm*3.2mm。最终完成对芯片参数的分析、计算和选择，完成焊接，最后优化到设计指标（如下图1） 图1：BT2747设计指标
BT2747 BT2747是贝克瓦特的一款升压型、反激式开 关稳压器芯片。内置一枚2A 70V功率开关管，集成逻辑管理电路。BT2747的输入电压范围为4V至55V，具有模式选择功能，可切换到反激式工作模式。
2.2预期目标 （1）理解SEPIC转换电路的原理，并明白BT2747各引脚的功能。 （2）画出正确电路图并分析，用LTspice对电路进行仿真和优化，使得电路结构正确，绘制电路图。 （3）完成器件参数的分析、计算和选择。 （4）设计微小化PCB设计，达到设计指标，绘制电路板。 （5）焊接完成微模块，测试、分析和优化达到设计指标。
|
3. 研究方法与步骤
| 3．本课题拟采用的研究方法、步骤 3.1 SEPIC转换电路的理解 SEPIC转换电路是升降压转换电路，是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DCDC变换器（如图2）。这种电路最大的好处是输入输出同极性，尤其适合于电池供电的应用场合，允许电池电压高于或者小于所需要的输入电压。
图2 SEPIC转换电路 Sepic电路的基本工作原理为：当开关管Q受脉冲信号触发因此导通时，V1—L1—Q回路C1—Q—L2回路同时导通，L1和L2储能。Q处于断态时，V1—L1—C1—D—负载（C2和R）回路及L2—D—负载回路同时导通，这个阶段V1和L1既向负载供电，同时也向C1充电，C1储存的能量在Q处于通态时向L2转移。其特点是既可以升压也可以降压，且输入电压与输出电压极性相同；输入回路串联电感，因此输入电流纹波小；电容C1的作用有两个，一是在开关S导通时给电感L2储能，另一是限制其上的开关频率纹波分量，使之远远小于其上的稳态电压。输出滤波电容的作用也有两个，一是提供开关S导通时的负载能量，另一是限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远远小于稳态的直流输出电压。在忽略电容C1电压和输出电压的开关纹波时， 电容电压：Vc1=V1（可以从电感开关周期平均电压为零获得） 正向伏秒：V1*DTQ 反向伏秒：V2*（1-D）TQ 可以利用电感电压伏秒平衡定律得出：V1*DTQ=V2*（1-D）TQ 推得基本Sepic变换器在理想情况下的稳态电压关系为： |
|
其中：D为驱动脉冲的稳态控制占空比，有0Dlt;1,所以基本sepic变换器的输出电压既
可大于他的输入电压，又可小于它的输入电压，是一种升降压变压器，且输出与输入是
相同的电压极性。
3.2熟悉BT2747的引脚作用
图3引脚图
引脚说明：（如图3） (1)PGND端：电源地，大电流从SW流出 (2)VIN端： 供电引脚，使用它要连接旁路电容 (3)RFB：外部反馈输入引脚通过RFB的电阻连接到SW,由RFB和FB的电阻决定输出电压。 (4)VC：环路补偿连接RC串联到地。 (5)SW:有大电流通过时，电感中这个电流通过它流入地。 (6)S/S:1.同步外部时钟，在输入的电压沿下降的功率管打开，同步开启2.S/S从低变高到1.5V时，芯片正常工作，从高变低为1.06V时，芯片关机芯片一般工作时，将是S/S接到Vin。 (7)SGND:信号地，流入芯片的驱动电流从该引脚流出 (8)FB:外部反馈电阻的输入引脚，通过电阻RFB连接Vout.电阻RFB和RREF决定输出电压。 3.3参数确定 3.3.1负载电阻RL的确定 负载电阻RL按式确定
其中额定输出电流： ， V0为输出直流电压 ，P为输出功率
3.3.2电感L1,L2的确定 SPEIC斩波电路使用两个电感L1和L2，这两个电感可以绕在同一个磁芯上，因为在整个开关周期内加在它们上面的电压是一样的。使用单独的一个耦合电感比使用两个独立的电感更加节省PCB的空间而且可以有效的降低成本。确定电感的一个好规律就是，在最小的输入电压之下，使得纹波电流峰峰值约等于最大输入电流的40%。 如果选择将两个相同的电感L1、L2绕在同一个磁芯上，因为互感作用上式中的电感值就可用2L代替。 纹波电流 ：
电感为：
其中Vi为输入电压，V0为输出电压
3.3.3储能电容C1的确定SEPIC斩波电路的电容必须能够承受跟输出功率有关的有效电流。这种特性使SEPIC特别适用于流过电容的有效电流（跟电容技术有关）相对较小的小功率应用。SEPIC电容的电压额定值必须大于最大输入电压。C1的纹波电压的峰峰值可以这样计算∶
满足需要的有效电流的电容在C1上一般不会产生太大的纹波电压，因此峰值电压通常接近输入电压。 3.3.4滤波电容C2的确定在SEPIC中，当电源开关Q1打开时，电感此时充电，输出电流由输出电容提供。 因此输出电容会出现很大的纹波电流。选定的输出电容必须能够提供最大的有效电流。 ESR、ESL和大容量的输出电容直接控制输出纹波，如所示，假设一半纹波跟ESR有关，另外一半跟容量有关，因此
输出电容必须满足有效电流、ESR和容量的需求。取纹波电压为2%的输出电压。 3.3.5输出二极体的选择 这里需要选择能够承受电流峰值和反向电压的二极体。在SPEIC中，二极体的电流峰值跟开关的峰值电流IQ1peak相同。二极体必须能承受的最小反向峰值电压为∶ VRD1=Vin Vout=V
跟升压转换器相似，二极体的平均电流跟输出电流相同。二极体的功耗等于输出电流乘 以二极体的正向压降。为了提高效率建议使用肖特基二极体。 |
4. 参考文献
| 4．本课题主要参考文献 |
| 1孙树朴，郑征等.电子电子技术.徐州：中国矿业大学出版社.2000 2周志敏，周纪海.开关电源实用技术－设计与应用.北京：人民邮电出版社.2003 3杨 旭，裴云庆，王兆安.开关电源技术.北京：机械工业出版社.2003 4[日]原田耕介 主编.耿文学 译.开关电源手册.北京：机械工业出版社.2004 5刘泉海，陈因等.电子电子技术.重庆：重庆大学出版社.2004 6滕国仁.脉宽集成控制器UC3842在开关电源中的应用.华北矿业高等专科学校学报 7张占松，蔡宣三.开关电源的设计与应用.北京：电子工业出版社2001 8 魏学业,汪正,马荣全.开完电源设计全实例精解.北京：化学工业出版社2016 9周志敏,纪爱华.学开关电源设计.北京：电子工业出版社2014 10R.D. Prabha等人，“收获电路微型光伏电池，”IEEE国际年。电路与系统，pp. 309-312.，可能2011。 11E.O. Torres和G.A. Rincon Mora，“持久，自持，和能量收集系统封装（SIP）的无线微传感器的解决方案，”Int. Conf.在能源、环境和灾害，页1 - 33，月2005。 12A. Hande等人，“传感器网络路由节点的室内太阳能，“微处理器与微系统，31卷，6号，第420-432，月2007日。 13N. Guilar，集成太阳能收集和储存过程。低功耗电子与设计国际研讨会，页20 - 24，8月2006。 14 M. Ferri等人，“模型的集成微型光伏电池结构提供微收获0.35 ^μm CMOS工艺， IEEE传感器，第232 - 235，11月2010。 15G. Perlaky等人，“集成MOS兼容的太阳能电池阵列供电的传感器，”IEEE设计和电子电路和系统的诊断，页251 - 253，2006。 16B. Plesz等人，“CMOS兼容的集成太阳能光伏电池阵列”的可行性研究，症状。在设计测试集成与封装ofmejms / moejms，页403 - 406，2010。 17 M.L. Simpson等人，“应用程序特定的光谱响应与CMOS兼容的光电二极管，”IEEE Trans。对电子器件，Vol.46，页905 - 913，1999。 18 Keith Billings 开关电源手册 人民邮电出版社 2006 19S. Kim和G.A. Rincon Mora，“实现高效率微瓦载荷作用下开关降压型DC-DC转换器、低功率电子期刊》，5卷，2号，2009八月。 20C. Olalla等人，“建筑与光伏应用模块集成DC-DC变换器的控制，”IEEE Trans。关于电力电子学，第1 - 17，9月2012。
|
5. 工作计划
| 5．本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容） |
| 1周~4周 翻译和文献调研
5周~12周 设计与仿真
13周~16周 毕业论文
17周答辩
|
