低壓電源DCDC設(shè)計(jì)-核輻射監(jiān)測方法與儀器(共15頁)

1、成都理工大學(xué)核輻射監(jiān)測方法與儀器實(shí)驗(yàn)（報(bào)告）DC/DC電源設(shè)計(jì)Design of DC/DC power supply2011 級 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院 專 業(yè) 輻射(fsh)防護(hù)與環(huán)境工程 學(xué) 號 201106080112 學(xué)生(xu sheng)姓名 袁子程 指導(dǎo)(zhdo)教師 王廣西 完成日期 2015 年 01月 06日前言(qin yn)本設(shè)計(jì)(shj)是源于大二電子課程設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)內(nèi)容，當(dāng)時(shí)對電路的設(shè)計(jì)認(rèn)識有限，缺乏了許多開發(fā)(kif)設(shè)計(jì)上的思路。這篇報(bào)告也是為了彌補(bǔ)當(dāng)時(shí)的知識欠缺，不能一味的做焊接調(diào)試工作，應(yīng)當(dāng)嘗試做一些設(shè)計(jì)工作，用理論武裝實(shí)踐。DC/DC低壓(dy)直流穩(wěn)壓

2、電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)(rn wu)及目的實(shí)習(xí)(shx)目的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)DC/DC低壓直流穩(wěn)壓電源，并且達(dá)到要求的性能指標(biāo)。具體設(shè)計(jì)指標(biāo)為:直流輸入+12v，直流輸出為（降壓，升壓，極性反轉(zhuǎn)）+5v/-12v/+24v。并有良好的穩(wěn)壓系數(shù)，電壓調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，紋波系數(shù)，紋波電壓抑制比，響應(yīng)時(shí)間，效率，內(nèi)阻。2電源種類線性電源先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過濾波整流電路整流后，得到脈沖直流電壓，后經(jīng)調(diào)整管調(diào)節(jié)得到穩(wěn)定的電壓。優(yōu)點(diǎn)(yudin)：電源(dinyun)穩(wěn)定度高；輸出紋波電壓??；瞬態(tài)響應(yīng)速度較快；線路結(jié)構(gòu)簡單；無開關(guān)(kigun)噪聲；成本低。缺點(diǎn)：內(nèi)部功耗大，轉(zhuǎn)換效率低（30%40

3、%）；濾波效率低，因此必須具有較大的輸入和輸出濾波電容；輸出電壓不能高于輸入電壓。開關(guān)電源利用控制電路控制開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比率（D占空比），維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部功率損耗小，轉(zhuǎn)換效率高（80%以上）；濾波效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減??；穩(wěn)壓范圍寬，線性調(diào)整率高，可以實(shí)現(xiàn)升壓。缺點(diǎn)：開關(guān)電源存在著較為嚴(yán)重的開關(guān)噪聲和干擾；電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于維修；成本高，可靠性低。發(fā)展方向：高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。電源(dinyun)變化基本原理DC/DC電源的工作原理（升壓，降壓(jin y)，極性反轉(zhuǎn)）升壓(shn y)升壓式DC/DC變換器主要用于輸出

4、(shch)電流較小的場合，只要獲得312V工作電壓，工作電流可達(dá)幾十毫安至幾百毫安，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70%-80%。升壓式DC/DC變換器的基本(jbn)工作原理如圖所示。電路中的VT為開關(guān)管，當(dāng)脈沖振蕩器對雙穩(wěn)態(tài)電路置位(即Q端為1)時(shí)，VT導(dǎo)通，電感VT中流過電流并儲存能量，直到電感電流在RS上的壓降等于比較器設(shè)定的閩值電壓時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，即Q端為0。此時(shí)VT截止，電感LT中儲存的能量通過一極管VD1供給負(fù)載，同時(shí)對C進(jìn)行充電。當(dāng)負(fù)載電壓要跌落時(shí)，電容C放電，這時(shí)輸出端可獲得高于輸大端的穩(wěn)定電壓。輸出的電壓由分壓器R1和R2分壓后輸入誤差放大器，并與基準(zhǔn)電壓一起去控制脈沖寬度(kund

5、)，由此而獲得所需要的電壓，即V0=VR*(R1/R2+1)式中:VR基準(zhǔn)電壓。降壓式DC/DC變換器的輸出電流較大，多為數(shù)百毫安至幾安，因此適用于輸出電流較大的場合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如圖所示。VT1為開關(guān)管，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vi通過電感L1向負(fù)載RL供電，與此同時(shí)也向電容C2充電。在這個(gè)過程中，電容C2及電感L1中儲存能量。當(dāng)VT1截止時(shí)，由儲存在電感L1中的能量繼續(xù)向RL供電，當(dāng)輸出電壓要下降時(shí)，電容C2中的能量也向RL放電，維持輸出電壓不變。二極管VD1為續(xù)流二極管，以便構(gòu)成電路回路。輸出的電壓Vo經(jīng)R1和R2組成的分壓器分壓，把輸出電壓的信號反饋至控制電路

6、，由控制電路來控制開關(guān)管的導(dǎo)通及截止時(shí)間，使輸出電壓保持不變。DC/DC 升壓有三種基本(jbn)工作方式：一種是電感電流(dinli)處于連續(xù)工作模式，即電感上電流一直有電流；一種是電感電流(dinli)處于斷續(xù)工作模式，即在開關(guān)截止末期電感上電流發(fā)生斷流；還有一種是電感電流處于臨界連續(xù)模式，即在開關(guān)截止期間電感電流剛好變?yōu)椤?”時(shí)，開關(guān)又導(dǎo)通給電感儲能。降壓降壓電路是BUCK電路，開關(guān)S閉合的時(shí)候，VD二極管承受負(fù)壓關(guān)斷，電感充電，電流正向流動(dòng)，電流值呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢。開關(guān)S斷開的時(shí)候，VD二極管起續(xù)流作用，電感開始放電，電流逐漸下降，通過負(fù)載和二極管回到電感另外一端，短暫供電。這樣電壓就

7、能降低。實(shí)際使用的時(shí)候，S開關(guān)是通過MOSFET或者IGBT實(shí)現(xiàn)的，輸出電壓等于輸入電壓乘以PWM波的占空比。極性反轉(zhuǎn)(fn zhun)評價(jià)(pngji)電源好壞的性能指標(biāo)1.穩(wěn)壓(wn y)系數(shù)K=U/Ui;S=(Uo/Uo)/( Ui/Ui)2.負(fù)載調(diào)整率：在額定輸入電壓下，負(fù)載電流從零變到滿載電流時(shí)，輸出電壓最大的相對變化量3.內(nèi)阻：r=|Uo/Io|4.紋波電壓抑制比（PSRR）:Uiw/Uow5.響應(yīng)時(shí)間：負(fù)載改變開始到電源輸出電壓穩(wěn)定需要的時(shí)間6.紋波：輸出電壓(diny)的紋波包括噪聲的絕對值大小（峰峰值）7效率(xio l)：n=Pi/Po方案設(shè)計(jì)整體(zhngt)方案設(shè)計(jì)電源

8、主流芯片Maxim公司：MAX884系列、MAX1749X系列等。TI公司：LM317/LM117、UC384X系列等。PI 公司：TOP系列、LNK系列等。ADI公司：MC34063、ADP12X系列、ADM118X系列等本設(shè)計(jì)中用到了LM317和MC34063,其中LM317是線性電源芯片；MC34063是開關(guān)電源芯片。還會用到二極管IN4001和IN5819、IN5821。LM317基本特性：1、輸出在1.25V到37V之間可調(diào)2、輸出電流最大超過1.5A3、不隨溫度變化的內(nèi)部短路電流限制4、內(nèi)部過熱保護(hù)5、通常(tngchng)3VVin-Vout37V6、封裝形式(xngsh)包括D

9、CY(SOT-223)、KTE、KC(TO-220AB)實(shí)際(shj)用法MC34063基本特性：1、可以在3V到30V輸入電壓下正常工作2、輸出開關(guān)電流可達(dá)1.5A（開關(guān)管內(nèi)置）3、工作頻率在100Hz到100KHz之間4、較低的靜態(tài)電流1.6mA5、內(nèi)置短路電流限制6、可實(shí)現(xiàn)升壓和降壓電源變換器MC34063內(nèi)部結(jié)構(gòu)1腳：開關(guān)(kigun)管Q1集電極引出(yn ch)端；2腳：開關(guān)(kigun)管Q1發(fā)射極引出端；3腳：定時(shí)電容CT接線端；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；6腳：電源端； 7腳：負(fù)載峰值電流（Ipk）取樣端；8腳：驅(qū)動(dòng)管Q2集電極引出端。

10、 結(jié)構(gòu)(jigu)框圖具體(jt)電路設(shè)計(jì)MC34063升壓變換(binhun)電路MC34063反轉(zhuǎn)(fn zhun)變換電路MC34063降壓(jin y)變換電路輸出電壓：Vout =1.25*(1+RB /RA )調(diào)試(dio sh)預(yù)期(yq)LM317線性部分(b fen)調(diào)試焊接LM317電路部分，達(dá)到輸入+12v輸出可調(diào)至1.25v，以便供電給MC34063芯片供電（+5v）。升壓部分焊接，繞線，確定跳線、電容極性、二極管方向，調(diào)試輸出電壓。調(diào)節(jié)電位器，將輸出電壓升高(shn o)至+20v以上并穩(wěn)定。降壓(jin y)部分焊接，繞線，確定跳線、電容極性、二極管方向，調(diào)試(di

11、o sh)輸出電壓。調(diào)節(jié)電位器，將輸出電壓降低至+5v以下并穩(wěn)定。極性反轉(zhuǎn)部分焊接，繞線，確定跳線、電容極性、二極管方向，調(diào)試輸出電壓。調(diào)節(jié)電位器，將輸出電壓降低至-12v以下并穩(wěn)定。調(diào)試可能出現(xiàn)的問題:芯片在焊接時(shí)高溫?fù)舸?，?dǎo)致久久無法調(diào)試出數(shù)據(jù)電路不帶負(fù)載時(shí)輸出電壓可調(diào)，電路帶負(fù)載時(shí)，輸出電壓不可調(diào)跳線部分在切換電路時(shí)容易出現(xiàn)焊死，需要耐心撥開。性能指標(biāo)測試穩(wěn)壓系數(shù)K=U/Ui;S=(Uo/Uo)/( Ui/Ui)計(jì)算測量約為2%負(fù)載調(diào)整率：在額定輸入電壓下，負(fù)載電流從零變到滿載電流時(shí)，輸出電壓最大的相對變化量內(nèi)阻(ni z)：r=|Uo/Io|紋波電壓(diny)抑制比（PSRR）:Uiw/Uow響應(yīng)時(shí)間：負(fù)載改變開始到電源輸出電壓穩(wěn)定(wndng)需要的時(shí)間紋波：輸出電壓的紋波包括噪聲的絕對值大?。ǚ宸逯担?效率：n=Pi/Po測定為80%左右參考文獻(xiàn)1 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽委員會。第五屆全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編（2001）。北京：北京理工大學(xué)出版社。2003年2 謝嘉奎，宣月清，馮軍。電子線路（線性部分）。北京：高等教育出版社，1999年3 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)作者