基于微控制器的升压转换器的制作教程

步骤1：基本原理

Wikipedia对该原理进行了很好的解释，但是这里有一个快速指南：

升压转换器可快速打开和关闭开关。 （我的设计以65kHz运行。）

开关闭合时（第一幅图），它在输入电源两端连接一个电感，而二极管则阻止任何电流从输出侧回流。

电感器充电。 （尽管在输入端短接一根线圈的线圈似乎会浪费很多功率，但电感器实际上会将能量存储在其内核中。）

当开关断开时，电感器会抵抗任何变化电流（并且将其短接在电源上意味着它有很多电流通过）。由于输出侧的电阻比开关高得多，因此电感器必须提高其电压以保持电流流动。 （通过改变电压来阻止电流变化是电感器的神奇特性。）

输出电容器从电感器和更高电压的电源中充电。

当开关再次接通时，电容器将以较高的电压充电并为负载供电，直到下一个周期。由于电源仅在时间的一部分上施加到输出侧，因此输出电压上始终会出现纹波。

如果开关在每个周期中导通时间相对较长（其占空比较高），则电感器会存储更多能量，从而在开关断开时会产生更高的输出电压。通过控制占空比，可以调整电压。

就原理而言，您如何将其变成真实的电路？

第2步：选择关键组件

为获得准确值，我整理了一个Google电子表格模板，该模板可通过TI进行计算指南。下面，我尝试总结阅读文档并四处搜索后收集的经验法则。

电感器

电感器是电路中最重要的部分。

它的标题值是它的电感，以亨利为单位。电子表格将帮助您计算正确的值。我建议将计算值设为1.5-2倍，以便有一定的余量。

您还需要签出：

额定电流，该电流必须足以处理电感中的峰值电流（由电子表格计算）。

形状：之所以选择环形线圈，是因为它们应该具有较低的EMF干扰。我读过的一位消息人士说，如果您不担心干扰，则线轴电感器是最好的选择。

核心材料是您想要的一种适合功率电感器的材料。我去买了一个作为功率电感器销售的环形线圈。我相信它具有铁氧体磁芯。

我使用了这个150uH电感器。

开关

这是电路中第二重要的部分，以及我第一次犯错的地方。 MOSFET是一个不错的选择，因为它很容易用微控制器驱动。您需要注意以下几点：

Rds（on）这很关键，它是开关打开时的电阻。我的第一次尝试是因为这里的值太高而使人sc目结舌。 《10mOhm是理想的。如果该值太高，则电感器将无法吸收足够的电流，从而浪费了开关中的功率。

Vgs（th）值，这是您必须施加到晶体管栅极以使其导通的电压。如果您使用的是5V微控制器，则该电压必须为1-2V。

Vds（max），这是晶体管可以处理的最大电压，用于输出电压加上一些安全裕度。

Ids（max），即开关可以处理的最大电流。根据电子表格，该值必须大于峰值电流。

我使用了此开关。

电容器

电子表格应计算电路中电容器的最小值。我发现，为音频放大器供电时，我需要的输出容量要比指定的容量大得多。

输出级的电容器需要具有低ESR值才能提高效率。

我选择了一个大的ESR低的电解电容器，然后与22uF陶瓷电容器并联，希望进一步过滤输出。

在输入端，我使用了相同的设置。

二极管

二极管非常简单，只需肖特基二极管即可，它可以处理平均电流并且正向电压低（450mV似乎是极限。非异国情调的部分）。

微控制器

我之所以选择ATTiny84A，是因为它可用通孔包装提供，它的体积不太大，并且AVR GCC工具链还不错。我遵循Lady Ada的本教程来启动并运行该工具链，并使用AVR Eclipse开发了代码。我需要对硬件进行相当精确的控制，以使PWM以65kHz的频率运行，因此使用更抽象的Arduino IDE可能会比较困难。

步骤3：

这是我想到的电路。

本质上，微控制器（后面的代码。..）使用其PWM输出来控制开关。

它通过反馈电位计使用其ADC监视输出电压。

如果电压降至目标以下，则会增加PWM的占空比，从而增加电感器中的电流，从而增加输出电压。

如果电压超过目标值，则会降低占空比。

可以通过调节电位器来调节电压。

输出上的440欧姆电阻可确保转换器上始终有一些负载。我通过反复试验发现了这一价值。如果我没有从中汲取足够的负载，我的5V输入电源将关闭。您也许可以克服更大的阻力。不过，加载输出至关重要。空载时，转换器将变得不稳定，电感器将输出非常大的电压。

与大电容器并联的小电容器是滤波电容器。大型电解槽具有较高的电阻，因此，将一个小的陶瓷或聚合物盖并联放置有助于应对瞬态尖峰。

ADC输入上的0.1uF电容只是一个滤波器。

为照片质量差而致歉！我很兴奋，它能起作用，所以在拍好照片之前将其密封在项目中。

步骤4：单片机代码

我已经将工作代码放入了在Github上。它由几个部分组成：

这些#defines和const声明进行编译时计算，因此代码只需要执行简单的uint8_t比较，而不需要浮点数，这在微控制器中是不可行的。使用const会鼓励编译器在编译时进行计算，并将结果类型强制为uint8_t。

#define PWM_FREQ 62500

#define PWM_RESOLUTION（F_CPU/PWM_FREQ）

＃定义MIN_DUTY_CYCLE 0.40

＃定义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;

这些定义了一些有用的实用程序宏，因此

#define DUTY_CYCLE_REG OCR0B

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

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

主要功能有一个初始设置阶段，在该阶段它将打开我们需要的各种外围设备：

i nt main（void）{

/*将A7设置为输出。 （需要PWM。）*/

DDRA | = _BV（DD7）;

PORTA = 0;

/*让输入功率稳定。.. */

_delay_ms（500）;

/*

*将Timer0配置为快速PWM。它将

*-在每个周期开始时打开输出引脚

*-当值达到DUTY_CYCLE_REG

时将其关闭*-达到OCR0A

时将其包装为0 */

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

OCR0A = PWM_RESOLUTION;

/*从40％的占空比开始，然后逐渐上升以避免涌入。 */

DUTY_CYCLE_REG =（uint8_t）（PWM_RESOLUTION * 0.40）;

/*将Timer0时钟源设置为主振荡器。这将启用计时器。 */

TCCR0B = _BV（CS00）| _BV（WGM02）;

/*

*打开ADC，

*-使用内部参考电压

*-将ADC0配置为我们的电源

*-左调整结果，

*-禁用引脚上的数字输入缓冲器

*-启用ADC。

*/

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

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

ADCSRB | =/*左调整*/_BV（ADLAR）;

DDRA＆= 〜_BV（DD0）;

DIDR0 | = _BV（ADC0D）;

ADC_ENABLE（）;

_delay_ms（1）;

然后，它简单地循环读取电位计的模拟值并将其与目标值进行比较：

而（1）{

/*等待Timer0溢出。.. */

loop_until_bit_is_set（TIFR0 ，TOV0）;

/*我们的OFF周期结束时，应该是峰值电压。.. */

TIFR0 | = _BV（TOV0）;/*清除标志。 */

/*检查输出电压。 */

ADC_START_CONVERSION（）;

loop_until_bit_is_clear（ADCSRA，ADSC）;

uint8_t adc_result = ADCH;

如果（adc_result DUTY_CYCLE_REG }

否则，如果（adc_result》 DESIRED_ADC_RESULT &&

DUTY_CYCLE_REG》 MIN_PWM_LEVEL）{

DUTY_CYCLE_REG--;

}

}

}