基于MC34063的开关电源设计.doc

1电子技术课程设计报告设计课题：基于MC34063的开关电源设计专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：目录21.设计任务与要求.32.BUCK型电路.32.1线路组成.32.2工作原理.43.开关电源的分类.44.常见开关电源的介绍.54.1基本电路.54.2单端反激式开关电源.54.3单端正激式开关电源.64.4自激式开关稳压电源.74.5推挽式开关电源.84.6降压式开关电源.84.7升压式开关电源.94.8反转式开关电源.95.MC34063的基本知识.105.1MC34063的内部结构.105.2MC34063的主要参数与特点.115.3MC34063的工作原理及内部电路说明.116.由MC34063组成的降压电路及计算参数.126.1MC34063组成的降压电路原理.126.2电路的参数设计计算.137.性能测试分析与结果.168.结论与心得.189.参考文献.2010.附录.20正文3一、设计任务与要求1掌握PCB制板技术、焊接技术、电路检测以及集成电路的使用方法。2掌握mc34063的非隔离开关电源的设计、组装与调试方法。3研究开关电源的实现方法，并按照设计指标要求进行电路的设计与仿真。具体要求如下：分析、掌握该课题总体方案，广泛阅读相关技术资料，并提出见解。掌握开关电源的工作原理。设计硬件系统并进行仿真，掌握系统调试方法，使系统达到设计要求。主要技术指标直流输入电压：1530V；输出电压：5V；输出电流：0.5A；效率：80%。二BUCK型电路在实际应用中我们对电压有很重要的应用，而且很多时候我们对电压的值有十分严格的要求，所以有时在电路中也要求我们使用一些方法来达到升压或者降压的目的，以完成自己设计的要求，故对升压与降压电源电路的认识有着重要的意义。开关电源实质就是一个振荡电路，这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关稳压电源分为三种，即BUCK型电路（降压）、BOOST型电路(升压)、Buck-Boost型电路(降压-升压混合)。现在我对基本电路BUCK做简要说明，以方便大家对基于MC34063开关稳压电源设计的理解。2.1.线路组成图1（a）所示为由单刀双掷开关S、电感元件L和电容C组成的Buck变换器电路图。图1(b)所示为由以占空比D工作的晶体管Tr、二极管D1、电感L、电容C组成的Buck变换器电路图。电路完成把直流电压Vs转换成直流电压Vo的功能。4图Buck变换器电路2.2.工作原理当开关S在位置a时，有图2(a)所示的电流流过电感线圈L，电流线性增加，在负载R上流过电流Io，两端输出电压Vo，极性上正下负。当is>Io时，电容在充电状态。这时二极管D1承受反向电压；经过时间D1Ts后（，ton为S在a位时间，Ts是周期），当开关S在b位时，如图2（b）所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持其电流iL不变。负载R两端电压仍是上正下负。在iL<Io时，电容处在放电状态，有利于维持Io、Vo不变。这时二极管D1，承受正向偏压为电流iL构成通路，故称D1为续流二极管。由于变换器输出电压Vo小于电源电压Vs，故称它为降压变换器。工作中输入电流is，在开关闭合时，is>0，开关打开时，is=0，故is是脉动的，但输出电流Io，在L、D1、C作用下却是连续的，平稳的。图Buck变换器电路工作过程三、开关电源的分类：（1）按开关管的连接方式，开关电源可分为串联型开关电源和并联型开关电源。串联型开关电源的开关管是串联在输入电压和输出负载之间，属于降压式稳压电路；而并联型开关电源的开关管是在输入电压和输出负载之间并联的，属于升压式稳压电路。5（2）按激励方式，开关电源可分为自激式和他激式。在自激式开关电源中，由开关管和高频变压器构成正反馈环路，来完成自激振荡，类似于间歇振荡器；而他激式开关电源必须附加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲加在开关管上，控制开关管的导通和截止，使开关电路工作并有直流电压输出。（3）按调制方式，开关电源可分为脉宽调制（PWM）方式和脉频调制（PFM）方式。PWM是通过改变开关脉冲宽度来控制输出电压稳定的方式，而PFM是当输出电压变化时，通过取样比较，将误差值放大后去控制开关脉冲周期（即频率），使输出电压稳定。（4）按输出直流值的大小，开关电源可分为升压式开关电源和降压式开关电源，也可分为高压开关电源和低压开关电源。（5）按输出波形，开关电源可分为矩形波和正弦波电路。（6）按输出性能，开关电源可分为恒压恒频和变压变频电路。（7）按开关管的个数及连接方式又可将开关电源分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式等。单端式仅用一只开关管，推挽式和半桥式采用两只开关管，全桥式则采用四只开关管。（8）开关电源按能量传递方式又可分为正激式和反激式。（9）按软开关方式分，开关电源有电流谐振型、电压谐振型、E类与准E类谐振型和部分谐振型等四、常见开关电源的介绍：4.1、基本电路：开关式稳压电源的基本电路框图如下图所示：6交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。4.2、单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容滤波后向负载输出。单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20100，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20200kHz之间。74.3、单端正激式开关电源单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感储存能量；当开关管VT1截止时，电感通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于。由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50200的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。84.4、自激式开关稳压电源自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使VT1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器的次级绕组向负载输出所需要的电压。自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦用于小功率电源。4.5、推挽式开关电源推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管VT1和VT2，两个9开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100-500范围内。4.6、降压式开关电源降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输人的整流电压经VT1和L向充电，这一电流使电感中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。这种电路使用元件少它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感电容和二极管即可实现。4.7、升压式开关电源升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管VT1导通时，电感储存能量。当开关管VT1截止时，电感感应出左负右正的电压，该电压