开关稳压电源的设计

0 开关稳压电源的设计开关稳压电源的设计 摘要摘要 本设计采用一种 MC34063 芯片的 DC DC 电源变换控制器作为开关稳压电源的控制 核心 实现了其输入电压为交流 220V 20 输出电压为直流 30V 36V 的可调范围 最 大电流 2A 电压调整率 负载调整率达到要求等功能 其中 DC DC 电源变换控制 器提供的直流输出不仅与供电电源共地 而且有两组与供电电源隔离 关键词关键词 隔离变压器 MC34063 DC DC 变换 电源 1 1 1 系统方案选择和论证系统方案选择和论证 1 11 1 设计要求设计要求 在电阻负载条件下 使电源满足下述要求 1 输出电压UO可调范围 30V 36V 2 最大输出电流IOmax 2A 3 U2从 15V 变到 21V 时 电压调整率SU 2 IO 2A 4 IO从 0 变到 2A 时 负载调整率SI 5 U2 18V 5 输出噪声纹波电压峰 峰值UOPP 1V U2 18V UO 36V IO 2A 6 DC DC 变换器的效率 70 U2 18V UO 36V IO 2A 7 具有过流保护功能 动作电流IO th 2 5 0 2A 1 21 2 系统基本方案系统基本方案 根据题目要求 系统可以划分为变压器部分 整流滤波部分和 DC DC 变换 部分 以及负载部分 其中整流滤波和 DC DC 变换器构成开关稳压电源 1 2 11 2 1 各模块方案选择和论证各模块方案选择和论证 1 整流部分 整流电路是直流稳压电路电源的组成部分 有以下二种方案 方案一 全波整流电路 全波整流电路是利用副边有中心抽头的变压器和 两个二极管构成的全波整流电路 在全波整流电路 每只整流二极管承受的最 大反向电压 是变压器次级电压最大值的两倍 因此需用能承受较高电压的二 极管 方案二 桥式整流电路 桥式整流属于全波整流 它不是利用副边带有中 心抽头的变压器 而是用四个二极管接成电桥形式 这种电路 具有全波整流电 路的优点 而同时在一定程度上克服了它的缺点 根据以上的分析拟定方案二 2 滤波部分 整流电路输出波形中含有较多的纹波成分 所以通常在整流电路后接滤波 电路以滤去整流输出电压的纹波 滤波电路有以下二种方案 方案一 电感滤波电路 电磁滤波输出电压较低 相输出电压波动小 随 负载变化也很小 适用于负载电流较大的场合 并且电感滤波时 应考虑到在 电源断开时 电感线圈两端会产生较大的感应电势 方案二 电容滤波电路 电容器与负载电阻并联 接在整流器后面 利用 电容器的充放电作用来进行滤波 容量越大 滤波效果越好 输出波形越趋于 平滑 输出电压也越高 根据以上分析我们拟定方案二 3 DC DC 模块实现方案 DC DC 是指直流 直流转换电路 是整个开关稳压电源的核心部分 主要 2 的目的是进行电压的变换 因为直流不能直接通过变压器升 降压 所以先将 直流通过开关电路变成交流 频率一般是几百 K 这时的交流波形没有交流电 正玄波那样好 变成交流后通过变压器进行变压 输出的交流通过整流 滤波 稳压等电路变回直流 设计该部分电路有以下二种方案 方案一 基于 UC3842 的 DC DC 变换器 UC3842 采用固定工作频率脉冲宽 度可控调制方式 共有 8 个引脚 当电源过载或输出短路时 UC3842 保护电流动作 使输出脉冲占空比减小 输 出电压降低 输出的供电电压也跟着降低 同时 UC3842 芯片的最大输出电流无 法达到要求 方案二 基于 MC34063 的 DC DC 变换器 该变换器是由 MC34063 电阻 电容等器件构成 其电路图如图 1 3 5 所示 控制的核心部分是芯片 MC34063 MC34063 是一种低功耗 高效 DC DC 开关电源稳压器 输入电压范围 为 3V 40V 输出电压范围为 1 25V 40V 工作频率为 100 100kHz 输出脉冲 电流为 1 5A MC34063 的内部结构框图和引脚排列如图 1 3 6 所示 当内部 的开关管导通与关断的频率相对负载的时间常数足够高 负载上便可获得连续 的直流电压 图 1 3 6 图 1 3 5 该电路的最大输出电流只达到 1 5A 由于此芯片具有限流保护功能 我 们通过外接场效应管来扩展输出电流 根据以上分析 本设计采用方案三 3 2 2 系统的硬件设计与实现系统的硬件设计与实现 2 12 1 系统硬件的基本组成部分系统硬件的基本组成部分 本系统是由隔离变压器 电源控制部分和输出数字显示功能部分组成 电源控制部分是由整流滤和 DC DC 变换电路构成 系统总体框图如下 隔离 变压器 整流 滤波 MC34063 控制的 DC DC 变换器 扩流 输出 2 22 2 主要单元电路的设计主要单元电路的设计 1 整流滤波电路的设计 输入信号 200V AC 通过隔离变压器后输出 18V AC 因其电路中功率较大 所以选择耐流为 3A 的整流桥 对于 RC 滤波电路来说 C 越大其滤波效果越好 且电路中的电压较大 这时选择 3300uh 50V 的电容 对整流后信号中的脉动 进行消除 后紧接着一个 104 的电容滤除高频杂波 2 DC DC 转换部分的单元电路的设计 根据题目的基本要求 输出电压在 30V 36V 可调 最大输出电流要达到 2A 等要求 我们对 DC DC 的控制电路的设计以及器件的选择如图 2 2 1 所示 CM PR 5 IPK 7 DRVC 8 SWC 1 CT 3 SWE 2 VCC 6 GND 4 U1 M C34063U 8 L1 400UH D1 IN5822 R2 2 2K R3 47K R1 0 2 VIN VOUT R4 200 C2 100uf C3 330uf C1 102 R5 50 G 1 D 2 S 3 Q1 M OSFET N R6 25 图 2 2 1 电路中的 R1 采用 0 2 欧的电阻 因为 6 脚是电源端 7 脚为电流取样端 4 6 7 脚之间的电压超过 300MV 时 芯片将启动内部过流保护功能 其芯片的内 部的最大电流时 1 5 安 由公式 0 2 可知当 R1 0 2 时 芯片的工作效率最高 其 R2 与 R3 理论上决定了输出电压的大小 其输出电压由此可进行粗调的电阻 范围 其 C1 为定时电容 决定内部的工作频率 C3 决定输出电压的波纹系数 4 效率分析 DC DC 变换器效率 其中 OIN PP OOO PU I INININ PUI 2 2 5 保护电路的设计 由于 MC34063 本身有内部过流保护功能 因此在设计时电路时 我们没有再 次设计外部的保护电路 在测试过程 发现功能正常 3 3 系统测试系统测试 为了确定系统与题目要求的符合程序 我们对系统中的关键部分进行了实际 的测试 3 13 1 测试仪器测试仪器 测试使用的仪器设备如表 3 1 1 所示 表 3 1 1 测试使用的仪器设备 序号名称 型号数量备注 1 数控式稳压电源 LPS 305 1 茂迪 宁波 电子有限 公司 2 DT9205 数字万用表 1 深圳弘大电子有限公司 3 滑线式变阻器 1 福建师范大学实验室 4 TDS1012 示波器 1 福建师范大学实验室 3 2 整流滤波部分的测试整流滤波部分的测试 经变压器降低的交流电通过整流滤波后 要得到稳定的直流电 把示波器 的输入端接到该部分的输出端 观察示波器 看是否是一条直线 若有波形 则要调整滤波的电路 本设计用 3300 了 uF 的电容滤波 又加上整流部分设计 的很好 使得滤波后的电压相当稳定 在示波器上看到的是一条直线 符合要 求 5 3 3 DC DC 的测试的测试 负载负载 本设计的要求是 有负载后电压的变化范围是 15V 30V 电流最高值要达到 2A 电流会随负载值的变化而变化 负载阻值输入电压 V 输出电流 A 输出电压 V 8182 0615 25181 821 6 44181 229 2 60180 830 3 43 4 结论结论 经过对系统的测试 本设计基本达到设计制作的要求 测试结果与设计指标 的误差 是所选芯片以及各元件参数影响的 特别是电感参数的影响 4 4 故障分析故障分析 电路中由于电感受的 Q 值较小 储存能量较低 无法提供较大的电流 可 以通过增大电感的值 以增加电感的 Q 值 从而可以达到题目所要求的电流 因本系统所需要的电感所在的赛区无法满足设计要求 故暂时无法达到题目电 流的要求 只要增加电感的值 本系统完全可以达到本设计的基本要求 5 5 总结总结 本系统以单片机 PIC16F877A 和 MC34063 芯片为核心部件 利用 整流滤波 技术 A D 转换技术 PMW 技术 并配合软件算法实现了开关稳压电源的设计 他主要包括输出 30V 36V 的电压 2A 的电流 电压显示功能 在本次设计中 遇到了许多的问题 通过仔细分析我们体会到了团队精神和共同协作的重要性 参考文献参考文献 1 全国大学生电子设计竞赛训练教程 电子工业出版社 2 PIC 单片机应用系统开发实例 中国电力出版社 3 电子技术基础 模拟部分 高等教育出版社 6 附录附录 总的电路图 CMPR 5 IPK 7 DRVC 8 SWC 1 CT 3 SWE 2 VCC 6 GND 4 U1 MC34063U 8 L1 150UH D1 IN5819 R2 2 2K R3 47K R1 0 2 VIN 1 2 J1 CON2 1 2 J2 CON2 VIN VOUT VOUT R4 200 C2 100uf C3 330uf C1 102 R5 50 1 2 J3 CON2 VIN 1 2 J4 CON2 VOUT RL 位位 1 2 J5 CON2 1 2 3 4 D2 BRIDGE1 VVIN 1 2 J6 CON2 C4 3300uf C5 104 G 1 D 2 S 3 Q1 MOSFET N 1 2 J8 CON2 VOUT R6 25 1 2 J7 CON2 AC0 AC1 AC0 AC1AC0 AC1 PIC 部分 7 MCLR Vpp 1 RA0 AN0 2 RA1 AN1 3 RA2 AN2 Vref 4 RA3 AN3 Vref 5 RA4 T0CKI 6 RA5 AN4 SS 7 RE0 RD AN5 8 RE1 WR AN6 9 RE2 CS AN 7 10 VDD 11 VSS 12 OSC1 CLKIN 13 OSC2 CLKOUT 14 RC0 T1OSO T1CK I 15 RC1 T1OSI CCP2 16 RC2 CCP1 17 RC3 SCK SCL 18 RD0 PSP0 19 RD1 PSP1 20 RD2 PSP2 21 RD3 PSP3 22 RC4 SDI SDA 23 RC5 SDO 24 RC6 TX CK 25 RC7 RX DT 26 RD4 PSP4 27 RD5 PSP5 28 RD6 PSP6 29 RD7 PSP7 30 VSS 31 VDD 32 RB0 INT 33 RB1 34 RB2 35 RB3 PGM 36 RB4 37 RB5 38 RB6 PGC 39 RB7 PGD 40 U2 PIC16F877 VCC VCC C1 30pf C7 30pf Y1 CRYSTAL RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RC0 RC1 RC2 RC3RC4 RC5 RC6 RC7 RD0 RD1RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 RE0 RE1 RE2 1 2 3 4 5 6 7 8 J10 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 J11 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 J9 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 J8 CON9 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RE0 RE1 RE2 RA0RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RC0 RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6 RC7 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 R5 200 R6 200 R7 200 R8 200 R9 200 R10 200 R11 200 R12 200 RD00 RD01 1 2 3 J7 CON3 RD02 1 2 3 4 5 6 J6 CON6 RD03 RD04 RD05 RD06 RD07RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RA0 RE0 RE1 RE2 1 2 J3 CON2 1 2 J4 CON2 VCC GND R2 1K D1 LED VCC 1 6 2 7 3 8 4 9 5 CZ1 UART0 C1 1 C1 3 C2 4 C2 5 T1IN 11 R1OU T 12 T2IN 10 R2OU T 9 VCC 16 V 2 V 6 GND 15 T1OUT 14 R1IN 13 T2OUT 7 R2IN 8 U1 MAX232 VCC R3 200 R4200 TX RX C3 104 C4 104 C5 104 C6 104 C2 104 1 2 J2 CON2 1 2 J5 CON2 1 2 3 4 5 6 J1 ICP RB7 RB6 R1 10K VCC MCLR D2 LED D3 LED D4 LED D5 LED D6 LED D7 LED D8 LED D9 LED MCLR S1 SW PB S2 SW PB S3 SW PB S4 SW PB RB4 RB5 RB2 RB3 R13 1K VCC R14 1K VCC R15 1K VCC R16 1K VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 J12 CON8 RD07 RD06 RD05 RD04 RD03 RD02 RD01 RD00 R17 10K R18 470 T1 位位位 VCC 程序代码 AD 采集 光敏电阻控制 LED 的亮蔑 include unsigned char shuzi 0 x3f 0 x06 0 x5B 0 x4F 0 x66 0 x6D 0 x7d 0 x07 0 x7F 0 x6F 0 x80 unsigned char dongtai 0 x01 0 x02 0 x04 0 x08 unsigned char k 4 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