基于MC34063的開關電源設計.doc

1電子技術課程設計報告設計課題：基于MC34063的開關電源設計專業(yè)班級：學生姓名：指導教師：設計時間：目錄21.設計任務與要求.32.BUCK型電路.32.1線路組成.32.2工作原理.43.開關電源的分類.44.常見開關電源的介紹.54.1基本電路.54.2單端反激式開關電源.54.3單端正激式開關電源.64.4自激式開關穩(wěn)壓電源.74.5推挽式開關電源.84.6降壓式開關電源.84.7升壓式開關電源.94.8反轉式開關電源.95.MC34063的基本知識.105.1MC34063的內部結構.105.2MC34063的主要參數(shù)與特點.115.3MC34063的工作原理及內部電路說明.116.由MC34063組成的降壓電路及計算參數(shù).126.1MC34063組成的降壓電路原理.126.2電路的參數(shù)設計計算.137.性能測試分析與結果.168.結論與心得.189.參考文獻.2010.附錄.20正文3一、設計任務與要求1掌握PCB制板技術、焊接技術、電路檢測以及集成電路的使用方法。2掌握mc34063的非隔離開關電源的設計、組裝與調試方法。3研究開關電源的實現(xiàn)方法，并按照設計指標要求進行電路的設計與仿真。具體要求如下：分析、掌握該課題總體方案，廣泛閱讀相關技術資料，并提出見解。掌握開關電源的工作原理。設計硬件系統(tǒng)并進行仿真，掌握系統(tǒng)調試方法，使系統(tǒng)達到設計要求。主要技術指標直流輸入電壓：1530V；輸出電壓：5V；輸出電流：0.5A；效率：80%。二BUCK型電路在實際應用中我們對電壓有很重要的應用，而且很多時候我們對電壓的值有十分嚴格的要求，所以有時在電路中也要求我們使用一些方法來達到升壓或者降壓的目的，以完成自己設計的要求，故對升壓與降壓電源電路的認識有著重要的意義。開關電源實質就是一個振蕩電路，這種轉換電能的方式，不僅應用在電源電路，在其它的電路應用也很普遍，如液晶顯示器的背光電路、日光燈等。開關穩(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)?，F(xiàn)在我對基本電路BUCK做簡要說明，以方便大家對基于MC34063開關穩(wěn)壓電源設計的理解。2.1.線路組成圖1（a）所示為由單刀雙擲開關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.工作原理當開關S在位置a時，有圖2(a)所示的電流流過電感線圈L，電流線性增加，在負載R上流過電流Io，兩端輸出電壓Vo，極性上正下負。當isIo時，電容在充電狀態(tài)。這時二極管D1承受反向電壓；經(jīng)過時間D1Ts后（，ton為S在a位時間，Ts是周期），當開關S在b位時，如圖2（b）所示，由于線圈L中的磁場將改變線圈L兩端的電壓極性，以保持其電流iL不變。負載R兩端電壓仍是上正下負。在iL0，開關打開時，is=0，故is是脈動的，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、開關電源的分類：（1）按開關管的連接方式，開關電源可分為串聯(lián)型開關電源和并聯(lián)型開關電源。串聯(lián)型開關電源的開關管是串聯(lián)在輸入電壓和輸出負載之間，屬于降壓式穩(wěn)壓電路；而并聯(lián)型開關電源的開關管是在輸入電壓和輸出負載之間并聯(lián)的，屬于升壓式穩(wěn)壓電路。5（2）按激勵方式，開關電源可分為自激式和他激式。在自激式開關電源中，由開關管和高頻變壓器構成正反饋環(huán)路，來完成自激振蕩，類似于間歇振蕩器；而他激式開關電源必須附加一個振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開關脈沖加在開關管上，控制開關管的導通和截止，使開關電路工作并有直流電壓輸出。（3）按調制方式，開關電源可分為脈寬調制（PWM）方式和脈頻調制（PFM）方式。PWM是通過改變開關脈沖寬度來控制輸出電壓穩(wěn)定的方式，而PFM是當輸出電壓變化時，通過取樣比較，將誤差值放大后去控制開關脈沖周期（即頻率），使輸出電壓穩(wěn)定。（4）按輸出直流值的大小，開關電源可分為升壓式開關電源和降壓式開關電源，也可分為高壓開關電源和低壓開關電源。（5）按輸出波形，開關電源可分為矩形波和正弦波電路。（6）按輸出性能，開關電源可分為恒壓恒頻和變壓變頻電路。（7）按開關管的個數(shù)及連接方式又可將開關電源分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等。單端式僅用一只開關管，推挽式和半橋式采用兩只開關管，全橋式則采用四只開關管。（8）開關電源按能量傳遞方式又可分為正激式和反激式。（9）按軟開關方式分，開關電源有電流諧振型、電壓諧振型、E類與準E類諧振型和部分諧振型等四、常見開關電源的介紹：4.1、基本電路：開關式穩(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，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關電源用集成電路?？刂齐娐酚脕碚{整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。4.2、單端反激式開關電源單端反激式開關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。所謂的反激，是指當開關管VT1導通時，高頻變壓器初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極管VD1處于截止狀態(tài)，在初級繞組中儲存能量。當開關管VT1截止時，變壓器初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1整流和電容濾波后向負載輸出。單端反激式開關電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20100，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。單端反激式開關電源使用的開關管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、單端正激式開關電源單端正激式開關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。當開關管VT1導通時，VD2也導通，這時電網(wǎng)向負載傳送能量，濾波電感儲存能量；當開關管VT1截止時，電感通過續(xù)流二極管VD3繼續(xù)向負載釋放能量。在電路中還設有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復位條件，即磁通建立和復位時間應相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于。由于這種電路在開關管VT1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，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構復雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。84.4、自激式開關穩(wěn)壓電源自激式開關穩(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電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。當接入電源后在R1給開關管VT1提供啟動電流，使VT1開始導通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應出使VT1基極為正，發(fā)射極為負的正反饋電壓，使VT1很快飽和。與此同時，感應電壓給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中感應出使VT1基極為負、發(fā)射極為正的電壓，使VT1迅速截止，這時二極管VD1導通，高頻變壓器初級繞組中的儲能釋放給負載。在VT1截止時，L2中沒有感應電壓，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，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復振蕩下去。這里就像單端反激式開關電源那樣，由變壓器的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。自激式開關電源中的開關管起著開關及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點。這種電路不僅適用于大功率電源，亦用于小功率電源。4.5、推挽式開關電源推挽式開關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。電路使用兩個開關管VT1和VT2，兩個9開關管在外激勵方波信號的控制下交替的導通與截止，在變壓器次級統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。這種電路的優(yōu)點是兩個開關管容易驅動，主要缺點是開關管的耐壓要達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。4.6、降壓式開關電源降壓式開關電源的典型電路如圖七所示。當開關管VT1導通時，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能增加。當開關管VT1截止時，電感感應出