畢業(yè)論文(DC-DC變換器)

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文緒論一. 開(kāi)關(guān)電源概述開(kāi)關(guān)電源（Switch Mode Paver Supply,即SMPS） 被譽(yù)為高效節(jié)能型電源，它代表著穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)關(guān)電源大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。早期的開(kāi)關(guān)電源全部有分立元件構(gòu)成，不僅開(kāi)關(guān)頻率低，效率高，而且電路復(fù)雜，不宜調(diào)試。在20世紀(jì)70年代研制出的脈寬調(diào)制器集成電路，僅對(duì)開(kāi)關(guān)電源中的控制電路實(shí)現(xiàn)了集成化；80年代問(wèn)世的單片開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，從本質(zhì)上講仍DC/DC電源變換器。隨著各種類型單片開(kāi)關(guān)電源集成電路的問(wèn)世，AC/DC電源變換器的集成化才變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。穩(wěn)壓電源是各種電子的動(dòng)力源，被人稱為電路的心臟，所有用電設(shè)備，包括電

2、子儀器儀表，家用電器。等對(duì)供電電壓都有一定的要求。至于精密的電子儀器，對(duì)供電電壓的要求更為嚴(yán)格。所謂的DCDC直流穩(wěn)壓是指電壓或電流的變化小到可允許的程度，并不是絕對(duì)的不變。目前，隨著單片開(kāi)關(guān)電源集成電源的應(yīng)用，開(kāi)關(guān)電源正朝著短、小、輕、薄的方向發(fā)展。單片開(kāi)關(guān)電源自20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世以來(lái)便顯示出來(lái)強(qiáng)大的生命力，它作為一項(xiàng)頗具發(fā)展和影響力的新產(chǎn)品，引起了國(guó)內(nèi)外電源界的普遍重視。尤其是最近兩年來(lái)，國(guó)外一些著名的芯片廠家又競(jìng)相推出了一大批單片開(kāi)關(guān)電源集成電路，更為新型開(kāi)關(guān)電源的推廣及奠定了良好的基礎(chǔ)。單片開(kāi)關(guān)電源具有集成度高、高性價(jià)化、最簡(jiǎn)外圍電路，最佳性能等指標(biāo)，現(xiàn)已成為開(kāi)發(fā)中小功率開(kāi)關(guān)電源

3、、精密開(kāi)關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。二. 開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)追求1.小型化、薄型化、輕量化、高頻化開(kāi)關(guān)電源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開(kāi)關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小儲(chǔ)能元件的體積。在一定范圍內(nèi)，開(kāi)關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感和變壓器的尺寸，而且還能抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此高頻化是開(kāi)關(guān)電源的主要發(fā)展方向。2.高可能性開(kāi)關(guān)電源使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此提高了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光電偶合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以要從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的

4、問(wèn)題，也增加了保護(hù)等功能，簡(jiǎn)化了電路，提高了平均無(wú)故障時(shí)間。1.低噪聲開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲大。單純地追求高頻化，噪聲也會(huì)增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。所以，盡可能地降低噪聲影響是開(kāi)關(guān)電源的有一發(fā)展方向。2. 采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與控制采用CAA和CDD技術(shù)設(shè)計(jì)最新變換拓?fù)浜妥罴褏?shù)，使開(kāi)關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引人微機(jī)檢測(cè)和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)施檢測(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警等。三.DC/DC變換器的應(yīng)用范圍及發(fā)展趨勢(shì)（1） DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、地鐵、列車(chē)、電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)變

5、速和控制，同時(shí)使上述控制具有加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約2030的電能。直流斬波器不僅能起到調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。（2） DC/DC變換器是一種能高效地實(shí)現(xiàn)直流到直流功率變換的混合集成功率器件，主要采用了高頻功率變換技術(shù)，即將直流電壓通過(guò)功率開(kāi)關(guān)器件變換成高頻開(kāi)關(guān)電壓，且輸入與輸出之間完全隔離。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空、航天、通信、雷達(dá)、以及其他所有采用分布式供電體系的領(lǐng)域。其主要發(fā)展方向是：采用多芯片組件技術(shù)和新型高導(dǎo)熱基板（如AIN金剛石和金屬等），進(jìn)一步提高功率密度（3W/cm3以上）和輸出功

6、率（達(dá)200W以上），工作頻率達(dá)1MHZ，效率為90%以上，實(shí)現(xiàn)多路智能化混合集成DC/DC變換器組件。（3） 直流-直流變換器（DC/DC）變換器廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。按額定功率的大小來(lái)劃分，DC/DC可分為750W以上、750W1W和1W以下3大類。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，DC/DC變換器在低功率范圍內(nèi)的增長(zhǎng)率大幅度提高，其中6W25WDC/DC變換器的增長(zhǎng)率最高，這是因?yàn)樗鼈兇罅坑糜谥绷鳒y(cè)量和測(cè)試設(shè)備、計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和軍事通訊系統(tǒng)。由于微處理器的高速化，DC/DC變換器由低功率向中功率方向發(fā)展是必

7、然的趨勢(shì)，所以251W750W的DC/DC變換器的增長(zhǎng)率也是較快的，這主要是它用于服務(wù)性的醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備、多路通信及發(fā)送設(shè)備，DC/DC變換器在遠(yuǎn)程和數(shù)字通訊領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。四.本設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題、采用的手段和方法（1）本設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題是加入輸入電壓為3V的電源電壓，使用 DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)輸出為±12V和3.6V的電壓。（2）本設(shè)計(jì)采用的手段和方法是采用核心集成電路MC34063作為控制部分，外圍加少量元器件組成DC/DC升壓、反轉(zhuǎn)電路。五.本設(shè)計(jì)課題的意義、目的以及應(yīng)達(dá)到的要求（1）本設(shè)計(jì)課題的意義：使我們了解了DC/DC變換的發(fā)展

8、趨勢(shì)和用途，并掌握了如何利用集成器件實(shí)現(xiàn)高效率、小型化、薄型化、輕量化、高頻化的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。（2） 本設(shè)計(jì)的目的：最直接目的是實(shí)現(xiàn)直流到直流的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓變換，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單而又低成本的電源；另外，在于幫助讀者了解MC34063新型集成器件，增加電子技術(shù)知識(shí)，鍛煉動(dòng)手能力，培養(yǎng)和提高創(chuàng)新能力；為電子愛(ài)好者增添一技之長(zhǎng)提供技術(shù)資料；使有一定電子理論基礎(chǔ)知識(shí)的讀者閱讀本設(shè)計(jì)后，理論水平有進(jìn)一步的提高，激發(fā)動(dòng)手制作的欲望，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。（3） 本設(shè)計(jì)的應(yīng)達(dá)到的要求：輸入加3V直流電壓實(shí)現(xiàn)輸出為±12V、（電流是100mA）和3.6V(電流是500mA)的電壓。第一章 DC/DC變換器的

9、基礎(chǔ)知識(shí)1.1 DC/DC變換器的含義、分類、應(yīng)用范圍及優(yōu)點(diǎn)1.1.1 DC/DC變換的含義DC/DC變換即直流斬波，就是將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓。1.1.2 DC/DC變換器的分類變換器有兩種類型：線性變換器開(kāi)關(guān)變換器。開(kāi)關(guān)變換器有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：降壓變換器（開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器將一輸入電壓變換成一較低的穩(wěn)定的輸出電壓）；升壓 變換器（開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器將一輸入電壓變換成一較高的穩(wěn)定的輸出電壓）；反激變換器（開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器將一輸入電壓變換成一較低的穩(wěn)定反相輸出電壓）。1.1.3 DC/DC變換技術(shù)的應(yīng)用范圍主要應(yīng)用于已具有直流電源需要調(diào)節(jié)直流電壓的場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、有軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、蓄電池供

10、電的機(jī)車(chē)車(chē)輛的無(wú)級(jí)變速以及20世紀(jì) 80年代興起的電動(dòng)汽車(chē)的調(diào)速及控制等。1.1.4 DC變換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)此技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的功能，而且還可以達(dá)到改善網(wǎng)側(cè)諧和提高功率因數(shù)的目的。1.2 DC/DC變換器的基本工作原理及控制方式1.2.1 DC/DC變換器的工作原理如圖是最基本的直流斬波電路，負(fù)載為純電阻R。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，負(fù)載電壓U。=Ud，并持續(xù)時(shí)間ton;這T=ton+toff為斬波電路的工作周期，斬波器的輸出電壓波形如圖（b）設(shè)斬波其的占空比K=ton/T，則由波形圖上可得輸出電壓的平均值為U。=ton/T*Ud=Kud，只要調(diào)節(jié)K，即可調(diào)節(jié)負(fù)載的平價(jià)電壓。1.2.2 DC/DC變換器

11、的控制方式其控制方式為PWM、 PFM控制和調(diào)頻調(diào)寬混合控制。PWM控制即定頻調(diào)寬控制，這種控制方法是保持?jǐn)夭ㄖ芷赥不變，只改變斬波器的導(dǎo)通時(shí)間ton。其特點(diǎn)為：斬波器的基本頻率固定，所以濾除高次諧波的濾波器設(shè)計(jì)比較容易。PFM控制即定寬調(diào)頻控制，這種控制方式是保持導(dǎo)通時(shí)間ton不變，而改變斬波周期T。其特點(diǎn)為：斬波回路和控制電路變得簡(jiǎn)單，只有頻率是變化的。1.2.3 PWM控制、PFM控制和PWM/PFM切換控制模式比較這三種控制方式各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：DC/DC變換器是通過(guò)與內(nèi)部頻率同步開(kāi)關(guān)進(jìn)行升壓或降壓，通過(guò)變化開(kāi)關(guān)次數(shù)進(jìn)行控制，從而得到對(duì)于設(shè)定電壓相同的輸出電壓。PFM控制時(shí)，當(dāng)輸出電

12、壓下降達(dá)到在設(shè)定電壓以上時(shí)即停止開(kāi)關(guān)，在下降到設(shè)定電壓前，DC/DC變換器不會(huì)進(jìn)行任何操作。但如果輸出電壓下降到設(shè)定電壓以下，DC/DC變換器會(huì)再次開(kāi)始開(kāi)關(guān)，使輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓，PWM控制也是與頻率同步進(jìn)行開(kāi)關(guān)，但它會(huì)在達(dá)到設(shè)定值時(shí)，盡量減少流人線圈的電流，調(diào)整升壓使其與設(shè)定電壓保持一致。與PWM相比，PFM的輸出電流小，但因PFM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作，所以消耗上午電流就會(huì)變得很小。因此消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色，但是因其紋波電壓小，且開(kāi)關(guān)頻率固定，所以噪聲濾波器設(shè)計(jì)比較容易，消除噪聲也較簡(jiǎn)單。第二章 DC/DC變換

13、器主回路使用的元件選擇及其特性與質(zhì)量指標(biāo)的含義2.1 三種元件2.1.1開(kāi)關(guān)無(wú)論哪一種DC/DC變換器主回路使用的元件只是電子開(kāi)關(guān)、電感、電容。電子開(kāi)關(guān)只有快速地開(kāi)通、快速地關(guān)斷這兩種狀態(tài)。只有快速狀態(tài)轉(zhuǎn)換引起的損耗才小，目前使用的電子開(kāi)關(guān)多是雙極型晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管，逐步普及的有IGBT管，還有各種特性較好的新式的大功率開(kāi)關(guān)元件。2.1.2 電感電感是開(kāi)關(guān)電源中常用的元件，由于它的電流，電壓相位不同，因此理論損耗為零。電感常為儲(chǔ)能元件，也常與電容公用在輸入濾波器和輸出濾波器上，用于平滑電流，也稱它為扼流圈。其特點(diǎn)是流過(guò)它上的電流有“很大的慣性”。換句話說(shuō)，由于“磁通連續(xù)性”，電感上的電流必

14、須是連續(xù)的，否則將會(huì)產(chǎn)生很大的電壓尖峰波。電感為磁性元件，自然有磁飽和的問(wèn)題，多數(shù)情況下，電感工作在線性區(qū)，此時(shí)電感值為一常數(shù)，不隨端電壓與流過(guò)的電流而變化。但是，在開(kāi)關(guān)電源中有一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，就是電感的繞線所引起的兩個(gè)分布參數(shù)（或稱寄生參數(shù)）的現(xiàn)象。其一是繞線電阻，這是不可避免的；其二是分布式雜散電容，隨繞線工藝、材料而定。雜散電容在低頻時(shí)影響不大，隨頻率提高而漸顯出來(lái)，到一頻率以上時(shí)，電感也許變成電容的特性了。如果將雜散電容集成為一個(gè)，則從電感的等效電路可看出在一角頻率后的電容性。2.1.3 電容電容是開(kāi)關(guān)電源中常用的元件，它與電感一樣也是儲(chǔ)存電能和傳遞電能的元件。但對(duì)頻率的特性卻剛好

15、相反。應(yīng)用上，主要是“吸收”紋波，具平滑電壓波形的作用。實(shí)際上的電容并不是理想的元件。電容器由于有介質(zhì)、接點(diǎn)與引線，形成一個(gè)等效串聯(lián)內(nèi)電阻ESR。這種等效串聯(lián)內(nèi)電阻在開(kāi)關(guān)電源中小信號(hào)控制上，以及輸出紋波抑制的設(shè)計(jì)上，起著不可忽視的作用。另外電容等效電路上有一個(gè)串聯(lián)的電感，它在分析電路器濾波效果時(shí)非常重要。有時(shí)加大電容值并不能使電壓波形平直，就是因?yàn)檫@個(gè)串聯(lián)寄生電感起著副作用。電容的串聯(lián)電阻與接點(diǎn)和引出線有關(guān)，也與電解液有關(guān)。常見(jiàn)鋁電解電容的成分為AL2O3，導(dǎo)電率比空氣的大七倍，為了能提高電容量，把鋁箔表面做成有規(guī)律的凸凹不平狀，使氧化膜表面積加大，加入的電解液可在凸凹面上流動(dòng)。普通的鋁電解電

16、容在高頻脈動(dòng)電流大幅度增加下，高頻阻抗溫度上升較大，成了開(kāi)關(guān)電源長(zhǎng)壽命的瓶頸。所謂好電容耐反波電流，耐溫升，ESR值小。電容電解液受溫度影響，溫度升高，電阻減小，即電容串聯(lián)電阻減小，則是理想的。溫度升高，等效串聯(lián)電阻加大，導(dǎo)致電容壽命減短，這是普通鋁電解電容的缺點(diǎn)。為改善這一缺點(diǎn)，將電解液覆蓋在氧化膜表面后將 其干燥形成固體式電解質(zhì)電容，即“鉭電容”。2.1.4器件選擇要點(diǎn)只如果外接開(kāi)關(guān)管，最好選擇開(kāi)關(guān)三極管或功率MOS 管，注意耐壓和功耗。如果開(kāi)關(guān)頻率很高，電感可選用多線并繞的，以降低趨膚效應(yīng)的影響。續(xù)流二極管一般選恢復(fù)時(shí)間短、正向?qū)妷盒〉男ぬ鼗O管，但要注意耐壓。如果輸出電壓很小(零

17、點(diǎn)幾伏)，就必須使用MOS管續(xù)流。輸出濾波電容一般使用高頻電容，可減小輸出紋波同時(shí)降低電容的溫升。在取樣電路的上臂電阻并一個(gè)0.11f電容，可以改善瞬態(tài)響應(yīng)。2.1.5 電源設(shè)計(jì)的器件選擇需要注意以下幾點(diǎn)： 1）選擇設(shè)計(jì)靈活性較大的DC/DC變換器，擴(kuò)大電路設(shè)計(jì)的范圍。 2） 低消耗電流、高效率可延長(zhǎng)電池的使用壽命。 3） 可使用小型的外接元器件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小型化。 4）有力的技術(shù)支持工具。2.1.6 元器件的選用因?yàn)樵骷苯記Q定了電源的可靠性，所以元器件的選用非常重要。元器失效主要集中在以下四個(gè)方面。質(zhì)量問(wèn)題造成的失效與工作應(yīng)力無(wú)關(guān)。質(zhì)量不符合的可以通過(guò)嚴(yán)格的檢查加以剔除，在工程應(yīng)用時(shí)應(yīng)選用

18、定點(diǎn)生產(chǎn)廠家的成熟產(chǎn)品。(1)元器件可靠問(wèn)題元器件可靠性問(wèn)題，即基本失效率的問(wèn)題，這是一種隨機(jī)性質(zhì)的失效，與質(zhì)量問(wèn)題的區(qū)別是元器件的失效率取決于工作應(yīng)力水平。在一定的應(yīng)力水平下，元器件的失效率會(huì)大大下降。電源設(shè)備主要元器件的篩選試驗(yàn)一般要求：a.電阻在濕溫下按技術(shù)條件進(jìn)行100%的測(cè)試，剔除不合格品。b.普通電容器. 按技術(shù)條件進(jìn)行100%的測(cè)試，剔除不合格品。c.接插件按技術(shù)條件抽樣檢測(cè)各種參數(shù)。d.半導(dǎo)體器件按以下程序進(jìn)行篩選：目檢、初測(cè)、高溫儲(chǔ)存、高低溫沖擊、電功率老化、高溫測(cè)試、低溫測(cè)試、常溫測(cè)試。篩選結(jié)束后應(yīng)計(jì)算剔除率：=n/N*100%式中：N受試樣品總數(shù)； n被剔除的樣品數(shù)。如果

19、超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值，則本批元器件全部不準(zhǔn)上機(jī)，并按規(guī)定處理。(2) 設(shè)計(jì)問(wèn)題 首先是恰當(dāng)?shù)剡x用合適的元器件：a.盡量選用硅半導(dǎo)體器件，少用或不用鍺半導(dǎo)體器件。a. 多采用集成電路，減少分離器件的數(shù)目。b. 開(kāi)關(guān)管選用MOSFET能簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路，減少損耗。c. 輸出整流管盡量采用具有軟恢復(fù)特性的二極管。d. 應(yīng)選擇金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝的器件。禁止選用塑料封裝的器 件e. 集成電路必須是一類品或符合MIL-M-38510、MIL-S-19500標(biāo)準(zhǔn)封裝B-1 以上質(zhì)量等級(jí)的軍品。f. 設(shè)計(jì)時(shí)盡量少用繼電器，確有必要時(shí)選用接觸良好的密封繼電器。g. 原則上不選用繼電器，必須保留的應(yīng)進(jìn)行固封

20、處理。h. 吸收電容器與開(kāi)關(guān)整流管的距離應(yīng)當(dāng)接近，因流過(guò)高頻電流，鼓易升溫， 所以要求這些電容器具有高頻低損耗和耐高溫的特性。2.2 技術(shù)指標(biāo)含義2.2.1 含義1）穩(wěn)壓系數(shù) 穩(wěn)壓系數(shù)有絕對(duì)系數(shù)和相對(duì)系數(shù)兩種。絕對(duì)系數(shù)表示 負(fù)載不變是，穩(wěn)壓電源輸出直流變化量Uo與輸出電壓變換量Ui 引起多大的輸 出電壓的變換，所以絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)K值越小越好，K小時(shí)說(shuō)明同一UI引起的U0越小，也就輸出的電壓越穩(wěn)定，這種表示方法在工程設(shè)計(jì)中常用到，但是穩(wěn)定電壓中更重視相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)。相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)S表示在負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓器輸出直流電壓Uo的相對(duì)變化量Uo與輸入電網(wǎng)電壓Ui的相對(duì)變化倆量Ui之比即S=Uo/Uo/Ui/U

21、i，一般不特別說(shuō)明，穩(wěn)壓系數(shù)通常是指相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)S，而不是絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)K。2）輸入電壓調(diào)整率輸入電壓調(diào)整率用于衡量當(dāng)負(fù)載和環(huán)境不變時(shí)，因輸入電壓的變化而引起的輸出電壓的改變。它是一個(gè)直流參說(shuō)，不包括輸入電壓紋波或瞬間變化電壓產(chǎn)生的影響，通過(guò)在輸入端串聯(lián)一個(gè)預(yù)置穩(wěn)壓器或一個(gè)低成本的RC濾波器，既可有效的改善總體的輸入電壓調(diào)整率。3）導(dǎo)通建立時(shí)間導(dǎo)通建立時(shí)間是指系統(tǒng)加電后基準(zhǔn)輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。該參數(shù)對(duì)于采用電池供電的便攜式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是重要的，因?yàn)檫@類系統(tǒng)為節(jié)省電能，長(zhǎng)時(shí)間或間隙方式供電。2.2.2負(fù)載對(duì)輸入電壓影響的幾種指標(biāo)形式1）負(fù)載調(diào)整（也稱電流調(diào)整率） 在額定電壓下，負(fù)載電流從0便到最大

22、時(shí)，輸入電壓的最大相對(duì)變化量，常用百分說(shuō)表示，又是也用絕對(duì)變化兩表示。2）輸出電阻（也稱等效電阻） 在額定電網(wǎng)電壓下，由于負(fù)載電流變化Il引起輸出電壓變化Uo，則輸出電阻為Ro=|Uo/Il|3）最大波紋電壓在額定輸出電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓的波紋（包括噪聲）的絕對(duì)值大小，通常一峰峰值或有效值表示。4）紋波系數(shù)R(%) 在 額定負(fù)載電流下，輸出波紋電壓的有效值Ums與輸出直流電壓之比 5) 波紋電壓抑制比 波紋電壓抑制比是指在規(guī)定的紋波頻率（例如50HZ）下輸入電壓重的紋波電壓Ui與輸出電壓中的紋波電壓Uo之比，即紋波電壓抑制比Ui/Uo6)溫度漂移合溫度系數(shù) 環(huán)境的溫度變化影響元器件的參說(shuō)

23、得變化，從而引起穩(wěn)壓器輸出的電壓變化，稱為溫度漂移。常用溫度系數(shù)表示溫度飄逸的大小，溫度每變化一度引起輸出電壓只得變化Uo稱為絕對(duì)溫度系數(shù)，單位是V/或mv/溫度每變化一度引起的輸出電壓相對(duì)變化U/Uo稱為溫度相對(duì)系數(shù)，單位7)漂移 穩(wěn)壓器在輸入電壓負(fù)載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下，元器件參說(shuō)得不穩(wěn)定也會(huì)造成輸出電壓得變化。慢變化叫做漂移，快變化叫做噪聲，介于而這之間叫做起伏，在一般使用中只考慮飄逸就可以了。 表示漂移的方法有兩種。一種是在指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓之的變化U；另一種是用在指定時(shí)間那輸出電壓的相對(duì)變化Uo/Uo,考慮漂移的時(shí)間可以定為、1min,10min,8h或更長(zhǎng)。只有在精度較高

24、的穩(wěn)壓器中，才有溫度系數(shù)和溫漂系數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)。2.2.3 三個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)（1）電壓調(diào)整率S 電壓調(diào)整率又稱之為穩(wěn)壓系數(shù)，用S表示。若由于輸入電壓Vs的相對(duì)變化而引起的輸出電壓的相對(duì)變化，則定義為在負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變的情況下，輸出相對(duì)變化與輸入相對(duì)變化的比值。S的大小反映了一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化影響的能力。顯然S的越小，即在同樣的輸入電壓條件下，輸出電壓變化越小，即電源穩(wěn)定性越好。通常S的值在1%0.01%范圍內(nèi)。（2）負(fù)載調(diào)整率（輸出內(nèi)阻R0）負(fù)載調(diào)整率又稱電流調(diào)整率，它是在規(guī)定輸入電壓下，用負(fù)載電流從零（空載）到最大值（滿載）時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化率來(lái)表示的。負(fù)載調(diào)整率也可用動(dòng)態(tài)輸

25、出內(nèi)阻R0來(lái)表示。若負(fù)載電流的變化引起輸出電壓的變化，則R0定義為在輸入電壓及環(huán)境溫度不變的條件下，V0與I0的比值。R0反映了負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓V0維持穩(wěn)定的能力。顯然，R0越小，則當(dāng)I0變化時(shí)，輸出電壓變化越小，即越穩(wěn)定。（3） 輸出紋波電壓V01 整流輸出的紋波電壓Vs1，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓作用，使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)波輸出電壓V0大大地降低。而穩(wěn)波輸出降低的程度與穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定系數(shù)S有關(guān)，其關(guān)系式V01=S*V0*Vs1/Vs.2.2.4 PCB布局和布線的要點(diǎn)（1）開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷都存在一個(gè)電流環(huán)路，這兩個(gè)環(huán)路都是高頻、大電流的環(huán)路，所以在布局和布線時(shí)都要將此二環(huán)路面積設(shè)計(jì)得最小。用于反饋的

26、取樣電壓要輸出電容上引出，并注意芯片或開(kāi)關(guān)管的散熱。（2）電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。（3）DC/DC變換器、開(kāi)關(guān)元件和整流器應(yīng)盡可能靠近變壓器放置，以使其導(dǎo)線長(zhǎng)度最小。第三章 芯片 MC34063的簡(jiǎn)介3.1 MC34063集成電路簡(jiǎn)介 3.1.1 集成電路MC34063概述 MC34063是有UA78S40進(jìn)一步簡(jiǎn)化的來(lái)的，由于 UA78S40內(nèi)部設(shè)置了與主穩(wěn)壓系統(tǒng)無(wú)關(guān)的運(yùn)算放大器，及開(kāi)關(guān)性能，正相壓降都不如意的續(xù)流二極管，使其引出腳增多，加上一些不必要的引出端，比如基準(zhǔn)電壓的輸出端等，不得已采用16腳封裝，其后，美國(guó)摩托羅拉公司對(duì)UA78S40加以簡(jiǎn)化，取出了內(nèi)部運(yùn)算

27、放大器和續(xù)流二極管，改為雙列8腳PIC和SMD兩種封裝形式，型號(hào)為MC34063，其技術(shù)參數(shù)基本與UA78S40相同。MC34063和UA78S40除作降壓開(kāi)關(guān)電源外，兩者可作升壓極性反轉(zhuǎn)和多組輸出的電壓開(kāi)關(guān)電源。由于MC34063體積小，且又SMD封裝形式，故應(yīng)用較廣。34063一種用于DCDC電源變換的集成電路，應(yīng)用比較廣泛，通用廉價(jià)易購(gòu)。可用于電壓的升壓，降壓以及極性的反轉(zhuǎn)。極性反轉(zhuǎn)效率最高，升壓效率最高，降壓效率最高，變換效率和工作頻率濾波電容等成正比。另外，輸出功率達(dá)不到要求的時(shí)候，比如250300MA時(shí)，可以通過(guò)外接擴(kuò)功率管的方法擴(kuò)大電流，雙極型或MOS型擴(kuò)流管均可。外圍元件標(biāo)稱含

28、義和它們?nèi)≈档挠?jì)算公式：Vout(輸出電壓)1.25V（R1R2）Ct(定時(shí)電容)：決定內(nèi)部工作頻率。Ct=0.000 004*Ton(工作頻率)Ipk=2*Iomax*T/toffRsc(限流電阻)：決定輸出電流。Rsc0.33IpkLmin(電感)：Lmin(ViminVces)*Ton/ IpkCo(濾波電容)：決定輸出電壓波紋系數(shù)，CoIo*ton/Vp-p(波紋系數(shù))固定值參數(shù)：Vces=1.0Vton/toff=(Vo+VfVimin)/(ViminVces)Vimin:輸入電壓不穩(wěn)定時(shí)的最小值Vf=1.2V 快速開(kāi)關(guān)二極管正向壓降其他手冊(cè)參數(shù)：參數(shù)名稱  符號(hào) 

29、; 單位   MC34063     34063    IRM03A輸入電壓      Vin      V     2.540V     2.540V         2.540V 輸出電壓      Vout     V    1.25

30、40V  1.2540V          1.2540V 最高頻率  f  kHz  0.1100KHZ   0.1100KHZ       0.1100KHZ 功 率        P         W      1.25W    

31、  1.25W              0.9W 工作溫度     Ta        度     070度     070 070度 在實(shí)際應(yīng)用中的注意：· 快速開(kāi)關(guān)二極管可以選用IN4148，在要求高效率的場(chǎng)合必須使用IN5819！· 34063能承受的電壓，即輸入輸出電壓絕對(duì)值之和不能超過(guò)40V，否則 不能安全

32、穩(wěn)定的工作3.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳概述核心元件MC34063是一種微功耗的集成穩(wěn)壓器，不僅效率高，而且能方便地實(shí)現(xiàn)降壓、升壓、反轉(zhuǎn)等多種功能。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它是一種單片雙極型線性集成電路，專用于直流-直流變換器控制部分,片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源、一個(gè)占空比周期控制振蕩器驅(qū)動(dòng)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)，能輸出1.5A的開(kāi)關(guān)電流。 管腳引線與外形封裝：a.管腳引腳功能 管腳符號(hào)功能簡(jiǎn)介1SWC功率開(kāi)關(guān)的集電極2SWE功率開(kāi)關(guān)的發(fā)射極3Ct定時(shí)電容4GND公共地5CII比較器反向輸入端6Vin電源電壓輸入端7Ipk電流取樣反饋輸入端8Drc內(nèi)部電路驅(qū)動(dòng)器的集電極外接定時(shí)電容Ct用于振蕩器的定時(shí)，調(diào)節(jié)Ct可

33、使振蕩頻率在100HZ100KHZ范圍內(nèi)變化；Ipk電流取樣其作用是保證片內(nèi)開(kāi)關(guān)功率管的電流不超過(guò)其最大允許電流。參考電壓源是溫度補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源，振蕩器的振蕩頻率由腳的外接定時(shí)電容決定，開(kāi)關(guān)晶體管由比較器的反向輸入端和與振蕩器相連的邏輯控制線路置成ON，并由與振蕩器輸出同步的下一個(gè)脈沖置成OFF。  b.外形封裝MC34063的管腳引線和外形封裝如下圖. 對(duì)于不同形狀的外形封裝,其熱敏特性、產(chǎn)品標(biāo)記、工作溫度范圍等見(jiàn)下表型號(hào)DIP-8SO-8SO-8(筒狀或盤(pán)狀)工作溫度MC34063ABMC34063ABNMC34063ABDMC34063ABD-TR-4070MC34063AC

34、MC34063ACNMC34063ACDMC34063ACD-TR070結(jié)點(diǎn)熱阻100C/W160C/W3.1.3 主要性能: a.具有精度高并且?guī)囟妊a(bǔ)償?shù)?.25V基準(zhǔn)電壓源.b.內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的精度可達(dá)2%. c.可以構(gòu)成輸出電壓可調(diào)的DC/DC變換器.d.可以構(gòu)成升壓式、降壓式和極性反相式DC/DC變換器.e.內(nèi)部的輸出級(jí)含有一個(gè)中功率的開(kāi)關(guān)管,不需外加功率管就直接構(gòu)成中功率的DC/DC變換器.f.具有雙列直插式和表面封裝形式.3.1.4 技術(shù)指標(biāo):A. 輸入電源電壓MC34063的輸入電源電壓范圍為340V.B. 輸入開(kāi)關(guān)電流MC34063的輸入開(kāi)關(guān)電流1.5A.C. 振蕩頻率MC3

35、4063的振蕩頻率為100KHZ.D. 基準(zhǔn)電壓源的精度MC34063的基準(zhǔn)電壓源的精度為2%.E. 靜態(tài)工作電流MC34063的靜態(tài)工作電流為2.5mA.F. 主要電參數(shù)的極限值1.輸入電源電壓的極限值:50V2.內(nèi)部比較器輸入電壓范圍的極限值:-0.340V.3.振蕩器電源電壓的極限值:40V.4.輸出功率開(kāi)關(guān)發(fā)射極電源電壓的極限值:40V.5.輸出功率開(kāi)關(guān)發(fā)射極與集電極電壓的極限值:40V.6.驅(qū)動(dòng)級(jí)集電極電壓的極限值:40V.7.驅(qū)動(dòng)級(jí)集電極電流的極限值:100mA.8.功率開(kāi)關(guān)的輸出電流極限值:1.5A.9.具有DIP-8和SO-8兩種外形封裝,可工使用者靈活選用.10.耗散功率的極

36、限值(25的環(huán)境溫度):DIP-8型封裝為1.25W,SO-8型封裝為0.625W.11.工作溫度范圍極限值:AC級(jí)的為070,AB級(jí)的為-4085.12.儲(chǔ)存溫度范圍的極限值:-4085.G. 1. 振蕩器的技術(shù)參數(shù)符號(hào)名稱測(cè)試條件最小值典型值最大值單位Fosc振蕩頻率第5端電壓=0V,C=1nF,Ta=25243342KHZIchg充電電流Vin=540V,Ta=25243342uAIdischg放電電流Vin=540V,Ta=25140200260uAIchg充電與放電電流之比第7端電壓=0VCt=1F, Ta=255.26.27.5Vipk限流采樣電壓值Ichg=Idischg,Ta=

37、25 250 300 350 mA2.輸出開(kāi)關(guān)的技術(shù)參數(shù)符號(hào)名稱測(cè)試條件最小值典型值最大值單位Vce(sat)達(dá)林頓連接的飽和電壓Isw=1A,第1、8端短路1.01.3VVce(sat)飽和電壓Isw=1A,8端與Vin端接82的電阻0.450.70VHfe直流電流增益Isw=1A,Vce=5v,Ta=2550 120Ic(off)集電極開(kāi)路電流Vce=40v0.01100.00uA2 比較器的技術(shù)參數(shù)符號(hào)名稱測(cè)試條件最小值典型值最大值單位Vth門(mén)限電壓Ta=25C1.2251.2501.275VTa=070C1.2101.290VReg門(mén)電壓線性調(diào)整率Vin=340V15%lib輸入偏值電

38、流輸入電 壓=0V-5-400nAH. 輸入電源電流 當(dāng)輸入電源電壓為540V，Ct=1Nf，第7端與Vin端短路，第5端電壓大于比較器的門(mén)限電壓，第2端接地，其余的管腳懸空時(shí)，輸入電源電流為2.5mA。3.2 電路原理解釋、功能、應(yīng)用、及計(jì)算3.2.1 內(nèi)部原理框圖：3.2.2 內(nèi)部電路工作原理振蕩器通過(guò)恒流源對(duì)外接在CT管腳(3腳)上的定時(shí)電容不斷地充電和放電以產(chǎn)生振蕩波形。充電和放電電流都是恒定的，所以振蕩頻率僅取決于外接定時(shí)電容的容量。與門(mén)的C輸入端在振蕩器對(duì)外充電時(shí)為高電平，D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時(shí)為高電平，當(dāng)C和D輸入端都變成高電平時(shí)觸發(fā)器被置為高電平，輸出開(kāi)關(guān)管導(dǎo)

39、通，反之當(dāng)振蕩器在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開(kāi)關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。  電流限制SI檢測(cè)端(5腳)通過(guò)檢測(cè)連接在V+和5腳之間電阻上的壓降來(lái)完成功能。當(dāng)檢測(cè)到電阻上的電壓降接近超過(guò)300mV時(shí)，電流限制電路開(kāi)始工作，這時(shí)通過(guò)CT管腳(3腳)對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電以減少充電時(shí)間和輸出開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，結(jié)果是使得輸出開(kāi)關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)。3.2.3 功能不僅可以構(gòu)成具有各種輸出形式的DC/DC電壓變換器，它能使用最少的外接元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和反向器。 還有就是在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中承擔(dān)PWM控制器。3.2.4 典型應(yīng)用 圖二是進(jìn)行降壓式的D

40、C-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用。其輸出電壓值可通過(guò)改變R4、R5電阻值來(lái)進(jìn)行調(diào)整，其輸出電壓符合以下公式：Vout=(1+R4/R5)*1.25V 電路中限流電阻取值為0.15,因此輸入電流被限流在0.3V/0.15=2A。改變限流電阻即可改變限流值。（注：下同） 圖三是進(jìn)行升壓式的DC-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用。其輸出電壓值也是通過(guò)改變R4、R5電阻值來(lái)進(jìn)行調(diào)整，其輸出電壓符合以下公式：Vout=(1+R4/R5)*1.25V 。 圖四是反轉(zhuǎn)式的DC-DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用。其輸出電壓值也是通過(guò)改變R2、R3電阻來(lái)進(jìn)行調(diào)整，其輸出電壓符合以下公式：Vout=(1+R3/R2)*1.25V 

41、; 電路中限流電阻取值為0.3,因此輸入電流被限流在0.3V/0.3=1A。  電路中限流電阻取值為0.3,因此輸入電流被限流在0.3V/0.3=1A。 3.2.5 MC34063的特殊應(yīng)用 擴(kuò)展輸出電流的應(yīng)用DC/DC轉(zhuǎn)換器34063開(kāi)關(guān)管允許的峰值電流為1.5A，超過(guò)這個(gè)值可能會(huì)造成34063永久損壞。由于通過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流為梯形波，所以輸出的平均電流和峰值電流間存在一個(gè)差值。如果使用較大的電感，這個(gè)差值就會(huì)比較小，這樣輸出的平均電流就可以做得比較大。例如，輸入電壓為9V，輸出電壓為3.3V，采用220H的電感，輸出平均電流達(dá)到900mA，峰值電流為1200mA。單純依賴34063

42、內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)比900mA更高的輸出電流不是不可以做到，但可靠性會(huì)受影響。要想達(dá)到更大的輸出電流，必須借助外加開(kāi)關(guān)管。圖2和圖3是外接開(kāi)關(guān)管降壓電路和升壓電路。圖2 升壓型達(dá)林頓及非達(dá)林頓接法圖3 降壓型達(dá)林頓及非達(dá)林頓接法采用非達(dá)林頓接法，外接三極管可以達(dá)到飽和，當(dāng)達(dá)到深度飽和時(shí)，由于基區(qū)存儲(chǔ)了相當(dāng)?shù)碾姾桑匀龢O管關(guān)斷的延時(shí)就比較長(zhǎng)，這就延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，影響開(kāi)關(guān)頻率。達(dá)林頓接法雖然不會(huì)飽和，但開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)壓降較大，所以效率也會(huì)降低?？梢圆捎每癸柡万?qū)動(dòng)技術(shù)，圖4所示，此驅(qū)動(dòng)電路可以將Q1的Vce保持在 0.7V以上，使其導(dǎo)通在弱飽和狀態(tài)。圖4 抗飽和驅(qū)動(dòng)電路利用一片34063就可以產(chǎn)生三

43、路電壓輸出，如圖5所示。圖5 輸出3路電壓的34063電路VO的輸出電壓峰值可達(dá)2倍V_IN，-VO的輸出電壓可達(dá)-V_IN。需要注意的是，3路的峰值電路不能超過(guò)1.5A，同時(shí)兩路附加電源的輸出功率和必須小于V_IN·I·(1-D)，其中I為主輸出的電流，D為占空比。在此兩路輸出電流不大的情況下，此電路可以很好地降低實(shí)現(xiàn)升壓和負(fù)壓電源的成本。 具有關(guān)斷功能的34063電路34063本身不具有關(guān)斷功能，但可以利用它的過(guò)流飽和功能，增加幾個(gè)器件就可以實(shí)現(xiàn)關(guān)斷功能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)啟動(dòng)。圖6是具有關(guān)斷功能的34063電路，R4取510，R6取3.9k。當(dāng)控制端加一個(gè)高電平，則3

44、4063的輸出就變成0V，同時(shí)不影響它的過(guò)流保護(hù)功能的正常工作。將此電路稍加改動(dòng)，就可以得到具有延時(shí)啟動(dòng)功能的34063電路，如圖7所示。取C11為1F，R10為510，就可以達(dá)到200500ms的啟動(dòng)延時(shí)(延時(shí)時(shí)間和輸入電壓有關(guān))。這個(gè)電路的缺點(diǎn)就是當(dāng)峰值電流過(guò)流時(shí)無(wú)法起到保護(hù)作用，只能對(duì)平均電流過(guò)流起保護(hù)作用。 恒流恒壓充電電路恒壓恒流充電電路如圖8所示，可用于給蓄電池進(jìn)行充電，先以500mA電流恒流充電，充到13.8V后變?yōu)楹銐撼潆?，充電電流逐漸減小。圖6 具有關(guān)斷功能的34063電路圖7 具有延時(shí)啟動(dòng)功能的34063電路圖8 恒壓恒流充電電路開(kāi)關(guān)電源的頻率和ADSL性能3.2.6 主要

45、參數(shù)的計(jì)算方法主要參數(shù)升壓式DC/DC變換器降壓式DC/DC變換器極性反轉(zhuǎn)式DC/DC變換器L（電感）170uH220uH90uHTon/ToffVout+Vf-Vin(min)/Vin(min)-VsatVout+Vf/Vin(min)-Vsat-VoutVout+Vf/Vin-Vsat（Ton+Toff）max1/Fmin1/Fmin1/FminCt(定時(shí)電容)4.5*105Ton4.5*105Ton4.5*105TonC0（輸出電容）Iout*Ton/ VrippleIpk*(Ton+Toff)/ 8VrippleIout*Ton/ VrippleIpk2Iout(max)*(Ton+T

46、off)2Iout(max)2Iout(max)*(Ton/Toff+1)Rsc0.3Ipk（峰值電流）0.3Ipk（峰值電流）0.3Ipk（峰值電流）L(min)(Vin-Vsat)*Ton(max)/Ipk(Vin-Vsat-Vout)*Ton(max)/Ipk(Vin-Vsat)*Ton(max)/IpkØ Vsat為輸出功率開(kāi)關(guān)的飽和壓降。Ø Vf為輸出整流器的導(dǎo)通壓降Ø Vin為輸入電源電壓Ø Vout為輸出電壓，其計(jì)算公式為Vout=1.25（1+R2/R1）Ø Iout為輸出電流Ø Fmin為在固定的輸入電源電壓和輸出電

47、流的條件下，芯片內(nèi)部振 蕩器的工作頻率。Ø Vripple為輸出紋波電壓的峰峰值。功能：不僅可以構(gòu)成具有各種輸出形式的DC/DC電壓變換器，它能使用最少的外接元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和反向器。 還有就是在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中承擔(dān)PWM控制器。3.2.7 MC34063的局限性1)效率偏低。對(duì)于降壓應(yīng)用，效率一般只有70%左右，輸出電壓低時(shí)效率更低。這就使它不能用在某些對(duì)功耗要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，比如USB提供電源的應(yīng)用。2)占空比范圍偏小，約在15%80%，這就限制了它的動(dòng)態(tài)范圍，某些輸入電壓變化較大的應(yīng)用場(chǎng)合則不適用。3)由于采用開(kāi)環(huán)誤差放大，所以占空比不能鎖定，這給電路參數(shù)

48、的選擇帶來(lái)麻煩，電感量和電容量不得不數(shù)倍于理論計(jì)算值，才能達(dá)到預(yù)期的效果。雖然34063有許多缺點(diǎn)，但對(duì)產(chǎn)品利潤(rùn)空間十分有限的制造商來(lái)說(shuō)，它還是設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的很好選擇。第四章 電路設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)要求4.1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求在輸入電壓為340V的條件下本設(shè)計(jì)輸入電壓選擇3V。a.輸出電壓為±12V時(shí)，輸出電流為100mA ；輸出電壓為3.6V時(shí)，輸出電流為500mA。b.振蕩頻率10HZ100KHZ，本設(shè)計(jì)振蕩頻率選擇20 KHZ。c.電壓調(diào)整率1%（輸入電壓范圍為340V）。d.負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓3V下，空載到滿載）。e.紋波電壓（峰峰值）100mV，本設(shè)計(jì)選擇40mV.

49、4.1.2 設(shè)計(jì)電路要求此設(shè)計(jì)在輸出電流、高效率、小型化，輸出電壓的要求：1.需求的輸出電流較小，可選擇FET內(nèi)置型；輸出電流需要較大時(shí)，選擇外接FET類型。2.關(guān)于效率有如下考慮：如果需優(yōu)先考慮重負(fù)荷時(shí)的紋波電壓及消除噪聲音，可選擇PWM控制型；如果同時(shí)亦需重視低負(fù)荷時(shí)的效率，即可選擇PFM/PWM切換控制型。3.如果要求小型化，則可選擇能使用小型線圈的高頻產(chǎn)品。通過(guò)使用高效率的產(chǎn)品，相對(duì)可使用較低電感值的線圈。即使用小型線圈，即使用的是小型線圈也可得到相同的效率及輸出電流。但是因?yàn)楫?dāng)DC/DC變換器高頻化后由于開(kāi)關(guān)次數(shù)隨之增加的原因。開(kāi)關(guān)損失也會(huì)增大，從而導(dǎo)致效率會(huì)有所降低。因此效率是由線

50、圈性能提升與開(kāi)關(guān)損失增加兩方面折中決定的。線圈：如果追求高效率，最好選擇直流電阻和電感值較小的線圈。但是如果電感值較小的線圈由于頻率較低的DC/DC，就會(huì)超過(guò)線圈的額定電流，線圈會(huì)產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，引起效率惡化或損壞線圈。而且如果電感值太小，也會(huì)引起紋波電壓變大。所以在選擇線圈時(shí)，則流向線圈的電流不要超過(guò)線圈的額定電流。4.在輸出電壓方面，如果輸出電壓需要達(dá)到固定電壓以上，或需要不固定的輸出電壓時(shí)，則可選擇輸出可變的VDD/Vout分離型產(chǎn)品。5.有力的技術(shù)支持工具。技術(shù)支持的方式為2部分：一部分為硬件，包括提供評(píng)估線路、外接組件支持；另一部分為提供一些摸板軟件以便在實(shí)際測(cè)試前可以做出評(píng)估，節(jié)省

51、設(shè)計(jì)時(shí)間。4.1.3 電路器件的參數(shù)選擇 1） 如何選擇電感 DC-DC變換器的本質(zhì)是將電能以磁通量的形式儲(chǔ)存在電感中，然后再將該能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載上。正因?yàn)閮?chǔ)存的是磁通量，而不是充電電荷，所以只要選擇恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)策略，就能使輸出電壓比輸入電壓高、低或者極性相反。為實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)移，配合MC34063使用的電感應(yīng)該滿足三個(gè)要求：首先，電感的感應(yīng)系數(shù)應(yīng)當(dāng)很小，以保證在最差情況下(輸入電壓最低、功率開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)間最短)電感中能存儲(chǔ)到足夠的能量，但感應(yīng)系數(shù)也不是越小越好，因?yàn)檫€要保證在另一極端情況下(輸入電壓最高、開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)間最長(zhǎng))MC34063及電感的最大(開(kāi)關(guān))電流指標(biāo)不至于被突破；其次，電感必須能

52、夠存得下需求的磁通量，也就是電感不能進(jìn)入飽和狀態(tài)。在基于MC34063的常規(guī)設(shè)計(jì)中，可以使用鐵氧體工藝制造的可表面貼裝的小型電感，只要它們滿足飽和電流為300mA1A，同時(shí)直流電阻小于0.4的條件；最后，電感的直流電阻越小越好，以保證電感線圈不會(huì)消耗過(guò)多的能量，因?yàn)檫@會(huì)使電感產(chǎn)生過(guò)多熱量。在選用電感時(shí)還應(yīng)考慮到電磁干擾的問(wèn)題，一般圓弧形狀的電感對(duì)減少電磁干擾有比較好的作用。還有一點(diǎn)也是最重要的，就是在選擇電感前一定要先確定整個(gè)電源電路的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流的最小值和最大值。a.在升壓變換器設(shè)計(jì)中如何選擇電感 在一個(gè)升壓變換器中，電感中存儲(chǔ)的能量如下式所示： PL=(VOUT+VD-VI

53、N MIN)(IOUT) 式中，VD是二極管的壓降(對(duì)1N5818肖特基二極管來(lái)說(shuō)是0.5V)。為保證變換器能調(diào)整輸出電壓，每個(gè)周期中由電感提供的能量必須不小于： E7 PL/fOSC 其中fOSC即為L(zhǎng)T1111內(nèi)置振蕩器的固有振蕩頻率72kHz。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，電感中的電流可由下式表示：   其中R'表示功率開(kāi)關(guān)的等效電阻(25時(shí)的典型值為0.8)與電感直流電阻的和。如果功率開(kāi)關(guān)上的壓降和VIN相比很小，則可得到一個(gè)簡(jiǎn)化的公式： 上面這個(gè)公式假設(shè)的前提是t=0，而且電感中的電流為0。這種情況的電感工作于“不連續(xù)模式”，因?yàn)殡姼兄械碾娏鞅晃覀兗僭O(shè)為0了。實(shí)際上，電感中的電流是

54、不可能突然降至0的。將t的取值改為MC34063參數(shù)表中所示的開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)間(典型值為7s)，就可以求出針對(duì)某個(gè)特定的L值和VIN的IPEAK值。求出IPEAK值后，在開(kāi)關(guān)即將關(guān)閉前電感中存儲(chǔ)的能量就可以用下式求出：  式中，EL的值必須大于PL/fOSC以保證變換器能傳遞(或者說(shuō)轉(zhuǎn)移)需求的能量。為提高效率，IPEAK值必須保持在1A以下，更高的開(kāi)關(guān)電流只會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)上的壓降增加而使總的效率降低。總之，開(kāi)關(guān)電流應(yīng)盡可能小，這樣會(huì)使開(kāi)關(guān)、二極管及電感上的損耗也會(huì)相應(yīng)低一些。 b. 正壓變負(fù)壓的設(shè)計(jì)如何選擇電感 所有的輸出功率都來(lái)自電感L1。這時(shí)：   在這種變換器模式下，功率

55、開(kāi)關(guān)被接成共集電極接法(與降壓模式相同)。功率開(kāi)關(guān)上的壓降可以等效為一個(gè)0.75V的電壓源和一個(gè)0.65電阻的串聯(lián)電路。 當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，電感中的電流可以表示為： 其中R'為電感的直流電阻值加上0.65，而VL為輸入電壓VIN減去0.75V。 2） 如何選擇電容 選擇合適的輸出電容和選擇合適的電感同等重要。如果這個(gè)濾波電容選擇得不好，那么變換器的效率可能會(huì)降低，輸出紋波也有可能比較大。我們通常使用的普通鋁電解電容，雖然比較便宜而且容易買(mǎi)到，但它的等效串聯(lián)阻抗(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)的特性都比較差，不適合配合MC34063使用。市場(chǎng)上有專為開(kāi)關(guān)式的DC-DC變換器設(shè)計(jì)的ESR值較

56、小的鋁電解電容，它們的特性比普通的鋁電解電容好很多，特別是ESR值可以做得很小。鉭電容的特性也非常好，只是價(jià)格比較高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，在基于MC34063的變換器中，使用上述三種容量均為100F的電容(假設(shè)變換器的最大開(kāi)關(guān)電流為500mA)，不同的電容表現(xiàn)是不一樣的。使用普通鋁電解電容的變換器的輸出過(guò)沖最高達(dá)到120mV，而使用專用鋁電解電容及鉭電容的變換器的輸出過(guò)沖最高就只有35mV左右。 設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該充分利用ILIM特性來(lái)降低輸出紋波的幅值。以變換器工作于連續(xù)模式為例，如果是升壓變換器，其連續(xù)工作模式的條件是： 一旦輸入、輸出電壓滿足上式的關(guān)系，在開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)電感的電流就不會(huì)回到零。而等到開(kāi)關(guān)再次打開(kāi)時(shí)，電感中的電流將從這個(gè)非零值開(kāi)始增長(zhǎng)。電感中的電流在比較器關(guān)閉振蕩器之前已經(jīng)增長(zhǎng)到一個(gè)相當(dāng)高的值了，這個(gè)較高的電流值將會(huì)造成輸出紋波過(guò)大，這顯然需要更大的輸出濾波電容和電感來(lái)抑制。不過(guò)，由于有了ILIM特性的支持，開(kāi)關(guān)電流可以在到達(dá)一個(gè)用戶預(yù)先設(shè)定的值處觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)關(guān)閉。這樣，輸出紋波就能減小到最小的程度，對(duì)輸出濾波