直流可调稳压电源的设计

1、直流可调稳压电源的设计 Hefei University 微机原理课程设计 作者姓名： 指导老师： 刘 伟 完成时间: 2012-11-13 目录 前 言. 2 一、课程设计的意义 . 2 二、课程设计报告的基本要求 . 2 课程设计的目的和要求 . 2 一、课程设计的目的 . 2 二、课程设计的题目 . 2 三、课程设计的要求 . 3 总体设计. 3 一、基本工作原理 . 3 二、硬件总体设计 . 3 硬件设计. 3 一、系统所选用各芯片的介绍及所用器件 . 3 1、LM317三端正电压稳压器 . 4 2、MC34063 . 5 3、电容、电感、电阻及二极管、三极管 . 7 二、系统所选用各

2、芯片的工作方式 . 8 1、可编程并行接口接口芯片8255A的工作方式 . 8 2、可编程定时器计数器8253的工作方式 . 8 系统操作说明 . 9 结束语 . 9 参考文献. 10 电路图及仿真结果 . 10 1 前 言 一、课程设计的意义 Protues是一种非常强大的软件，他与现在其他电路设计仿真软件最大的不同即它的功能不是单一的，它的强大的元件库可以和任何电路仿真软件相媲美；它集电路设计、制版及仿真等多功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科设计的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全。通过本次试验熟悉Proteus集成环境软件，熟悉电源设计电路原理，熟悉P

3、roteus对电源电路的仿真、测试过程。 二、课程设计报告的基本要求 设计任务：将一个12v电源通过电路设计分别升到24v和降到5v，3.3v，给出详细的电路原理图，采用集成芯片的需给出芯片的工作手册，自己搭出的电路给出原理分析，通过Proteus给出设计的仿真结果。 课程设计的目的和要求 一、课程设计的目的 通过对实验环境调试程序的使用，设计出满足指标要求的电源电路，熟悉Proteus对电源电路的仿真、测试过程。 二、课程设计的题目 将一个12v电源通过电路设计分别升到24v和降到5v，3.3v，给出详细的电路原理图，采用集成芯片的需给出芯片的工作手册，自己搭出的电路给出原理分析，通过Pro

4、teus给出设计的仿真结果。 2 三、课程设计的要求 1写出设计中的各个模块的设计方案，并进行原理分析 2给出结果中每个电压输出端的驱动电流范围。 总体设计 一、基本工作原理 将一个12v电源通过电路设计分别升到24v和降到5v，3.3v 二、硬件总体设计 1.该设计所要器件：MC34063，LM317L,电阻，电感，电容，二极管，三极管等。 2.仿真图设计 （1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压 电源方框图。 （2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。 （3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。 （4）总电路图：

5、连接各模块电路。 硬件设计 一、系统所选用各芯片的介绍及所用器件 MC34063，电阻，电感，电容，三极管等 3 1、LM317三端正电压稳压器 1. 元器件的介绍 LM317 是接线非常简单的可调节线性稳压集成电路， LM317 的过流和短路采用的是限流保护方式， 当输出端电阻太小，导致电流超过保护阀值时，电流会受限制，不会增大很多，但也跟输入端的电压 有关，短路后，电流一般在 1A 左右，但最大也有可能高达 3.5A。输出端短时间稍长后，LM317 功耗 会非常大，如不进行处理，LM317 仍然可能会烧毁。 LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V，负载电流最大为 0.5A-

6、5A。它的使用非常简单，仅需 两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。其次是LM317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当LM317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，LM317稳压块就不能正常工作。当LM317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，LM317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用LM317稳压块

7、制作稳压电源时，没有注意LM317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。 2、在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把LM317烧坏。 特性简介 可调整输出电压低到1.2V。保证1.5A 输出电流。典型线性调整率0.01%。典型负载调整率0.1%。80dB 纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全工作区保护。标准三端晶体管封装。 电压范围 LM117/LM317 1.25V 至 37V 连续可调。 4 2、MC34063 MC34063A（MC3

8、3063）芯片器件简介 MC34063集成电路主要特性： 输入电压范围：2.540V 输出电压可调范围：1.2540V 输出电流可达：1.5A 工作频率：最高可达180kHz 低静态电流 短路电流限制 可实现升压或降压电源变换器 MC34063的基本结构及引脚图功能(右图） 1脚：开关管T1集电极引出端； 2脚：开关管T1发射极引出端； 3脚：定时电容ct接线端；调节ct可使工作频率在100100kHz范围内变化； 4脚：电源地； 5脚：电压比较器反相输入端，同时也是输出电压取样端；使用时应外接两个精度不低于1%的精密电阻； 6脚：电源端； 7脚：负载峰值电流（Ipk）取样端；6，7脚之间电压

9、超过300mV时，芯片将启动内部过流保护功能； 8脚：驱动管T2集电极引出端。 工作原理 MC34063的工作原理 5 MC34063组成的降压电路 MC34063组成的降压电路工作过程： 1比较器的反相输入端(脚5)通过外接分压电阻R1、R2监视输出电压 。其中，输出电压Uo=1.25(1+ R2/R1)由公式可知输出电压 。 仅与R1、R2数值有关，因125V为基准电压，恒定不变。若R1、R2阻值稳定，U。亦稳定。 2脚5电压与内部基准电压125V同时送入内部比较器进行电压比较。当脚5的电压值低于内部基准电压(125V)时，比较器输出为跳变电压，开启RS触发器的S脚控制门，RS触发器在内部

10、振荡器的驱动下，Q端为“1”状态(高电平)，驱动管T2导通，开关管T1 亦导通，使输入电压Ui向输出滤波器电容Co充电以提高U。，达到自动控制U。稳定的作用。 3当脚5的电压值高于内部基准电压(125V)时，RS触发器的S脚控制门被封锁，Q端为“0”状态(低电平)，T2截止，T1亦截止。 4. 振荡器的Ipk 输入(脚7)用于监视开关管T1的峰值电流，以控制振荡器的脉冲输出到RS触发器的Q端。 5. 脚3外接振荡器所需要的定时电容Co电容值的大小决定振荡器频率的高低，亦决定开关管T1的通断时间。 MC34063 升压电路 MC34063组成的升压电路,当芯片内开关管(T1)导通时，电源经取样电

11、阻Rsc、电感L1、MC34063的1脚和2脚接地，此时电感L1开始存储能量，而由C0对负载提供能量。当T1断开 时，电源和电感同时给负载和电容Co提供能量。电感在释放能量期间，由于其两端的电动势极性与电源极性相同，相当于两个电源串联，因而负载上得到的电压高于电源电压。开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。只要此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。 MC34063组成的电压反向电路 6 采用MC34063芯片构成的开关反压电路。当芯片内部开关管T1导通时，电流经MC34063的1脚、2脚和电感Ll流到地，电感Ll存储能量。此时由Co向负载提供能量。当T1断开时，由于

12、流 经电感的电流不能突变，因此，续流二极管D1导通。此时，Ll经D1向负载和Co供电(经公共地)，输出负电压。这样，只要芯片的工作频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续直流电压。 3、电容、电感、电阻及二极管、三极管 电阻：电阻（Resistance，通常用“R”表示）是所有电路中使用最多的元件之 一。在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，

13、电子流通量越大，反之亦然。 电容：电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容。因电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，所以广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面。 电感：电感（inductance of an ideal inductor）是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线

14、圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利（H）”。 二极管：二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二 7 极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。 三极管：半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管

15、”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极 B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。 二、系统所选用各芯片的工作方式 1、可编程并行接口接口芯片8255A的工作方式 （1）、A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7PA0依次对应按 键18）； （2）、B口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1连接LED显示器（PB7PB0 依次对应连接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段数码管管脚）； （3）、C口也必

16、须工作在方式0，高4 位做输入端口（本次设计中只用PC4、PC5, 分别用于连接复位键和开始键），低4位做输出端口（PC3PC0，经驱动器2后PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到8253的GATE1端，以控制通道1的计数）。 2、可编程定时器计数器8253的工作方式 （1）、通道0：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3 即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。 （2）、通道1：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1 即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为0。 （3）、通道2：操作类型为先读写低字节再读写高字节，

17、工作在方式3 8 即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为0。 系统操作说明 1、启动计算机，打开PROTUES软件 2、在protues软件画出电路原理图 3、运行仿真 4、若出现错误，检查电路进行调试再运行仿真 结束语 通过本次实验熟悉Proteus集成环境软件，熟悉电源设计电路原理及mc34063芯片，通过对实验环境调试程序的使用，熟悉Proteus对电源电路的仿真、测试过程。最大的收获是mc34063芯片的认识与了解，该器件本身包含了DCDC变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，RS触发器和大电流输出开

18、关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DCDC变换器仅用少量的外部元器件。主要应用于以微处理器(MPU)或单片机(MCU)为基础的系统里。最后我还在本次试验中认识到了上网查找资料的必要性以及团队合作的重要性，本次设计既没有硬件环境，也没模拟的软件环境，设计起来比较的困难，只能通过查找一些资料和大脑抽象来设计该课程设计。希望学校以后能够提供一些硬件或软件上的支持，让我们能够更好的掌握接口芯片的设计。本次课程设计涉及到所学的电路及模拟电路知识。在学习方面，通过查阅书籍，网上资料等方法了解了相关的电路知识并巩固了所学的电子知识。 9 参考文献 Proteus教程电子线路设计、制版与仿真 电路图及仿真结果 mc34063从12v升压至24v的电路仿真效果： 10 （1）下面电路能使mc34063从12v升压至24v，但如果负载电流上升到1.2安时，电压下降了2v左右。 （2