降壓開(kāi)關(guān)電源

1、江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院綜合畢業(yè)實(shí)踐說(shuō)明書(shū)（論文）標(biāo)題：基于 MC34063 的降壓開(kāi)關(guān)電源 系 別：電子工程系專 業(yè)：電氣自動(dòng)化學(xué) 號(hào)：0810503221姓 名： 沈啟鵬 指導(dǎo)老師： 馮 輝 2011 年 1 月 8 日摘摘 要要本文首先介紹了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展及其必要性，接著講解了他的定原理、組成與電氣特性。進(jìn)而介紹了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案。還介紹了 MC34063、IRF9530 和它們特性和結(jié)構(gòu)，通過(guò)工作流程和相關(guān)參數(shù)的介紹，由電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后通過(guò)調(diào)試，進(jìn)一步對(duì)降壓開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行調(diào)整。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源、MC34063 、IRF9530Abstract this article first in

2、troduced switching power supplys development and the necessity, then explained him to decide the principle, the composition and the electrical specification. Then introduced switching power supplys design proposal. Also introduced MC34063, IRF9530 and their characteristic and the structure, through

3、the work flow and the related parameters introduction, carry on the design by the circuit diagram. Finally through the debugging, further makes the adjustment to the voltage dropping switching power supply. Key word: Switching power supply, MC34063, IRF9530目目錄錄摘摘 要要.IABSTRACTABSTRACT.II目目錄錄.III引言引言1

4、1 1 開(kāi)關(guān)電源的概要開(kāi)關(guān)電源的概要21.1C-DCC-DC 開(kāi)關(guān)電源的概念開(kāi)關(guān)電源的概念.3 1.2 DC-DCDC-DC 開(kāi)關(guān)電源的組成和開(kāi)關(guān)電源的組成和.51.3 電氣特性電氣特性.61.4 DC-DCDC-DC 的應(yīng)用范圍的應(yīng)用范圍.72 2方案選擇方案選擇.92.1 DC-DCDC-DC 的方案的方案.102.2 線性電源和開(kāi)關(guān)電源的比線性電源和開(kāi)關(guān)電源的比較較.113 3 MC34063MC34063 和和 IRF9530IRF9530 的特性介的特性介紹紹123.1 MC34063MC34063 的介紹的介紹.133.1.1 MC34063 集成電路的主要特性集成電路的主要特性.

5、143.1.2 MC34063 的基本結(jié)構(gòu)和引腳功的基本結(jié)構(gòu)和引腳功能能153.1.3 MC34063MC34063 的工作流程的工作流程.163.2 IRF9530IRF9530 的介紹的介紹.17 IRF9530IRF9530 的主要特性的主要特性.18電路圖電路圖19 4各部分模塊和參數(shù)的計(jì)算各部分模塊和參數(shù)的計(jì)算.21 4.1電路總體電路圖電路總體電路圖.22.224.2基本電路中各參數(shù)的計(jì)算基本電路中各參數(shù)的計(jì)算.23.234.34.3擴(kuò)流電路的選擇擴(kuò)流電路的選擇.24.245 5電路的調(diào)試以及結(jié)果電路的調(diào)試以及結(jié)果.25.255.15.1測(cè)試點(diǎn)的分布圖測(cè)試點(diǎn)的分布圖.26.265.

6、25.2測(cè)試環(huán)境測(cè)試環(huán)境.27.275.35.3測(cè)試結(jié)果分析測(cè)試結(jié)果分析28286 6提高效率和減小紋波的方法提高效率和減小紋波的方法2929 6.16.1提高效率的方法提高效率的方法336.26.2減小輸出紋波的方法減小輸出紋波的方法3131結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).26致致 謝謝.27參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).28附附錄錄.29 引言引言目前,集成 PWM 開(kāi)關(guān)電源已在通訊、電子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。為適應(yīng)便攜式電子產(chǎn)品對(duì)電源提出的性能要求,開(kāi)關(guān)電源必須以高效率、高精度、小體積為主要方向發(fā)展。 采用平均電流控制的 PWM 開(kāi)關(guān)電源具有比較高的控制精度,與其它采用電壓、電流雙閉環(huán)控制的開(kāi)關(guān)電源一樣,需要采

7、取措施保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并在穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性之間進(jìn)行折中。本文從系統(tǒng)的重要傳遞函數(shù)分析入手,探討如何設(shè)計(jì)一個(gè)能穩(wěn)定工作,并保持瞬態(tài)響應(yīng)足夠快的基于平均電流控制的 PWM 降壓開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下要求：1.熟悉降壓開(kāi)關(guān)電源的元件。熟悉降壓開(kāi)關(guān)電源的元件。2.了解了解 PWM 控制技術(shù)及原理。控制技術(shù)及原理。3.利用利用 PWM 控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？刂萍夹g(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.完成設(shè)計(jì)及調(diào)試。完成設(shè)計(jì)及調(diào)試。1.1.開(kāi)關(guān)電源的概要開(kāi)關(guān)電源的概要1.11.1 DC-DCDC-DC 開(kāi)關(guān)電源的概念開(kāi)關(guān)電源的概念DC-DC 開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)

8、定輸出電壓的一種電源，一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制 IC 和MOSFET 構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義

9、。1.21.2 DC-DCDC-DC 開(kāi)關(guān)電源的組成和工作原理開(kāi)關(guān)電源的組成和工作原理 串聯(lián)式開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成如圖1所示。電路中包括開(kāi)關(guān)調(diào)整管、濾波電路、脈沖調(diào)制電路、比較放大器、基準(zhǔn)電壓和采樣電路。開(kāi)關(guān)調(diào)整管濾波電路脈沖調(diào)制比較放大基準(zhǔn)電壓采樣電路UiUo圖1開(kāi)關(guān)電源的組成部分當(dāng)輸入直流電壓或負(fù)載電流發(fā)生波動(dòng)而引起輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，采樣電路將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并將二者的差值放大后送至脈沖調(diào)制電路，使脈沖波形的占空比發(fā)生變化。此脈沖信號(hào)作為開(kāi)關(guān)調(diào)整管的輸入信號(hào)，使調(diào)整管導(dǎo)通和截止時(shí)間的比例也隨之發(fā)生變化，從而使濾波以后輸出電壓的電平的平均值基本保持

10、不變。圖2示出了一個(gè)本設(shè)計(jì)的 DC-DC 降壓電路的原理示意圖。電路的控制方式采用脈沖寬度調(diào)制方式（PWM） 。三極管 VT 為工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)整管。由電感 L和 C 組成濾波電路，二極管 VD 稱為續(xù)流二極管。脈沖寬度調(diào)制電路由一個(gè)比較器 C 和一個(gè)產(chǎn)生三角波的振蕩器組成。運(yùn)算放大器 A 作為比較放大電路，基準(zhǔn)電源產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓 Uref，電阻 R1、R2組成采樣電阻。圖2脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)電源的電路示意圖下面分析電路的工作原理。采樣電路得到的電壓 Uf 與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并放大以后得到 Ua，傳送到比較器的反相輸入端。振蕩器產(chǎn)生的三角波 Ut 則加在比較器的同相輸入端。當(dāng)時(shí)，比較器輸出高

11、電平，即;當(dāng)時(shí)，比較器輸出低電平，。因此，調(diào)整管 VT 的基極電壓 Ub 成為高、低電平交替的脈沖波形，如圖3所示。 圖3圖2的電路波形圖當(dāng) Ub 為高電平時(shí)，調(diào)整管飽和導(dǎo)電，因此其發(fā)射極電位為式中 U1為直流輸入電壓，Uces 為三極管的飽和壓降。Ue 的極性為上正下負(fù)，則二極管 VD 被反向偏置，不能導(dǎo)通，故此時(shí)二極管不起作用。當(dāng) Ub 為低電平時(shí)，調(diào)整管截止，。但電感具有維持電壓不變的特性，此時(shí)，在電感上產(chǎn)生的反電勢(shì)使電流通過(guò)負(fù)載和二極管繼續(xù)流通，因此，二極管 VD 稱為續(xù)流二極管。此時(shí)調(diào)整管發(fā)射極的電位為式中 Ud 為二極管的正向?qū)妷?。由圖3可見(jiàn)，調(diào)整管處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，它的發(fā)射極

12、電位 Ue 也是高、低電平交替的脈沖波形。但是經(jīng)過(guò) LC 濾波電路以后，在負(fù)載上可以得到比較平滑的輸出電壓 Uo。在理想情況下，輸出電壓 Uo 是調(diào)整管發(fā)射極電壓 Ue 的平均值。根據(jù)圖3中 Ue 的波形可求得因?yàn)槿龢O管飽和管壓降 Uces 以及二極管的正向?qū)妷?Ud 的值均很小，與直流輸入電壓 Ui 相比通?？梢院雎?，則上式可近似表示為上式中之 D 為脈沖波形 Ue 的占空比。由上式可知，在一定的直流輸入電壓Ui 之下，占空比 D 的值越大，則開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓 Uo 愈高。 假設(shè)由于電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流的變化使輸出電壓 Uo 升高，則經(jīng)過(guò)采樣電阻以后得到的采樣電壓 Uf 也隨之升高

13、，此電壓與基準(zhǔn)電壓 Uref 比較以后再放大得到的電壓 Ua 也將升高，Ua 送到比較器的反相輸入端，由圖3所示的波形可見(jiàn)，當(dāng) Ua 升高時(shí)，將使開(kāi)關(guān)調(diào)整管基極電壓 Ub 的波形中高電平的時(shí)間縮短，而低電平的時(shí)間加長(zhǎng)，于是調(diào)整在一個(gè)周期中飽和導(dǎo)電的時(shí)間減少，截止的時(shí)間增加，則其發(fā)射極電壓 Ue 脈沖波形的占空比減小，從而使輸出電壓的平均值Uo 減小，最終保持輸出電壓基本不變。1.31.3電氣特性電氣特性 輸入特性規(guī)格額定輸入電壓范圍輸入電壓范圍是指輸入到輸入端的電壓值范圍，各個(gè)器件有不同的輸入范圍如 MC34063的輸入范圍為3 40V。輸入電壓范圍還受實(shí)際由實(shí)際情況決定。 輸入電流開(kāi)關(guān)電源輸

14、入電流的最大值發(fā)生于輸入電壓的下限和輸出電壓、電流的上限，因此，要標(biāo)明該條件下的有效輸入電流。額定輸入電流是指輸入電壓和輸出電壓電流在額定條件時(shí)的電流。沖擊電流沖擊電流系指輸入電壓按規(guī)定時(shí)間間隔接通或斷開(kāi)時(shí)，輸入電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前所通過(guò)的瞬時(shí)最大電流（0-峰值），既（0-P）。開(kāi)關(guān)電源輸入接通和輸出電壓上升時(shí)有兩種情況，它受輸入開(kāi)關(guān)電源容量等的限制，一般是20A 到30A峰值電流。效率系指在給定的輸入電壓范圍內(nèi)，輸出額定的輸出功率除以輸入有效功率所得的數(shù)值。雖說(shuō)因輸出電壓、電流和功率因數(shù)及開(kāi)關(guān)方式而異，但一般在65%-90%左右，其變化也受輸入和輸出的可變條件影響，故也要注意設(shè)備的散熱等情況，

15、一般按輸入電流確定。（2） 輸出特性的規(guī)格額定輸出電壓該額定輸出電壓系指出現(xiàn)于輸出端子間的直流電壓的標(biāo)稱值。對(duì)這種標(biāo)稱值要確定精度和紋波等。額定輸出電流是一種可由輸出端子供給負(fù)載的電流，取其最大平均值。穩(wěn)壓精度也叫輸出電壓精度或電壓可變率，是在出現(xiàn)改變輸出電壓的因素時(shí)，輸出電壓的變動(dòng)量或變動(dòng)量除以額定輸出電壓的值。輸出電壓可變范圍是指在保證穩(wěn)壓精度的條件下可從外部調(diào)節(jié)輸出電壓的范圍，一般為5%10%左右。條件是在輸入的下限和輸出的最大值及輸入的上限和輸出的最小值，但也有采用為實(shí)行邊緣校驗(yàn)所規(guī)定的數(shù)值作條件的。在多輸出電源等情況下，要標(biāo)明輸出電壓可按與控制穩(wěn)定輸出的輸出大致相同的比率發(fā)生變化。輸

16、出電流變動(dòng)范圍如按設(shè)備結(jié)構(gòu)等確定負(fù)載電流，要盡可能詳細(xì)地標(biāo)出有關(guān)變化小的和電感負(fù)載等沖擊電流大的脈沖負(fù)載等電流的變動(dòng)范圍指標(biāo)。既要說(shuō)明輸出電流波形，也要標(biāo)明峰值和時(shí)間的關(guān)系。平均輸出電流小而峰值輸出大的，有時(shí)會(huì)發(fā)生輸出電流驟變時(shí)，使保護(hù)電路在設(shè)定條件下也想像不到的激勵(lì)現(xiàn)象。開(kāi)關(guān)電源的復(fù)位時(shí)間因變換頻率和電流變動(dòng)幅度等而異，一般規(guī)定為0.2ms0.5ms 左右。此外，作為輸出條件，一定要標(biāo)明所接負(fù)載電容器的容量。紋波噪聲紋波是出現(xiàn)在輸出端子間的一種與輸入頻率和開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換頻率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在輸出電壓的0.5%以下（特殊規(guī)定除外）。（3） 附屬功能過(guò)流保護(hù)

17、是一種電源負(fù)載保護(hù)功能，以避免發(fā)生包括輸出端子上的短路在內(nèi)的過(guò)負(fù)載輸出電流對(duì)電源和負(fù)載的損壞。過(guò)流保護(hù)有多種保護(hù)特性。一般恒流下降多為開(kāi)關(guān)補(bǔ)償特性。過(guò)流給定值一般是額定電流的110%130%，但如在電源和負(fù)載不受損壞的范圍內(nèi)，則多不加以特別規(guī)定，而只規(guī)定短路保護(hù)項(xiàng)，復(fù)位一般為自動(dòng)復(fù)位型。過(guò)壓保護(hù)是一種對(duì)輸出端子間過(guò)大電壓進(jìn)行負(fù)載保護(hù)的功能。一般規(guī)定為輸出電壓的130%150%。輸出電壓的可變范圍大時(shí)，要考慮加以規(guī)定，以不致發(fā)生上限以上的誤動(dòng)作等。發(fā)生過(guò)壓情況時(shí)，要停止開(kāi)關(guān)的振蕩或切斷輸出，復(fù)位的方法有：采用通過(guò)輸入再接通或通過(guò)復(fù)位信號(hào)等。輸出欠壓保護(hù)當(dāng)輸出電壓在標(biāo)準(zhǔn)值以下時(shí)，檢測(cè)輸出電壓下降或

18、為保護(hù)負(fù)載及防止誤動(dòng)作而停止電源工作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，多為輸出電壓的80%30%左右。保護(hù)時(shí)序的多輸出電源的電路復(fù)雜，確定時(shí)要慎重考慮，避免產(chǎn)生誤動(dòng)作。過(guò)熱保護(hù)在電源內(nèi)部發(fā)生異?；蛞蚴褂梅椒ú划?dāng)而使電源溫升超標(biāo)時(shí)停止電源的工作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在冷卻功能發(fā)生異常時(shí)，由風(fēng)扇等進(jìn)行強(qiáng)冷，使部件在最高使用溫度以內(nèi)工作。1.41.4 DC-DCDC-DC 的應(yīng)用范圍的應(yīng)用范圍由于 DC- DC 開(kāi)關(guān)電源得高效率，所以經(jīng)常使用在板載電源和汽車電子設(shè)備中，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED 照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱等領(lǐng)域。 2. 方案選擇方案選

19、擇本章是基于設(shè)計(jì)式樣要求：輸入 ： 1426V 4A 以下輸出電壓 ： 5V5%輸出電流 ：最大2.0A波紋電壓： 300mVp-p 以下效率 ： 75%以上(輸出為1.5A 時(shí))展開(kāi)的。2.12.1 DC-DCDC-DC 的方案的方案 1.三端集成穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器有固定輸出和可調(diào)輸出兩種不同的類型。由于本設(shè)計(jì)要求輸出電壓為5V,所以可以使用 LM7805,它的輸入電壓范圍為7 20V，輸出為5V 5%，最大輸出電流1.5，效率為30% 50%。三端穩(wěn)壓 LM7805電路如圖4。 圖5 7805的電路圖由上圖可以看出，采用三端穩(wěn)壓器的外圍器件十分的少，電路簡(jiǎn)單而且十分穩(wěn)定。 2.開(kāi)關(guān)電源電路基

20、于以上的要求，這里以 MC34063進(jìn)行討論，輸入范圍為3 40V，輸出為,最大輸出電流為1.5A，效率為最高可達(dá)到90%。MC34063的電路圖如圖6，它還可以在不犧牲太大的情況下外接三極管進(jìn)行電流的擴(kuò)展，擴(kuò)流也是本電路的重點(diǎn)，在下面的章節(jié)將進(jìn)行重點(diǎn)討論。圖6 MC34063電路圖2.22.2線性電源和開(kāi)關(guān)電源的比較線性電源和開(kāi)關(guān)電源的比較線性電源的調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，因而發(fā)熱量大，效率低（35%左右） ，需要加體積龐大的散熱片，而且還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當(dāng)要制作多組電壓輸出時(shí)變壓器會(huì)更龐大。開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高（75以上）而且省掉了大體積

21、的變壓器。但開(kāi)關(guān)電源輸出的直流上面會(huì)疊加較大的紋波（50mV at 5V output typical） ，在輸出端并接穩(wěn)壓二極管可以改善，另外由于開(kāi)關(guān)管工作是會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連磁珠加以改善。相對(duì)而言線性電源就沒(méi)有以上缺陷，它的紋波可以做的很小（5mV 以下） 。對(duì)于電源效率和安裝體積有要求的地方用開(kāi)關(guān)電源為佳，對(duì)于電磁干擾和電源純凈性有要求的地方（例如電容漏電檢測(cè)）多選用線性電源。另外當(dāng)電路中需要作隔離的時(shí)候現(xiàn)在多數(shù)用 DCDC 來(lái)做對(duì)隔離部分供電（DC-DC 從其工作原理上來(lái)說(shuō)就是開(kāi)關(guān)電源） 。還有，開(kāi)關(guān)電源中用到的高頻變壓器可能繞制起來(lái)比較麻煩。綜上比較，由于線

22、性電源的效率過(guò)低，不滿足本設(shè)計(jì)的要求，雖然開(kāi)關(guān)電源也存在紋波電壓相對(duì)較大等問(wèn)題，但可以通過(guò) LC 濾波等方法來(lái)改善，本設(shè)計(jì)采用開(kāi)關(guān)電源的方法，采用 MC34063 + MOSFT 的方式來(lái)完成該設(shè)計(jì)。 3.MC340633.MC34063和和 IRF9530IRF9530的特性介紹的特性介紹3.13.1 MC34063MC34063的介紹的介紹該器件本身包含了 DCDC 變換器所需要的主要功能的單片控制電路且價(jià)格便宜。它由具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，RS 觸發(fā)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構(gòu)成的 D

23、CDC 變換器僅用少量的外部元器件。主要應(yīng)用于以微處理器(MPU)或單片機(jī)(MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。集成電路的主要特性集成電路的主要特性輸入電壓范圍：2、540V輸出電壓可調(diào)范圍：12540V輸出電流可達(dá)：15A工作頻率：最高可達(dá)100kHz低靜態(tài)電流短路電流限制可實(shí)現(xiàn)升壓或降壓電源變換器的基本結(jié)構(gòu)和引腳功能的基本結(jié)構(gòu)和引腳功能圖7 MC34063的內(nèi)部電路組成圖1腳：開(kāi)關(guān)管 T1集電極引出端；2腳：開(kāi)關(guān)管 T1發(fā)射極引出端；3腳：定時(shí)電容 ct 接線端；調(diào)節(jié) ct 可使工作頻率在100100kHz 范圍內(nèi)變化；4腳：電源地；5腳：電壓比較器反相輸入端，同時(shí)也是輸出電壓取樣端；使用時(shí)應(yīng)外接兩個(gè)

24、精度不低于1的精密電阻；6腳：電源端；7腳：負(fù)載峰值電流（Ipk）取樣端；6，7腳之間電壓超過(guò)300mV 時(shí)，芯片將啟動(dòng)內(nèi)部過(guò)流保護(hù)功能；8腳：驅(qū)動(dòng)管 T2集電極引出端。的工作流程的工作流程振蕩器通過(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，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)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

25、制通過(guò)檢測(cè)連接在 VCC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)300 mV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)。3.23.2 IRF9530IRF9530的介紹的介紹 它是 P 通道的功率 MOSFET 三極管。這是 P 溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。他們是先進(jìn)的功率 MOSFET 三極管，保證能夠承受指定能量水平的故障模式的雪崩運(yùn)作，他可以應(yīng)用于如開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，繼電器驅(qū)動(dòng)器，和開(kāi)關(guān)電源。它的高輸入阻抗允許集成電路直接運(yùn)用到電路中。的主

26、要特性的主要特性最大電流10A最大防擊穿電壓 100VRds（ON）=0.300單脈沖能量額定雪崩SOA 被功率限制納秒開(kāi)關(guān)速度線性傳輸特性高輸入阻抗電路圖電路圖圖8 IRF9530的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和轉(zhuǎn)移特性圖 由 IRF9530的轉(zhuǎn)移特性得到 IRF950的。 本設(shè)計(jì)采用 MC34063 + IRF9530完成從輸入14 26V 變到5V/2A 的設(shè)計(jì)，MC34063的主要作用是對(duì)輸入的電壓進(jìn)行 PWM 控制，達(dá)到降壓的作用，由于本設(shè)計(jì)的要求是讓輸出電流要達(dá)到2A，而 MC34063能達(dá)到的最大電流為1.5A。所以必須對(duì) MC34063的輸出電流進(jìn)行擴(kuò)流。最終達(dá)到設(shè)計(jì)式樣的要求。4 4各部分模塊

27、和參數(shù)的計(jì)算各部分模塊和參數(shù)的計(jì)算4.14.1電路總體電路圖電路總體電路圖圖9 MC34063 + IRF9530的原理電路圖 上圖是本設(shè)計(jì)最基本的組成電路，主要由 MC34063和 IRF9530組成，還輔以D1續(xù)流二極管，和 LC 濾波電路。電壓由端口 J1輸入，經(jīng)過(guò) CAP1濾波后送到MC34063進(jìn)行 PWM 的斬波控制，然后再經(jīng)過(guò) IRF9530功率三極管進(jìn)行擴(kuò)流，然后經(jīng)過(guò) LC 平滑濾波，使輸出趨于一個(gè)穩(wěn)定的值，最后在將輸出的電壓經(jīng)過(guò)R3、R4采樣電路會(huì)送到 MC34063，控制 PWM 的輸出占空比，從而使輸出的變化及時(shí)返回到 MC34063，最終穩(wěn)定輸出電壓。4.24.2基本電

28、路中各參數(shù)的計(jì)算基本電路中各參數(shù)的計(jì)算1. 輸入端的濾波電容 對(duì)輸入電容來(lái)說(shuō)，輸入電容的容量要求大一點(diǎn)。相對(duì)于容量的要求，對(duì) ESR的要求可以適量降低。因?yàn)檩斎腚娙葜饕悄蛪海浯问俏?MOSFET 的開(kāi)關(guān)脈沖。所以因?yàn)檩斎腚妷鹤畲鬄?4V，所以取電容的耐壓值為50V，由 MC34063的資料上得知它所需的輸入電容值為100Uf。所以2 確定占空比 由第一章知道開(kāi)關(guān)電源中式子 成立，式中的 D 就是 PWM 控制部的占空比。占空比也等于 Ton 比上 Toff 的值。 式中，Vin 為輸入的最小電壓，Uo 為輸出電壓。Vf 為續(xù)流二極管的正向?qū)妷?，此電壓越小越好，本電路采用的?IN58

29、22當(dāng)輸出的電流為3A 是。Vds 是 MOSFET 的導(dǎo)通電壓，由資料知道 IRF9530的。3. LC 濾波電路的周期 LC 電路的周期等于 Ton(max)+Toff.4. Ton 和 Toff 的值 通過(guò)1、2的中 D、和的值，可以通過(guò)計(jì)算得到 Ton、Toff。因?yàn)?注意占空比的最大比值不能超過(guò)6/7或者0.875。這是由于時(shí)間電容的充放的周期是6:1。5. 時(shí)間電容 Ct 由4所討論的 Ton(max)的最大值是由 Ct 的值決定的。 因?yàn)闆](méi)有293.6Pf 的電容值，所以使用標(biāo)稱值為330Pf 的陶瓷電容。6. 峰值電流 Ipk： 由上知，IRF9530的。所以 MC34063的

30、輸出電流為0.5A 就能向負(fù)載提供2A 的電流。7. 電感 L 的值 電感的值由開(kāi)關(guān)峰值電流和最大的開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)間決定。8. 電流限制電阻 RscA9. 輸出濾波電容 Co 最小的輸出濾波電容是由輸出的紋波電壓所決定。 理想的情況下，這個(gè)值能夠滿足要求，但是一般的鋁電解電容的典型 這樣的話將產(chǎn)生30mV 的紋波電壓。最好選用鉭電解電容，一個(gè)27Uf 的鉭電容的,這樣的話它的紋波電壓降大幅下降。10. 采樣回路的電阻 R3、R4 因?yàn)椴蓸与娐芬獙?duì)輸出的電流分流，當(dāng)它的分流電流值低于100uA,才不會(huì)不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。以上就是基本電路的參數(shù)計(jì)算，只要精確計(jì)算就能更接近理想值，光憑以上的基本電路是很

31、難達(dá)到很高性能，還需要一些輔助電路來(lái)使電路更加的穩(wěn)定和安全。4.34.3擴(kuò)流電路的選擇擴(kuò)流電路的選擇 圖10 擴(kuò)流電路 由圖可知 MOSFET 管的作用為一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，在 MC34063的控制下導(dǎo)通或截止，R1、R2是為 VR1提供導(dǎo)通和截止的電壓。因?yàn)轭}目要求輸出的電流要達(dá)到2A，所以 MOSFET 的源極和柵極的電壓差 Vgs = -5V。 假設(shè)輸入為14V 時(shí)，則,由上圖知道 Vs = 14V， 假設(shè) R2 = 220 romrom所以 R1 = 400rom，R2 = 220rom。 5電路的調(diào)試以及結(jié)果電路的調(diào)試以及結(jié)果5.15.1測(cè)試點(diǎn)的分布圖測(cè)試點(diǎn)的分布圖測(cè)試點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)一一測(cè)試點(diǎn)

32、測(cè)試點(diǎn)三三測(cè)試點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)四四測(cè)試點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)五五圖11電路的測(cè)試點(diǎn)示意圖 以上就是進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證所取的測(cè)試點(diǎn)，測(cè)得的值都是以地作為的參考點(diǎn)，一共去了四個(gè)點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)一是輸入出的電壓；測(cè)試點(diǎn)二是 MOSFET 的的柵極；測(cè)試點(diǎn)三是 MOSFET 的源極；測(cè)試點(diǎn)四是 MOSFET 的漏極；測(cè)試點(diǎn)五是最后的輸出電壓。5.25.2測(cè)試環(huán)境測(cè)試環(huán)境圖12 測(cè)試環(huán)境 該設(shè)計(jì)用到的測(cè)試主要有線性電源、電子負(fù)載機(jī)、示波器等。電源為該模塊提供輸入所需的功率；而電子負(fù)載機(jī)就充當(dāng)負(fù)載的作用，消耗由電源所提供的能量。從而來(lái)確定該電路的效率。5.35.3測(cè)試結(jié)果分析測(cè)試結(jié)果分析測(cè)試點(diǎn)二參考點(diǎn)1. 極與極的圖 13 MOSFET

33、管的柵極和源極的電壓比較由上圖可以看到，MOSFET 的柵極和源極的電壓差為，當(dāng)柵極為最大值時(shí)，他的的電壓的差值為零；當(dāng)他為最小值時(shí)，他的電壓差為7V，由 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性可以得知，輸出的電流可以高達(dá)10A 左右，所以可以完全滿足輸出2A 電流的要求。2. G 極與 D 極圖 14 MOSFET 管的柵極和漏極的電壓比較 由上圖的可以看到，MOSFET 工作在斷續(xù)的開(kāi)關(guān)模式。當(dāng) MOSFET 管截止時(shí)，輸出的電壓為0V；當(dāng) MOSFET 管為導(dǎo)通時(shí)，輸出的電壓為14V。而且輸出的占空比隨時(shí)發(fā)生這變化。所以經(jīng)過(guò) LC 濾波后能夠得到穩(wěn)定的5V 輸出電壓。3. 輸入電壓與輸出電壓極極G 極

34、D 極圖 15 輸入電壓與輸出電壓的比較 由上面兩幅圖對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，第一幅是在交流耦合的狀態(tài)下測(cè)得的波形，可以看到他的輸出相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定。第二幅圖是在直流耦合的條件下得到的，輸入和輸出都出現(xiàn)了尖峰脈沖電壓輸出的尖峰電壓的峰峰值達(dá)到了660mA，可見(jiàn)這是不能夠被接受的，但他的紋波電壓時(shí)很小的有圖可以看到。達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。4. 輸出電流大小圖16 輸出電流大小 由上圖可以看到，當(dāng)負(fù)載為3.29rom 時(shí)，輸出電流達(dá)到了1.501A。當(dāng)負(fù)載為2.44rom 時(shí)，負(fù)載的電流為2.013A。由上分析，結(jié)果達(dá)到了要求。由于輸入為14/0.70A 時(shí)，輸出為7.5W 所以可以算得效率為輸入輸出輸入輸出由此測(cè)量

35、結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)式樣書(shū)的所有要求。6提高效率和減小紋波的方法提高效率和減小紋波的方法從以上的測(cè)試結(jié)果可以看出，該電路的效率并沒(méi)有達(dá)到75%,而且它的輸出電壓的紋波較大，所以光靠以上的基本電路很難達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求所以還有采取一定的方法，來(lái)減小輸出電壓的紋波。6.16.1提高效率的方法提高效率的方法 要想提高它的效率，首先來(lái)分析功率是由哪些部分損失的，然后再根據(jù)這些方面的損失來(lái)減小由這些部分產(chǎn)生的功率損耗，從而來(lái)提高輸出的效率。開(kāi)關(guān)電源的損耗主要來(lái)自開(kāi)關(guān)三極管、續(xù)流二極管的損失。下面就針對(duì)這兩種損耗進(jìn)行分析。1.開(kāi)關(guān)三極管的損失A ON 時(shí)的損耗圖17三極管 ON 狀態(tài) 當(dāng)雙極性三極管在導(dǎo)通的時(shí)候

36、會(huì)有一個(gè)導(dǎo)通壓降,由上圖的電氣特性得，當(dāng) 最大且可見(jiàn)這樣的損耗是相當(dāng)可觀的，當(dāng)輸出為5V/2A,輸入就要向輸出提供11W 的功率。我們可以將雙極性的三極管換成 MOSFET 的管子的的導(dǎo)通電壓幾乎為零，所以可以大大減小功率的損失。但是(ON 電阻)會(huì)出現(xiàn)損失，下面以 IRF9530為例圖18 RF9530的 Ron 特性 由上特性可以看出 MOSFET 管的最大導(dǎo)通電阻為 ，當(dāng)輸出電流最大為 從以上的分析可以看出，開(kāi)關(guān)改用 MOSFET 管時(shí)開(kāi)關(guān)管的的損耗有了降低，從而在開(kāi)關(guān)電源的擴(kuò)流應(yīng)用中，經(jīng)常采用 MOSFT 來(lái)代替雙極性的 JET 管。而且它還有柵極輸入電阻高，擊穿電壓高等優(yōu)點(diǎn)。B 開(kāi)關(guān)

37、時(shí)的損失圖19 波形的延時(shí)由于開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與關(guān)斷都需要時(shí)間，所以它的波形特性是一個(gè)斜上升的，而不垂直的上升，所以在這個(gè)開(kāi)與關(guān)重疊的部分也會(huì)產(chǎn)生功率損失。在紅色部分如 Vce 和 Ic 不是0、發(fā)生損失、散熱。所以我們要盡可能的提高開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟和關(guān)斷速度。2. 續(xù)流二級(jí)管的損失A 由于順向?qū)ǖ?Vf 產(chǎn)生的損失 圖 20 續(xù)流二極管正向?qū)ㄌ匦詮纳蠄D可以看到當(dāng)開(kāi)關(guān)管處于截止的時(shí)候，續(xù)流二極管將正向?qū)ǎ捎诙O管有正向的導(dǎo)通壓降，所以會(huì)產(chǎn)生功率的損失，當(dāng)輸出達(dá)到 Io = 1.5A 時(shí)，Vf = 0.5V 左右，這里就去 0.5V 來(lái)做近似計(jì)算。所以可得可以看出，續(xù)流二極管的正向?qū)ǖ墓囊彩窍?/p>

38、當(dāng)大的，跟開(kāi)關(guān)三極管的閉合時(shí)的功耗相當(dāng)，功耗的損失主要就是由他們兩個(gè)引起的。所以我們?cè)谶x擇開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二級(jí)管時(shí)要盡量選擇正向?qū)妷旱偷墓?，這樣的就能有助于提高效率。B 逆方向的電流損失 圖 21續(xù)流二極管方向的特性 由于續(xù)流二極管產(chǎn)生了電流，所以它也會(huì)消耗輸入的功率，且二極管的逆向電流的大小會(huì)隨著二極管的接溫度的升高而增大，由上表可以看到，當(dāng) 時(shí)，。當(dāng)時(shí)，。現(xiàn)在以第一種情況討論，當(dāng)輸入為。得 可以看到，相對(duì)于導(dǎo)通電壓所產(chǎn)生的功耗來(lái)說(shuō)相當(dāng)少，但是我們還是不能去忽略它。因?yàn)樗鼤?huì)隨溫度變化而變化，對(duì)我們了解它穩(wěn)定時(shí)的工作狀態(tài)來(lái)說(shuō)還是有必要了解的。C. 由于逆回復(fù)的時(shí)間損失 圖 22 二極管 ON/OFF 切換時(shí)的特性由于續(xù)流二極管的 ON/OFF 的切換需要一點(diǎn)時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生逆向的電流流動(dòng)，如圖所示，如從 If 回到零時(shí)，它會(huì)先下降到 Ir，而不是直接到零，然后再?gòu)腎r 慢慢的回到零，這樣一來(lái)又會(huì)導(dǎo)致?lián)p失。損失的多少由它的回復(fù)時(shí)間決定。6.26.2減小輸出紋波的方法減小輸出紋波的方法 上面的開(kāi)關(guān)電源與線性電源的比較發(fā)現(xiàn)，雖然開(kāi)關(guān)電源有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它的輸出紋波電壓比較大，往往不能滿足精密儀器的要求，所以在這里有必要有針對(duì)性的將它的輸出紋波電壓減小，能滿足要求。通過(guò)討論、驗(yàn)證在不影響效率減小紋波電壓是可行的，下面就來(lái)具體討論一下。1 LC 電路的電容的選