1引言

题目整体考察的就是DC-DC变换器的设计、使用、控制。

设计方面可以通过基本的升降压电路、DC-DC芯片完成DC-DC变换功能。而本次设计就选用了最基本的buck电路闭环控制设计。Buck电路，又称降压电路，由PWM波控制其，基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。实现了DC-DC变换的相对稳定输出。

控制方面，选用了国产芯片MM32SPIN27PS，MM32SPIN27PS是灵动专门为电机与电源相关应用设计的产品家族。本产品是使用高性能的Arm Cortex-M0 为内核的32 位微控制器，最高工作频率可达96MHz，内置128KB Flash、12KB SRAM，具有丰富的I/O 端口和外设。

电流检测采用ACS712模块，ACS712是基于霍尔效应的电流传感器,带 2.1 kVRMS电压绝缘及低电阻电流导体的全集成传感器IC可检测，可对0-20A的电流进行测量。

2系统方案

2.1  方案描述

根据题目的要求，确定如下方案：选择Buke电路进行DC降压；使用MM32SPIN27PS对电路进行信息处理和控制；通过控制Buke电路，从而控制电源的充放电。

2.2  方案比较

（1）最小系统板的选择

方案一：C51

方案二：M32SPIN27PS

方案三：STM32

方案四：K60

51单片机处理位数太低，数据处理和运算能力太低，显然不满足系统要求；M32SPIN27PS、STM32和K60是32位，三者都满足系统要求，不过K60的价格高，性价比不高，不建议采用；处理运算时，STM32速度略快但功耗也略高；M32SPIN27PS是专门为电机与电源相关应用设计,具有丰富的I/O口，较好满足所需，且为国产芯片。综合所做系统复杂度考虑，相对而言，M32SPIN27PS更为适合。

（2）基于DC-DC降压的选择

方案一：降压芯片SY840ABC

方案二：搭建降压电路Buke

初始选择降压芯片SY840ABC，搭建好外围电路后，进行测试后，未达到预期效果，所具有的资料太少，且所需元件也较稀有，不太适合短时间电路搭建；Buck电路是基础电路，也是最为经典的降压电路，且输入输出范围符合要求，相对更为合适。

（3）驱动芯片的选择

方案一：EG2104

方案二：IR2104

EG2104 高端的工作电压可达 600V，低端 Vcc的电源电压范围宽 2.8V～20V，静态功耗小于 1uA；IR2104工作电压可达600V，稳定性相对较好，且芯片外围电路简单，而EG2104芯片稳定性较差，综合比较选择IR2104作为驱动芯片更合适。

2.3  方案选择

综合所有选项，系统方案选定完毕。如下：

最小系统板：M32SPIN27PS 

降压电路选择：Buck

驱动芯片：IR2104

3系统结构论证与电路设计

3.1 总电路系统框图及流程图

直流电源流入电路，首先电源两极接入一个滤波电容，再通过Buck电路得到输出电压，输出接入负载和电池电源，同样都需要并联电容。系统总体框图如图所示：

MM32核心板控制Buck电路，通过对电路电压电流进行采样，通过PID算法，来得到稳定的电压输出。电源的充放电同样可以通过Buke电路来控制其充放的状态。系统流程图如图所示：

3.2 Buke电路与驱动电路原理图

控制的PWM信号送入以IR2104为驱动芯片的驱动电路，用来驱动IRF540N的导通或断开，从而使得达到降压目的。原理图如图所示：

 

4程序设计

4.1 程序设计流程

4.2 程序介绍

程序设计采用模块化设计，各功能函数经过主函数调用，程序首先是初始化，当开关启动后，对各引脚初始化，然后主函数开始调动各函数。

对电压电流进行连续采样，通过权重滤波算法，得到较为准确的采样值，根据采样值与目标值的偏差，利用PID算法来控制PWM波的占空比，从而实现输出电压的升降。对电流电压采样值的判断，观察电路环境，与模式一模式二的条件进行匹配，从而进行模式选择。

4.2 程序介绍

见附件

5测试方案与测试结果

5.1 测试设备及方案 

所用测试设备有：直流电压源，万用表，数字示波器。

测试方案描述如下：

（1）US=50V、IO=1.2A 条件下，变换器工作在模式 I，UO=30V±0.1V，IB≥0.1A。

 表1 基本要求（1）的测量结果

	1	2	3	4	5	分析
UO	30.01	30.05	29.92	30.08	30.15	存在测量误差
IB	0.22A	0.23A	0.18A	0.20A	0.15A	存在测量误差

（2）IO=1.2A、US由 45V 增加至 55V ，电压调整率 SU ≤ 0.5% 。

表2 基本要求（2）的测量结果

	1	2	3	4	5	分析
SU	0.5%	0.45%	0.55%	0.40%	0.45%	有测量误差

（3）US=50V、IO由 2A 减小至 0.6A，负载调整率 SI ≤ 0.5%。

表3 基本要求（3）的测量结果

	1	2	3	4	5	分析
SI	0.5%	0.45%	0.55%	0.40%	0.45%	有测量误差

（4）US=50V、IO=1.2A 条件下，变换器效率hI ≥90%。

表4 基本要求（4）的测量结果

	1	2	3	4	5	分析
hI	94%	95%	95%	94%	94%	满足

5.2测试结果分析

（1）基础要求（1）：测量结果满足要求，有少许误差，应是测量方面存在的误差，可以忽略，相对结果而言，基本满足需求。

（2）基础要求（2）：测量结果满足要求，有少许误差，应是测量方面存在的误差，可以忽略，相对结果而言，基本满足需求。

（3）基础要求（3）：测量结果满足要求，有少许误差，应是测量方面存在的误差，可以忽略，相对结果而言，基本满足需求。

（4）基础要求（4）：测量结果满足要求，设计方案可行。

6结论

电源类实验有一定的危险性，一定要选好正确的方案，当电路连接好时一定要检查有没有错误，最好请教老师。本次实验历时3天4夜，在这个过程中学到了很多，也深深认识到自己的不足，电源类题目考察的是我们对电路一些基本特性的理解，电路元件大小的选择，一些参数的修改，这些改动都会影响最后产品的性能。

心得：第二次做电赛，又有了不同的收获，第一次做电赛的时候我们磕磕绊绊拿了一个省三，这一次我们选择了电源题，是新的开始亦是突破，可惜，对于一些参数的选定和最终电路的搭建出现了一点问题，不过，参与对我们来说就是最大的收货，理论和实践的结合也让我们意识到知识的重要性，这一次学到了很多，也很开心有这样一次机会用这几天，用尽全身经历来做这件事情。

最后，电赛已经结束了，可我们并不认为这个作品已经完成，没完成的我们也一定会在日后的时间里来完善它。

附件代码：

#include "headfile.h"
// **************************** value group ****************************
char txt[20];
// **************************** code group ****************************
int main(void)
{
        direction = 1;                        //   Set initial direction to positive 
        delta = 1;                           //   Amount by which to adjust the PWM - 7-bit resolution so duty step of 2% 
        pwm = 26;                           //   Initial position of the PWM - 50% Duty Cycle with 7-bit resolution.    
        upperbound = 49;                     //   Upper bound of the PWM %          
        lowerbound = 1;                        //   Lower bound of the PWM %          
        power = 0;                           //   Initial Value of Power             
board_init(true); 
// 初始化 debug 输出串口
        lcd_init();
        gpio_init(A9,GPO_PP,1);
        gpio_init(A10,GPO_PP,1);

        adc_init (ADC_1, ADC1_CH00_A00, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH01_A01, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH02_A02, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH03_A03, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH04_A04, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH05_A05, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH06_A06, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH07_A07, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH08_B00, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH09_B01, ADC_12BIT);
        adc_init (ADC_1, ADC1_CH10_B02, ADC_12BIT);
        pwm_init (TIM_2,TIM_2_CH3_C09,50*1000,6000);
        pwm_init (TIM_2,TIM_2_CH4_B11,50*1000,5600);
       tim_interrupt_init (TIM_3, 200, 0x00);
//此处编写用户代码(例如：外设初始化代码等)

//此处编写用户代码(例如：外设初始化代码等)

while(1)
{
           systick_delay_ms(300);
          lcd_clear(WHITE);
          sprintf(txt,"U1:%d",ADC_Value[0]); 
          lcd_showstr(0,0,txt);
          sprintf(txt,"error:%.2f",error); 
          lcd_showstr(0,1,txt);
          sprintf(txt,"pwm_i:%.2f",pwm_i); 
          lcd_showstr(0,2,txt);
          sprintf(txt,"pwm:%d",pwm); 
          lcd_showstr(0,3,txt);
          sprintf(txt,"Us:%d",ADC_Value[1]); 
          lcd_showstr(0,4,txt);
//此处编写需要循环执行的代码
}
}
// **************************** code group ****************************