开关直流稳压电源设计.doc

《开关直流稳压电源设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关直流稳压电源设计.doc（20页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、1.毕业设计（论文）题目：开关直流稳压电源设计2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：（1）交流输入电压220V20，50Hz；（2）直流输出电压30V36V可调；（3）直流输出电流02A；（4）负载调整率SI5%；（5）DC-DC变换器的效率70%；（6）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.50.2A。3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间：本设计主要以MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心设计一开关直流稳压电源日期：自2010年12月01日至2011年04月05日指导老师评语：_ 指导老师：贺国灿 系主任：姚卫华前 言 开关电源是一种利用开关功率器件并

2、通过功率变换技术而制成的直流稳压电源.它具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点,因而广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通讯设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源.开关电源又被称为高效能节能电源,内部电路工作在高频开关状态,自身消耗的能量很低,一般电源效率可达80%左右,比普通线性稳压电源进步一倍.目前生产的无工频变压器式中,开关电源仍然采用脉冲宽调制器PWM或脉冲频率调制器PFM的原理.本文根据PWM原理,以MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心设计出的一开关直流稳压电源。 目 录毕业设计

3、（论文）任务书前 言第一章 绪论1.1 开关直流稳压电源概述1.1.1 开关直流稳压电源1.1.2 开关稳压电源的优点1.1.3开关稳压电源的缺点1.1.4引起稳定电源输出不稳的主要因素1.1.5稳定电源的技术指标1.1.6 描述输入电压影响输出电压的几种指标形式1.1.7 负载对输出电压影响的几种指标形式1.1.8 纹波电压的几种指标形式1.1.9 漂 移 1.1.10 稳定度1.2 本设计的主要任务第二章 设计方案2.1 设计要求2.2 方案设计2.2.1 总体设计方案第三章 系统的硬件设计与实现31系统硬件的基本组成32电路的设计3.2.1 整流滤波电路的设计3.2.2 DC/DC转换部

4、分的单元电路的设计3.2.3 保护电路的设计第四章 系统实现的功能总结参 考 文 献总原理总图原件清单第一章 绪论1.1 开关直流稳压电源概述1.1.1 开关直流稳压电源开关直流稳压电源由全波整流器，开关管，激励信号，续流二极管，储能电感和滤波电容组成。实际上，开关稳压电源的核心部分是一个直流变压器。这里我们对直流变换器和逆变器作如下解释。逆变器，它是把直流转变为交流的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电平或电池组成的备用电源中。直流变换器，它是把直流转换成交流，然后又把交流转换成直流的装置。这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电压变换成极性、数值各不同的多种

5、直流供电电压。1.1.2 开关稳压电源的优点1.功耗小，效率高。晶体管在激励信号的激励下，它交替地工作在导通截止和截止导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。2.体积小，重量轻。从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。3.稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以

6、通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样，开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。4.滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500b倍。在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤

7、波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/5001/1000。5.电路形式灵活多样。例如，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。1.1.3开关稳压电源的缺点开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电

8、器受到严重的干扰。1.1.4引起稳定电源输出不稳的主要因素 直流稳压电源的输出电压或电流，是相对稳定而并非是绝对不变的，它只是变化很小，小到可以允许的范围之内。那么产生这些变化的原因由哪些呢？不难想象，一是因电网输入不稳定所导致。电网供电有高峰期和低谷期，不可能始终稳定如初。二是因为供电对象而引起的，即由负载变化形成的。如果负载短路，负载电流会很大很大，电源的输出电压会趋近于零，时间一长还会烧坏电源；如果负载开路，没有电流流过负载，输出电压就会升高。即使不是这两种极端情况，负载电阻有微小的变化也会引起稳定电源输出电压或电流的变化；三是由稳定电源本身条件促成的。构成稳定电源的元器件质量不好，参数

9、有变化或完全失效时，就不可能有效的调节前两种原因引起的波动。还有，元器件受温度、湿度等环境因素影响而改变性能也会影响稳定电源输出不稳。一般的说，稳定电源电路的设计首先要考虑前两种因素，并针对这两种因素设计稳定电源中放大器的放大量等。在选择元器件时，要重点考虑第三个因素。但在设计高精度稳定电源时，必须要高度重视第四个因素。因为在高稳定电源中，温度系数和漂移这两个关键的技术指标的好坏都是由这个因素所决定的。1.1.5稳定电源的技术指标衡量一台稳定电源的好坏，一方面要从功能角度看，即容量大小（输出电压和输出电流）、调节范围及效率高低等，人们称之为使用指标。另外，还要从外观形状及体积重量等直观形象来看

10、，这些称为非电气指标。更重要的是要看它的质量高低，及输出量的稳定程度，图需要定量的描述，称之为质量指标。以下稳压器常用的一些质量指标。1.1.6 描述输入电压影响输出电压的几种指标形式1稳压系数稳压系数有绝对稳压系数和相对稳压系数两种。绝对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量Uo与输入电网电压变化量Ui之比，及 K=Uo/Ui它表示输入电网电压变化Ui引起多大输出电压的变化。所以绝对稳压系数K值越小越好。K越小，说明同一Ui引起的Uo越小，也就是说输出电压月稳定，这种表示方法在工程设计中常常用到。但是，在稳定电源中更重视相对稳压系数。相对稳压系数S表示在负载不变时稳压器输出直流电压U

11、o的相对变化量Uo与输入电网电压Ui的相对变化量Ui之比，即 S=(Uo/Uo)/(Ui/Ui) 一般情况下，如果不特别说明，稳压系数通常是指相对稳压系数S，而不是绝对稳压系数K。2电网调整率它表示输入电网电压由而定额定值变化10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。一般稳压电源的电网调整率等于或小于1%、0.1%、甚至0.01%有的直流稳压电源规定电网电压不是变化10%，这时会有特别的说明。3电压稳定度负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化Uo /Uo（百分值），称之为稳压器的电压稳定度。有的部门把这项技术指标更具体地规定为在额

12、定输出电压时，当电网电压由额定值变化10%，负载电流从零变化到最大值时，引起输出电压的变化程度。 1.1.7 负载对输出电压影响的几种指标形式1负载调整率（也称电流调整率） 在额定电网电压下，负载电流从零变到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示。有时也用绝对变化量表示。2输出电阻（也称等效内阻或内阻）在额定电网电压下，由于负载电流变化IL引起输出电压变化Uo，则输出内阻为 Ro=|Uo/IL|1.1.8 纹波电压的几种指标形式1最大纹波电压在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值大小，通常以峰峰值或有效值表示。2纹波系数（%）在额定负载电流下，输出纹波电压的有

13、效值Umrs与输出直流电压Uo之比，即 =Umrs/Uo x100%3纹波电压抑制比纹波电压抑制比是指在规定的纹波频率（例如50Hz）下，输入电压中的纹波电压Ui与输出电压中的纹波电压Uo之比，即: 纹波电压抑制比=Ui/Uo1.1.9 漂 移稳压器在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下，元件参数的不稳定也会造成输出电压的变化，慢变化叫做漂移，快变化叫做噪声。介于二者之间叫做起伏。在一般使用中只考虑漂移就可以了。表示漂移的方法有两种。一种是在指定时间内输出电压值的变化Uo；另一种是用在指定时间内输出电压的相对变化Uo /Uo。考察漂移的时间可以定为1min、10min、1h、8h或更长

14、。只有在精度较高的稳压器中，才有温度系数和温漂两项指标。 1.1.10 稳定度一般地说，稳定度是指在某一条件下输出电压的相对变化Uo /Uo。如果不注明条件而泛谈稳定度，那就应该是在所有允许使用条件下，或者说是在最恶劣的情况下输出电压的最大相对变化Uo /Uo。 1.2 本设计的主要任务随着电子技术的迅速发展，对电源的要求越来越高。几乎所有的电子设备中都需要稳定的直流电源。开关直流稳压电源具有成本低、体积小、重量轻、使用方便和工作可靠等优点，所以被广泛的作为各种晶体管仪器、仪表、教学、制动控制系统与设备的直流电源。精密稳压、稳流电源还可作为检定某些电工仪表的稳压、稳流电源。因此，直流稳压电源是

15、科研、生产、教学和维修等单位常用的必备仪器。 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220V20，输出电压为直流30V36V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。本毕业设计的开关直流稳压电源具有成本低、体积小、重量轻、使用方便和工作可靠等优点，可用于各种晶体管仪器、仪表、教学、制动控制系统与设备的直流电源。第二章 设计方案2.1 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：30V3

16、6V；（2）最大输出电流IOmax：2A；（3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU2%（IO=2A）；（4）IO从0变到2A时，负载调整率SI5%（U2=18V）；（5）DC-DC变换器的效率70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（6）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.50.2A。2.2 方案设计 2.2.1 总体设计方案根据具体的设计要求稳压电源的设计采用以下方法：利用MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心，如图2.2.2所示。采用MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器作为开关直流稳压电源的控制器。本系统是由隔离变压器、电源控制部分组成， 电

17、源控制部分是由整流滤和DC/DC变换电路构成。利用软件和硬件结合的方法来设计稳压电源，其精度和稳定性都大大得到提高。隔离变压器整流滤波MC34063控制的DC-DC变换器扩流输出 图2.2.1 采用MC34063芯片组成的开关直流稳压电源基本组成框图2.2.2 各模块方案设计（1）整流电路模块整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路。由于单相桥式整流电路的纹波电压小，输出电压比较高，晶体管所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内部有电流供给负载

18、，电源变压器得到了充分的利用，效率高。单相桥式整流电路如图2.2.2(1)所示： 图2.2.2(1) 单相桥式整流电路（2）滤波电路模块 滤波电路用于滤去整流输出电压中纹波，对于滤波电路设计采用以下方法：采用电容滤波电路。由于电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来；而单电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，也就是电容具有平波的作用。电容滤波电路简单，负载直流电压比较高，纹波也较小，适用于负载电压较高，负载变化不大的场合，也减轻了电路设计和实际焊接的工作。滤波电路的基本形式如图 2.2.2(2)所示。其中图（a）为电容滤波电路，图（c

19、）为电感滤波电路。 图 2.2.2(b) 滤波电路的基本形式（3）DC/DC电路模块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。 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2.2.2(d)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

20、入电压范围为3V40V,输出电压范围为1.25V40V，工作频率为 100100kHz,输出脉冲电流为1.5A,。MC34063的内部结构框图和引脚排列如图2.2.2(e)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2.2.2(d) 图2.2.2(e)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。第三章 系统的硬件设计与实现31系统硬件的基本组成 本设计是一个可实现固定输出和可变输出的稳定电源，在设计中运用了降压整流滤波技术和PWM调制技术，所以系统可分为降压整流滤波部分和PWM调制部分。

21、 降压整流滤波部分：系统利用隔离变压器，实现降压的作用，然后通过单相桥式整流、电容滤波电路，输出纹波较小的直流电压，驱动下一级的稳压电路。 PWM调制部分：以MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心，实现可调电压的输出。32电路的设计3.2.1 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。3.2.2 DC/DC转换部分的单元电路的设计

22、 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3.2.2所示。图3.2.2 DC/DC转换电路电路中的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，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。3.2.3 保护电路的设计 由于MC34063本身有内部过

23、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.第四章 系统实现的功能系统实现的功能有：1、输出正可调稳定电压，输出电压的调节范围为+30V+36V；2、具有过流及短路保护功能经过对系统的降压整流滤波部分和PWM调制部分的仿真测试，本设计基本达到设计制作要求。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.总结本系统以MC34063芯片为核心部件，利用整流滤波技术，A/D转换技术，PMW技术实现了开关稳压电源的设计，他主要包括输出30V36V的电压，2A的电流，最终完成了本毕业设计所要求的各项基本要求。本次毕业设计得到院

24、、系领导和老师的大力支持与帮助，还有同学间的相互团结合作齐力攻破难题，最终圆满的完成了此次毕业设计任务。 特别要感谢姚主任与贺老师对我的关怀和细心教导，没有他的帮助与指点，这次毕业设计我就可能无从下手，也就肯定不能够按时完成本次毕业设计的任务，在这里我谨向他们表示衷心的感谢！交往中，发现姚主任不仅在教学方面为人师表，更以他们渊博的知识、雷厉风行的工作作风、热情大方处事方法、朴素不完的宝贵财富，深深的把我感染，这是我一生学习的标准，将永远激励我、鞭策我。同时，贺老师在设计上给予我莫大的帮助，这种无私奉献的的精神令我无比敬佩。在此请接受学生最深的敬意，并衷心的向他们两位道声谢谢，老师您辛苦了！还要

25、感谢浙江长兴图书馆，本次毕业设计在浙江长兴图书馆借阅了大量资料，丰富了我的设计思路。最后再次感谢给过我支持与帮助的所有人。参 考 文 献1 谢嘉奎电子线路：非线性部分（第四版）北京：高等教育出版社20092 曲学基，王增福，曲敬铠稳定电源基本原理与工艺设计北京：电子工业出版设20043 史平君实用电源技术手册：电源元器件分册沈阳：辽宁科学技术出版社19994 华伟，周文定现代电力电子器件及其应用北京：北方交大出版社，清华大学出版社20025 刘选忠，杨拴科实用电源技术手册：模块式电源分册沈阳：辽宁科学技术出版社1999总原理总图原件清单二极管4个、稳压二极管一个MOS管一个电感400uh一个MC34063一片电容3.3uF两个，100uF一个，102、104各一个电阻0.5k、0.2k、2.5k、2.2k、47k、200殴各一个文档来源网络，版权归原作者。如有侵权，请告知，我看到会立刻处理。