李志鹏+李琳琳+周丹丹

摘 要 相对于传统的线性稳压电源，开关电源具有效率高、输出功率大、体积小、重量轻、成本低等优点。随着电子元器件工艺的进步和新型元件的出现，开关电源的优势在不断的放大。DC-DC（直流转直流）是开关电源中一个重要的研究方向，本文以Sepic变换电路为基础，以目前ARM新型高速单片机STM32为控制核心，设计了一种智能DC-DC可调压电源设计。可以广泛用于智能手机，平板，智能机器人等集成度较高的电子设备。

【关键词】STM32 DC-DC电源 Sepic变换电路

1 Sepic变换电路原理

Sepic变换电路是6中基本的DC-DC开关电源拓扑结构之一，其特点为：既可以升压，也可以降压，输入电压与输出电压同极性。

如图1，左端为输入电压Vin，右端为输出平均电压Vout。在一个周期内，当开关V闭合，电源为电感L1充电，同时耦合电容C1经开关V为电感L2充电，续流二极管D1截止，此时，输出端滤波电容C2维持负载两端的电压；当开关V断开，电感L2经续流二极管为负载供电，同时，电感L1释放能量为耦合电容C1充电，在同一个时刻电容C1、续流二极管D1为负载供电，在断开情况下流过续流二极管D1的电流iD为电感L1、电感L2流过电流之和。输出平均电压Vout可由下列关系式得到：

式中，ton为开关每次接通的时间，toff为开关每次关断的时间。由上式可以看出，只要控制好一个周期内开通与关断的时间，就可以设置该电源为升压型或降压型。

开关电源的核心是对开关的开通和关断时间的控制，一般选用全控型器件作为开关器件如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。续流二极管采用肖特基二极管可以降低导通压降，提高转换效率。在开关周期T恒定，通过改变脉冲宽度ton来改变占空比，这种方式称为脉冲宽度调制（PWM），用来实现对电压幅值频率的控制。

2 基于STM32的PID控制原理

本文选用STM32f103为例进行讲解。使用stm32单片机作为核心，采用闭环反馈控制，控制系统如图2。

该控制系统的传递函数为：

设定值与输出控制值之间的关系：

（3）式中，e（t）=R（t）-Uout（t），Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数当输出值与设定值不同时，PID调节器就会快速稳定响应（比例控制能够提高系统的动态响应速度，迅速反应误差从而减小误差；积分控制的作用消除静差；微分控制用来减小超调量，克服震荡，使得系统稳定性提高），通过定时器输出不同占空比的PWN波来精准控制IGBT的开通与关断从而控制输出电压。需要注意的是，由于stm32最大輸出3.3V电压，不能直接驱动IGBT的导通与关断，因此需要在stm32单片机与IGBT之间添加驱动电路。

整个电路的逻辑框图如图3所示。

3 仿真结果

本设计采用了Multisim 14.0进行系统仿真，设计输入为10V，输出可调范围为3V至40V。输出波形如下：

由4、5图可以看出，在输入10V的情况下，通过改变PWM的占空比，可以在2V至40V之间进行自由快速切换。

在输出端加入LDO线性稳压装置，采用分立元件，可以有效降低纹波，提高整个电路的稳定性。

4 结语

在电子技术快速发展的今天，电子产品正朝着小型化，智能化的方向发展。本设计正是着眼于电子产品发展趋势，通过主流的STM32单片机，实现了对直流电源快速精准的控制并且实现了小型化，智能化，为电子产品内部节省了宝贵的空间，降低了功耗，符合国家节能减排，绿色发展的理念。

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作者单位

成都理工大学 四川省成都市 610059