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電池是便攜式系統(tǒng)應(yīng)用的典型電源，并且目前基于微控制器" title="微控制器">微控制器的便攜式系統(tǒng)也不少見,。各種微控制器均工作于低電源電壓（如1.8V）,。因此人們能采用兩節(jié)AA或AAA電池為電路供電。但是,，如果電路需要更高電壓——例如LCD的LED背光照明,，它需要大約7.5VDC，則必須采用合適的DC/DC轉(zhuǎn)換器把電源電壓從3V提升至需要的電壓,。不過借助幾個(gè)額外的分立元件,，人們也可采用微控制器開發(fā)合適的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器（參考文獻(xiàn)1）,。
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本設(shè)計(jì)實(shí)例介紹如何用一個(gè)微型8引腳微控制器和幾個(gè)分立元件來創(chuàng)建兩個(gè)（而不只是一個(gè)）DC/DC轉(zhuǎn)換器。該設(shè)計(jì)方案可伸縮,，人們只須改變微控制器的控制軟件,，就能使它適應(yīng)多種輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓要求。人們甚至能對(duì)微控制器編程生成任何必要的輸出電壓?jiǎn)?dòng)速率,。圖1描繪了升壓開關(guān)穩(wěn)壓器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。此類穩(wěn)壓器中的輸出電壓大于輸入電壓。升壓開關(guān)穩(wěn)壓器工作于CCM（連續(xù)導(dǎo)電模式）或DCM（非連續(xù)導(dǎo)電模式）,。更容易為DCM工作模式設(shè)置電路（參考文獻(xiàn)2）,。該名稱源于以下事實(shí)：在DCM中的每個(gè)PWM期間，電感電流降至0A并持續(xù)一段時(shí)間,；在CCM中,，電感電流從不為0A。在PWM輸出端的高電平周期結(jié)束時(shí)（此時(shí)開關(guān)接通）,，最大" title="最大">最大電流流經(jīng)電感,，大小為：
? (1)
其中VDC為輸入電壓，D為占空比,，T為總周期時(shí)間,，L為電感值。流經(jīng)二極管的電流在TR時(shí)間內(nèi)降至零,。
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(2)
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負(fù)載電流" title="負(fù)載電流">負(fù)載電流為平均二極管電流,，
(3)
根據(jù)式(1)和式(2)，簡(jiǎn)化為：
(4)
輸出電壓VOUT為：
(5)
輸出電容的值決定了紋波電壓,，電容值為：
(6)
其中dV/dt表示PWM信號(hào)期間的輸出電壓降,，I為負(fù)載電流，C為必要的輸出電容,。
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PWM波的總周期為T,，并為系統(tǒng)常量。D為PWM波的占空比,，而TR為二極管導(dǎo)電時(shí)間,。在TR結(jié)束時(shí)，二極管電流降至0A,。對(duì)于DCM,，T>D×T+TR。PWM周期T與(D×T+TR)的差值為死區(qū),。
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操作電感的開關(guān)通常是BJT（雙極結(jié)晶體管）或MOSFET。MOSFET是首選,，這是因?yàn)樗芴幚泶箅娏?，效率更高,，并且開關(guān)速度更快。但是在低壓時(shí),，很難找到柵極至源極閾值電壓足夠低的合適MOSFET,，并且可能很貴。因此本設(shè)計(jì)使用BJT（圖2）,。
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微控制器提供的PWM頻率為10kHz至超過200kHz,。期望較高的PWM頻率，這是因?yàn)樗鼛磔^低的電感值,，這就能使用小電感,。Atmel公司的Tiny13AVR微控制器具有“快速”PWM模式，頻率約為37.5kHz,，分辨率為8比特,。更高的PWM分辨率使人們能更密切地跟蹤期望的輸出電壓。對(duì)于20mH電感,，來自式(1)的最大電感電流為0.81A,。開關(guān)該電感的晶體管的最大集電極電流應(yīng)大于該值。2SD789NPN晶體管的集電極電流極限為1A,，因此適合于這種DC/DC轉(zhuǎn)換器,。根據(jù)式(4)，可由這些值實(shí)現(xiàn)的最大負(fù)載電流為54mA,，因此滿足了7.5V輸出電壓的最大需要負(fù)載電流要求,。
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Tiny13微控制器具有兩條高速PWM通道和四條10比特ADC通道。另一條PWM通道和一條ADC通道為15V輸出電壓和15mA最大負(fù)載電流創(chuàng)建了第二個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器,。該轉(zhuǎn)換器的電感器的值為100mH,。要計(jì)算輸出電容值，應(yīng)使用式(6),。對(duì)于5mV紋波,，用于7.5V輸出電壓的電容器的值為270mF，由于輸出電流為50mA且PWM時(shí)間周期為27ms,，因此該電路使用最接近的較大值330mF,。與此類似，對(duì)于15V輸出電壓,，需要的電容值為81mF,，因此設(shè)計(jì)使用100mF電容。
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微控制器所用的程序是C語言,，并使用開放源代碼AVRGCC編譯器(www.avRFreaks.net),。在沒有內(nèi)部時(shí)鐘分頻器的情況下，AVRTiny13微控制器工作于9.6MHz內(nèi)部時(shí)鐘頻率,，因此PWM頻率為9.6MHz/256=37.5kHz,。內(nèi)部參考電壓為1.1V,。主程序交替讀取ADC的兩條通道，后者在中斷例程中監(jiān)視輸出電壓,。主程序執(zhí)行無窮循環(huán),，通過讀取ADC值監(jiān)視輸出電壓，并相應(yīng)調(diào)整PWM值,。
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參考文獻(xiàn)：
1. “Boostconverter,”Wikipedia.
2. Pressman,AbrahamI,SwitchingPowerSupplyDesign,SecondEdition,McGraw-HillProfessional,1997-11-1,ISBN-10:0070522367,ISBN-13:978-0070522367.