基于微控制器的升壓轉(zhuǎn)換器的制作教程

步驟1：基本原理

Wikipedia對該原理進行了很好的解釋，但是這里有一個快速指南：

升壓轉(zhuǎn)換器可快速打開和關閉開關。 （我的設計以65kHz運行。）

開關閉合時（第一幅圖），它在輸入電源兩端連接一個電感，而二極管則阻止任何電流從輸出側(cè)回流。

電感器充電。 （盡管在輸入端短接一根線圈的線圈似乎會浪費很多功率，但電感器實際上會將能量存儲在其內(nèi)核中。）

當開關斷開時，電感器會抵抗任何變化電流（并且將其短接在電源上意味著它有很多電流通過）。由于輸出側(cè)的電阻比開關高得多，因此電感器必須提高其電壓以保持電流流動。 （通過改變電壓來阻止電流變化是電感器的神奇特性。）

輸出電容器從電感器和更高電壓的電源中充電。

當開關再次接通時，電容器將以較高的電壓充電并為負載供電，直到下一個周期。由于電源僅在時間的一部分上施加到輸出側(cè)，因此輸出電壓上始終會出現(xiàn)紋波。

如果開關在每個周期中導通時間相對較長（其占空比較高），則電感器會存儲更多能量，從而在開關斷開時會產(chǎn)生更高的輸出電壓。通過控制占空比，可以調(diào)整電壓。

就原理而言，您如何將其變成真實的電路？

第2步：選擇關鍵組件

為獲得準確值，我整理了一個Google電子表格模板，該模板可通過TI進行計算指南。下面，我嘗試總結閱讀文檔并四處搜索后收集的經(jīng)驗法則。

電感器

電感器是電路中最重要的部分。

它的標題值是它的電感，以亨利為單位。電子表格將幫助您計算正確的值。我建議將計算值設為1.5-2倍，以便有一定的余量。

您還需要簽出：

額定電流，該電流必須足以處理電感中的峰值電流（由電子表格計算）。

形狀：之所以選擇環(huán)形線圈，是因為它們應該具有較低的EMF干擾。我讀過的一位消息人士說，如果您不擔心干擾，則線軸電感器是最好的選擇。

核心材料是您想要的一種適合功率電感器的材料。我去買了一個作為功率電感器銷售的環(huán)形線圈。我相信它具有鐵氧體磁芯。

我使用了這個150uH電感器。

開關

這是電路中第二重要的部分，以及我第一次犯錯的地方。 MOSFET是一個不錯的選擇，因為它很容易用微控制器驅(qū)動。您需要注意以下幾點：

Rds（on）這很關鍵，它是開關打開時的電阻。我的第一次嘗試是因為這里的值太高而使人sc目結舌。 《10mOhm是理想的。如果該值太高，則電感器將無法吸收足夠的電流，從而浪費了開關中的功率。

Vgs（th）值，這是您必須施加到晶體管柵極以使其導通的電壓。如果您使用的是5V微控制器，則該電壓必須為1-2V。

Vds（max），這是晶體管可以處理的最大電壓，用于輸出電壓加上一些安全裕度。

Ids（max），即開關可以處理的最大電流。根據(jù)電子表格，該值必須大于峰值電流。

我使用了此開關。

電容器

電子表格應計算電路中電容器的最小值。我發(fā)現(xiàn)，為音頻放大器供電時，我需要的輸出容量要比指定的容量大得多。

輸出級的電容器需要具有低ESR值才能提高效率。

我選擇了一個大的ESR低的電解電容器，然后與22uF陶瓷電容器并聯(lián)，希望進一步過濾輸出。

在輸入端，我使用了相同的設置。

二極管

二極管非常簡單，只需肖特基二極管即可，它可以處理平均電流并且正向電壓低（450mV似乎是極限。非異國情調(diào)的部分）。

微控制器

我之所以選擇ATTiny84A，是因為它可用通孔包裝提供，它的體積不太大，并且AVR GCC工具鏈還不錯。我遵循Lady Ada的本教程來啟動并運行該工具鏈，并使用AVR Eclipse開發(fā)了代碼。我需要對硬件進行相當精確的控制，以使PWM以65kHz的頻率運行，因此使用更抽象的Arduino IDE可能會比較困難。

步驟3：

這是我想到的電路。

本質(zhì)上，微控制器（后面的代碼。..）使用其PWM輸出來控制開關。

它通過反饋電位計使用其ADC監(jiān)視輸出電壓。

如果電壓降至目標以下，則會增加PWM的占空比，從而增加電感器中的電流，從而增加輸出電壓。

如果電壓超過目標值，則會降低占空比。

可以通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)電壓。

輸出上的440歐姆電阻可確保轉(zhuǎn)換器上始終有一些負載。我通過反復試驗發(fā)現(xiàn)了這一價值。如果我沒有從中汲取足夠的負載，我的5V輸入電源將關閉。您也許可以克服更大的阻力。不過，加載輸出至關重要。空載時，轉(zhuǎn)換器將變得不穩(wěn)定，電感器將輸出非常大的電壓。

與大電容器并聯(lián)的小電容器是濾波電容器。大型電解槽具有較高的電阻，因此，將一個小的陶瓷或聚合物蓋并聯(lián)放置有助于應對瞬態(tài)尖峰。

ADC輸入上的0.1uF電容只是一個濾波器。

為照片質(zhì)量差而致歉！我很興奮，它能起作用，所以在拍好照片之前將其密封在項目中。

步驟4：單片機代碼

我已經(jīng)將工作代碼放入了在Github上。它由幾個部分組成：

這些#defines和const聲明進行編譯時計算，因此代碼只需要執(zhí)行簡單的uint8_t比較，而不需要浮點數(shù)，這在微控制器中是不可行的。使用const會鼓勵編譯器在編譯時進行計算，并將結果類型強制為uint8_t。

#define PWM_FREQ 62500

#define PWM_RESOLUTION（F_CPU/PWM_FREQ）

＃定義MIN_DUTY_CYCLE 0.40

＃定義MAX_DUTY_CYCLE 0.80

常量#define DIVIDER_RATIO 30.0

#define DESIRED_ADC_IN_V（DESIRED_VOUT/DIVIDER_RATIO） const uint8_t DESIRED_ADC_RESULT = 255 * DESIRED_ADC_IN_V/VREF;

這些定義了一些有用的實用程序宏，因此

#define DUTY_CYCLE_REG OCR0B

#define ADC_ENABLE（）（ADCSRA | = _BV（ADEN））

#define ADC_START_CONVERSION（）（ADCSRA | = _BV（ADSC） ））

主要功能有一個初始設置階段，在該階段它將打開我們需要的各種外圍設備：

i nt main（void）{

/*將A7設置為輸出。 （需要PWM。）*/

DDRA | = _BV（DD7）;

PORTA = 0;

/*讓輸入功率穩(wěn)定。.. */

_delay_ms（500）;

/*

*將Timer0配置為快速PWM。它將

*-在每個周期開始時打開輸出引腳

*-當值達到DUTY_CYCLE_REG

時將其關閉*-達到OCR0A

時將其包裝為0 */

TCCR0A = _BV（COM0B1）| _BV（WGM01）| _BV（WGM00）;

OCR0A = PWM_RESOLUTION;

/*從40％的占空比開始，然后逐漸上升以避免涌入。 */

DUTY_CYCLE_REG =（uint8_t）（PWM_RESOLUTION * 0.40）;

/*將Timer0時鐘源設置為主振蕩器。這將啟用計時器。 */

TCCR0B = _BV（CS00）| _BV（WGM02）;

/*

*打開ADC，

*-使用內(nèi)部參考電壓

*-將ADC0配置為我們的電源

*-左調(diào)整結果，

*-禁用引腳上的數(shù)字輸入緩沖器

*-啟用ADC。

*/

ADMUX =/* REF = */_BV（REFS1）|/* INPUT = */0;

ADCSRA | =/* PRESCALER = 16 = 2 ^ */4;

ADCSRB | =/*左調(diào)整*/_BV（ADLAR）;

DDRA＆= ?_BV（DD0）;

DIDR0 | = _BV（ADC0D）;

ADC_ENABLE（）;

_delay_ms（1）;

然后，它簡單地循環(huán)讀取電位計的模擬值并將其與目標值進行比較：

而（1）{

/*等待Timer0溢出。.. */

loop_until_bit_is_set（TIFR0 ，TOV0）;

/*我們的OFF周期結束時，應該是峰值電壓。.. */

TIFR0 | = _BV（TOV0）;/*清除標志。 */

/*檢查輸出電壓。 */

ADC_START_CONVERSION（）;

loop_until_bit_is_clear（ADCSRA，ADSC）;

uint8_t adc_result = ADCH;

如果（adc_result DUTY_CYCLE_REG }

否則，如果（adc_result》 DESIRED_ADC_RESULT &&

DUTY_CYCLE_REG》 MIN_PWM_LEVEL）{

DUTY_CYCLE_REG--;

}

}

}