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 开关电源最早起源于上世纪50年代初，美国宇航局以小型化、轻量化为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。 20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用。 历经几十年的不断发展，现代开关电源技术有了重大的进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使中小型开关电源的工作频率达到400kHz（AC/DC）或1MHz（DC/DC）；软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减小电源的体积和重量，而且提高了电源的效率；控制技术的发展和专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正（APFC）技术的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率。 随着电力电子、电机制造技术以及新型材料的飞速发展，电源已成为各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠的工作。目前常用的直流稳压电源和开关电源两大类。由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业，开关电源也因此被誉为高效节能型电源。在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。 迄今为止，电源已成为非常重要的基础科技和产业，并广泛应用于各行业，从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持。其发展趋势为高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化。同时，电源的封装结构、外形尺寸日趋国际标准化，以适应全球一体化市场的要求。半个世纪以来，开关电源大致经历了四个发展阶段。早期的开关电源全部由分立元件构成，不仅开关频率低、效率不高，而且电路复杂，不易调试。在20世纪70年代研制出的脉宽调制器集成电路，仅对开关电源种的控制电路实现了集成化。20世纪80年代问世的单片开关稳压器，从本质上讲仍属于AC/DC电源变换器。随着各种类型单片开关电源集成电路的问世，AC/DC电源变换器的集成化变为现实。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小的缺点。开关电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它受到了人们的青睐。但它也有缺点，就是电路复杂维修困难，对于电路的污染严重：电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。开关电源的体积、重量主要由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是减小其中储能元件的体积。但它也有缺点，就是电路复杂，维修困难，对电路的污染严重。电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面： 1) 小型化、薄型化、轻量化、高频化。开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能，因此高频化是开关电源的主要发展方向。 2) 高可靠性。开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度，采用模块化技术可以满足分布式电源系统的需要提高系统的可靠性。 3) 低噪声。开关电源的缺点之一是噪声大，单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声，所以，尽可能降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。 4) 采用计算机辅助设计和控制。采用CAA技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关，高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展电力MOSFET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等方面的工作，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。 开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现AC/DC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。 开关电源的基本构成如图1所示，其中DC/DC变换器用于进行功率转换，是开关电源的核心部分.此外还有软启动、过流与过压保护等电路。输出采样电路检测输出电压变化，并与基准电压进行比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。DC/DC变换器有多种电路形式，常见的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器，在本设计中采用PWM变换器来控制功率器件的占空比。
图1. 开关电源结构图 1.2 研究目的及意义 在开关电源中，几乎不存在完美的、通用的拓扑结构，任何一种形式的拓扑结构都存在一定的局限性，设计工程师必须非常了解十余种常见拓扑结构的优缺点及适用范围，才能根据设计指标与应用环境，在常见的拓扑结构中选择合适设计的结构类型。 开关电源的特点有体积小，效率高等，因而，它被广泛地运用在计算机、通信设备、控制装置及各类生活家用电器等电子产品中。开关电源的高频化是开关电源未来发展的方向，高频化使开关电源小型化得以实现，开关电源小型化使开关电源有了更广泛的应用范围，尤其是在某些高新技术的应用上，它极大推动了新型技术产品的微小化。与此同时，开关电源的开发与运用在能源的节约、资源以及环保等方面都有着很重要的作用。 |
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 基于BT2747微小型化30V输入电压升压DC-DC电源转换微模块设计，学习了关于开关电源升压电路的基本知识，然后结合芯片引脚功能，确定了整体电路。之后，根据电路原理，计算了各元器件参数。在使用LTspice进行仿真后，改进了电路功能后，制作测试板。在对测试板进行测试并优化达到设计要求后，制作微小化模板。测试确定模板达到实验要求，完成本次设计。 其输入电压是4-30V，尺寸小于14mm*14mm*3.2mm。对其内部电路结构完成分析，并设计、制备和测试性能。本课题是完成基于BT2747降压型LED驱动微模块设计。 2.2 预期目标 设计要求如下：
|
3. 研究方法与步骤
| 3. 本课题拟采用的研究方法、步骤 |
| BT2747引脚配置如下：
BT2747参数指标如下：
基于BT2747升压型DC-DC电源转换电路如下图：
参数计算 设计要求：输入电压Vin=4V~30V，输出电压Vout=9V~48V，输出功率10W，输出电压纹波ΔVoutlt;1％Vout，肖特基二极管正向电压降VF=1V。 首先，输入输出分别取最小值：Vin=4V Vout=9V 第一步：计算平均输入电流 通过能量守恒输入功率等于输出功率可以得到以下等式： VIN**η=VOUT*Iout, η为开关电源的转换效率，考虑最差的情况取值0.8，则可以得出=3.125A。 第二步：电感的选取 占空比计算：
第三步：计算输出电容
|
4. 参考文献
| 参 考 文 献 |
| [1]许金星,徐昌华.开关式交流稳压电源的设计[J]. 现代电子技术,2010,(10):204-206.[2]刘博. Boost变换器的统一离散模型[D].西安理工大学,2009.[3]刘洪,陶生桂. 基于MATLAB的Boost电路仿真方法[J]. 通信电源技术,2004,(04):22-24.[4]费斐. 电流断续状态下Boost变换器数字优化控制[D].西安理工大学,2009[5]陈坚. 电力电子学[J].北京：高等教育出版社.2004[6]巫炜. 双路输出全功能开关型白光LED转换器XD8080集成电路设计[D].西安电子科技大学,2008.[7]王嵩. 基于LTCC技术的DC/DC开关电源模块小型化的研究[D].电子科技大学,2013[8]姜海卫. 基于BT2747隔离电源开发与设计[J].苏州科技大学，2015[9]赵亚范,刘佳琪,王坤. 基于AT89S52单片机的开关电源设计[J]. 电子测量技术,2012[10] 高建强,徐见炜. 基于M51995A的开关电源设计[J]. 科技视界,2011,(06)[11] 董治刚. 基于TPS54160芯片的开关电源设计[J]. 电工电气,2011,(06)[12] 郭忠银,高飞燕. 基于MC34063的开关电源设计[J]. 工业控制计算机,2010,(02)[13] 张继东,秦进平. 一种基于TOP260EN的开关电源设计[J]. 仪表技术,2010,(02)[14] 董治刚. 基于TPS54160芯片的开关电源设计[J]. 电工电气,2011,(06).[15] 郭忠银,高飞燕. 基于MC34063的开关电源设计[J]. 工业控制计算机,2010,(02)[16] 张继东,秦进平. 一种基于TOP260EN的开关电源设计[J]. 仪表技术,2010,(02)[17] 刘树林,刘健,杨银玲,赵新毅. Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析[J]. 中国电机工程学报,20 06,(05) [18] 侯清江,张黎强,许栋刚. 开关电源的基本原理及发展趋势探析[J]. 制造业自动化,2010,(09)[19] 林雯. 浅谈开关电源的技术发展趋势[J]. 通信电源技术,2008,(06)[20] 原田耕介,潘光华. 电源技术的现状及展望[J]. 电讯技术,1987,(03)[21] 周志敏，纪爱华.零起点学开关电源设计.北京：电子工业出版社.2013[22] 葛中海. 开关电源实例电路测试分析与设计.北京:电子工业出版社,2015 |
5. 工作计划
| 计划安排 |
| ①1周~4周：进行课题相关外文的翻译(用于神经形态计算的点产品引擎：编程1T1M交叉开关以加速矩阵向量乘法)和文献的调研选择②5周~7周：对方案进行初步分析，并且计算和验证各器件的参数③8周~9周：绘制课题相关电路图并且仿真，得出结论④10周~11周：制作电路板，焊机实物⑤12周：测试结果与分析调试⑥13周~16周：完成毕业论文 |
