基于MC34063的開關(guān)電源設(shè)計(jì).doc

1電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：基于MC34063的開關(guān)電源設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：目錄21.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.32.BUCK型電路.32.1線路組成.32.2工作原理.43.開關(guān)電源的分類.44.常見開關(guān)電源的介紹.54.1基本電路.54.2單端反激式開關(guān)電源.54.3單端正激式開關(guān)電源.64.4自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源.74.5推挽式開關(guān)電源.84.6降壓式開關(guān)電源.84.7升壓式開關(guān)電源.94.8反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源.95.MC34063的基本知識(shí).105.1MC34063的內(nèi)部結(jié)構(gòu).105.2MC34063的主要參數(shù)與特點(diǎn).115.3MC34063的工作原理及內(nèi)部電路說明.116.由MC34063組成的降壓電路及計(jì)算參數(shù).126.1MC34063組成的降壓電路原理.126.2電路的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算.137.性能測(cè)試分析與結(jié)果.168.結(jié)論與心得.189.參考文獻(xiàn).2010.附錄.20正文3一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1掌握PCB制板技術(shù)、焊接技術(shù)、電路檢測(cè)以及集成電路的使用方法。2掌握mc34063的非隔離開關(guān)電源的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。3研究開關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方法，并按照設(shè)計(jì)指標(biāo)要求進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)與仿真。具體要求如下：分析、掌握該課題總體方案，廣泛閱讀相關(guān)技術(shù)資料，并提出見解。掌握開關(guān)電源的工作原理。設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)并進(jìn)行仿真，掌握系統(tǒng)調(diào)試方法，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主要技術(shù)指標(biāo)直流輸入電壓：1530V；輸出電壓：5V；輸出電流：0.5A；效率：80%。二BUCK型電路在實(shí)際應(yīng)用中我們對(duì)電壓有很重要的應(yīng)用，而且很多時(shí)候我們對(duì)電壓的值有十分嚴(yán)格的要求，所以有時(shí)在電路中也要求我們使用一些方法來達(dá)到升壓或者降壓的目的，以完成自己設(shè)計(jì)的要求，故對(duì)升壓與降壓電源電路的認(rèn)識(shí)有著重要的意義。開關(guān)電源實(shí)質(zhì)就是一個(gè)振蕩電路，這種轉(zhuǎn)換電能的方式，不僅應(yīng)用在電源電路，在其它的電路應(yīng)用也很普遍，如液晶顯示器的背光電路、日光燈等。開關(guān)穩(wěn)壓電源分為三種，即BUCK型電路（降壓）、BOOST型電路(升壓)、Buck-Boost型電路(降壓-升壓混合)。現(xiàn)在我對(duì)基本電路BUCK做簡(jiǎn)要說明，以方便大家對(duì)基于MC34063開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的理解。2.1.線路組成圖1（a）所示為由單刀雙擲開關(guān)S、電感元件L和電容C組成的Buck變換器電路圖。圖1(b)所示為由以占空比D工作的晶體管Tr、二極管D1、電感L、電容C組成的Buck變換器電路圖。電路完成把直流電壓Vs轉(zhuǎn)換成直流電壓Vo的功能。4圖Buck變換器電路2.2.工作原理當(dāng)開關(guān)S在位置a時(shí)，有圖2(a)所示的電流流過電感線圈L，電流線性增加，在負(fù)載R上流過電流Io，兩端輸出電壓Vo，極性上正下負(fù)。當(dāng)isIo時(shí)，電容在充電狀態(tài)。這時(shí)二極管D1承受反向電壓；經(jīng)過時(shí)間D1Ts后（，ton為S在a位時(shí)間，Ts是周期），當(dāng)開關(guān)S在b位時(shí)，如圖2（b）所示，由于線圈L中的磁場(chǎng)將改變線圈L兩端的電壓極性，以保持其電流iL不變。負(fù)載R兩端電壓仍是上正下負(fù)。在iL0，開關(guān)打開時(shí)，is=0，故is是脈動(dòng)的，但輸出電流Io，在L、D1、C作用下卻是連續(xù)的，平穩(wěn)的。圖Buck變換器電路工作過程三、開關(guān)電源的分類：（1）按開關(guān)管的連接方式，開關(guān)電源可分為串聯(lián)型開關(guān)電源和并聯(lián)型開關(guān)電源。串聯(lián)型開關(guān)電源的開關(guān)管是串聯(lián)在輸入電壓和輸出負(fù)載之間，屬于降壓式穩(wěn)壓電路；而并聯(lián)型開關(guān)電源的開關(guān)管是在輸入電壓和輸出負(fù)載之間并聯(lián)的，屬于升壓式穩(wěn)壓電路。5（2）按激勵(lì)方式，開關(guān)電源可分為自激式和他激式。在自激式開關(guān)電源中，由開關(guān)管和高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來完成自激振蕩，類似于間歇振蕩器；而他激式開關(guān)電源必須附加一個(gè)振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)脈沖加在開關(guān)管上，控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，使開關(guān)電路工作并有直流電壓輸出。（3）按調(diào)制方式，開關(guān)電源可分為脈寬調(diào)制（PWM）方式和脈頻調(diào)制（PFM）方式。PWM是通過改變開關(guān)脈沖寬度來控制輸出電壓穩(wěn)定的方式，而PFM是當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，通過取樣比較，將誤差值放大后去控制開關(guān)脈沖周期（即頻率），使輸出電壓穩(wěn)定。（4）按輸出直流值的大小，開關(guān)電源可分為升壓式開關(guān)電源和降壓式開關(guān)電源，也可分為高壓開關(guān)電源和低壓開關(guān)電源。（5）按輸出波形，開關(guān)電源可分為矩形波和正弦波電路。（6）按輸出性能，開關(guān)電源可分為恒壓恒頻和變壓變頻電路。（7）按開關(guān)管的個(gè)數(shù)及連接方式又可將開關(guān)電源分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等。單端式僅用一只開關(guān)管，推挽式和半橋式采用兩只開關(guān)管，全橋式則采用四只開關(guān)管。（8）開關(guān)電源按能量傳遞方式又可分為正激式和反激式。（9）按軟開關(guān)方式分，開關(guān)電源有電流諧振型、電壓諧振型、E類與準(zhǔn)E類諧振型和部分諧振型等四、常見開關(guān)電源的介紹：4.1、基本電路：開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如下圖所示：6交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關(guān)電源用集成電路。控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。4.2、單端反激式開關(guān)電源單端反激式開關(guān)電源的典型電路如圖三所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量，通過次級(jí)繞組及VD1整流和電容濾波后向負(fù)載輸出。單端反激式開關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20100，可以同時(shí)輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對(duì)固定的負(fù)載。單端反激式開關(guān)電源使用的開關(guān)管VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20200kHz之間。74.3、單端正激式開關(guān)電源單端正激式開關(guān)電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，VD2也導(dǎo)通，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感儲(chǔ)存能量；當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，電感通過續(xù)流二極管VD3繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)位時(shí)間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于。由于這種電路在開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，通過變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50200的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因?yàn)檫@個(gè)原因，這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少。84.4、自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖五所示。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關(guān)電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。當(dāng)接入電源后在R1給開關(guān)管VT1提供啟動(dòng)電流，使VT1開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長(zhǎng)，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使VT1很快飽和。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，致使VT1退出飽和區(qū)，Ic開始減小，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使VT1迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止時(shí)，L2中沒有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓。自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級(jí)且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點(diǎn)。這種電路不僅適用于大功率電源，亦用于小功率電源。4.5、推挽式開關(guān)電源推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖六所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個(gè)開關(guān)管VT1和VT2，兩個(gè)9開關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸＿@種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100-500范圍內(nèi)。4.6、降壓式開關(guān)電源降壓式開關(guān)電源的典型電路如圖七所示。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1截止，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和L向充電，這一電流使電感中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，電感感應(yīng)出