DCDC变换器毕业论文

1、绪论一. 开关电源概述开关电源（switch mode paver supply,即smps） 被誉为高效节能型电源，它代表着稳压电源的主流产品。半个世纪以来，开关电源大致经历了四个阶段。早期的开关电源全部有分立元件构成，不仅开关频率低，效率高，而且电路复杂，不宜调试。在20世纪70年代研制出的脉宽调制器集成电路，仅对开关电源中的控制电路实现了集成化；80年代问世的单片开关稳压器，从本质上讲仍dc/dc电源变换器。随着各种类型单片开关电源集成电路的问世，ac/dc电源变换器的集成化才变为现实。稳压电源是各种电子的动力源，被人称为电路的心脏，所有用电设备，包括电子仪器仪表，家用电器。等对供电电压

2、都有一定的要求。至于精密的电子仪器，对供电电压的要求更为严格。所谓的dcdc直流稳压是指电压或电流的变化小到可允许的程度，并不是绝对的不变。目前，随着单片开关电源集成电源的应用，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出来强大的生命力，它作为一项颇具发展和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍重视。尤其是最近两年来，国外一些著名的芯片厂家又竞相推出了一大批单片开关电源集成电路，更为新型开关电源的推广及奠定了良好的基础。单片开关电源具有集成度高、高性价化、最简外围电路，最佳性能等指标，现已成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成

3、电路。二. 开关电源的技术追求1.小型化、薄型化、轻量化、高频化开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感和变压器的尺寸，而且还能抑制干扰，改善系统的动态性能。因此高频化是开关电源的主要发展方向。2.高可能性开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光电偶合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电

4、路，提高了平均无故障时间。1.低噪声开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会增大。采用部分谐振转换技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的有一发展方向。2. 采用计算机辅助设计与控制采用caa和cdd技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引人微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实施检测、记录并自动报警等。三.dc/dc变换器的应用范围及发展趋势（1） dc/dc变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平

5、稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约2030的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。（2） dc/dc变换器是一种能高效地实现直流到直流功率变换的混合集成功率器件，主要采用了高频功率变换技术，即将直流电压通过功率开关器件变换成高频开关电压，且输入与输出之间完全隔离。该产品主要应用于航空、航天、通信、雷达、以及其他所有采用分布式供电体系的领域。其主要发展方向是：采用多芯片组件技术和新型高导热基板（如ain金刚石和金属等），进一步提高功率密度（3w/cm3以上）和输出功率（达200w以上），工作频率达1

6、mhz，效率为90%以上，实现多路智能化混合集成dc/dc变换器组件。（3） 直流-直流变换器（dc/dc）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，dc/dc可分为750w以上、750w1w和1w以下3大类。进入20世纪90年代，dc/dc变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6w25wdc/dc变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，dc/dc变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251w750w的d

7、c/dc变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，dc/dc变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。四.本设计要解决的主要问题、采用的手段和方法（1）本设计要解决的主要问题是加入输入电压为3v的电源电压，使用 dc/dc变换器实现输出为12v和3.6v的电压。（2）本设计采用的手段和方法是采用核心集成电路mc34063作为控制部分，外围加少量元器件组成dc/dc升压、反转电路。五.本设计课题的意义、目的以及应达到的要求（1）本设计课题的意义：使我们了解了dc/dc变换的发展趋势和用途，并掌握了如何利用集成器件实现高效率

8、、小型化、薄型化、轻量化、高频化的开关稳压电源。（2） 本设计的目的：最直接目的是实现直流到直流的开关稳压变换，设计一个简单而又低成本的电源；另外，在于帮助读者了解mc34063新型集成器件，增加电子技术知识，锻炼动手能力，培养和提高创新能力；为电子爱好者增添一技之长提供技术资料；使有一定电子理论基础知识的读者阅读本设计后，理论水平有进一步的提高，激发动手制作的欲望，实现理论与实践的结合。（3） 本设计的应达到的要求：输入加3v直流电压实现输出为12v、（电流是100ma）和3.6v(电流是500ma)的电压。第一章 dc/dc变换器的基础知识1.1 dc/dc变换器的含义、分类、应用范围及优

9、点1.1.1 dc/dc变换的含义dc/dc变换即直流斩波，就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压。1.1.2 dc/dc变换器的分类变换器有两种类型：线性变换器开关变换器。开关变换器有三种拓扑结构：降压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定的输出电压）；升压 变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较高的稳定的输出电压）；反激变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定反相输出电压）。1.1.3 dc/dc变换技术的应用范围主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合，广泛应用于无轨电车、有轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机车车辆的无级变速以及20世纪 80年代兴起的电动汽车

10、的调速及控制等。1.1.4 dc变换技术的优点此技术不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐和提高功率因数的目的。1.2 dc/dc变换器的基本工作原理及控制方式1.2.1 dc/dc变换器的工作原理如图是最基本的直流斩波电路，负载为纯电阻r。当开关s闭合时，负载电压u。=ud，并持续时间ton;这t=ton+toff为斩波电路的工作周期，斩波器的输出电压波形如图（b）设斩波其的占空比k=ton/t，则由波形图上可得输出电压的平均值为u。=ton/t*ud=kud，只要调节k，即可调节负载的平价电压。1.2.2 dc/dc变换器的控制方式其控制方式为pwm、 pfm控制和调频调宽混合控

11、制。pwm控制即定频调宽控制，这种控制方法是保持斩波周期t不变，只改变斩波器的导通时间ton。其特点为：斩波器的基本频率固定，所以滤除高次谐波的滤波器设计比较容易。pfm控制即定宽调频控制，这种控制方式是保持导通时间ton不变，而改变斩波周期t。其特点为：斩波回路和控制电路变得简单，只有频率是变化的。1.2.3 pwm控制、pfm控制和pwm/pfm切换控制模式比较这三种控制方式各有各的优点与缺点：dc/dc变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到对于设定电压相同的输出电压。pfm控制时，当输出电压下降达到在设定电压以上时即停止开关，在下降到设定电压前，

12、dc/dc变换器不会进行任何操作。但如果输出电压下降到设定电压以下，dc/dc变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压，pwm控制也是与频率同步进行开关，但它会在达到设定值时，尽量减少流人线圈的电流，调整升压使其与设定电压保持一致。与pwm相比，pfm的输出电流小，但因pfm控制的dc/dc变换器在达到设定电压以上时就会停止动作，所以消耗上午电流就会变得很小。因此消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。pwm在低负荷时虽然效率较逊色，但是因其纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，消除噪声也较简单。第二章 dc/dc变换器主回路使用的元件选择及其特性与质量指标的含义2.1 三种

13、元件2.1.1开关无论哪一种dc/dc变换器主回路使用的元件只是电子开关、电感、电容。电子开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态。只有快速状态转换引起的损耗才小，目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管，逐步普及的有igbt管，还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。2.1.2 电感电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流，电压相位不同，因此理论损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流，也称它为扼流圈。其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”。换句话说，由于“磁通连续性”，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰波。电感为磁性元件，

14、自然有磁饱和的问题，多数情况下，电感工作在线性区，此时电感值为一常数，不随端电压与流过的电流而变化。但是，在开关电源中有一个不可忽视的问题，就是电感的绕线所引起的两个分布参数（或称寄生参数）的现象。其一是绕线电阻，这是不可避免的；其二是分布式杂散电容，随绕线工艺、材料而定。杂散电容在低频时影响不大，随频率提高而渐显出来，到一频率以上时，电感也许变成电容的特性了。如果将杂散电容集成为一个，则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。2.1.3 电容电容是开关电源中常用的元件，它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件。但对频率的特性却刚好相反。应用上，主要是“吸收”纹波，具平滑电压波形的作用。实

15、际上的电容并不是理想的元件。电容器由于有介质、接点与引线，形成一个等效串联内电阻esr。这种等效串联内电阻在开关电源中小信号控制上，以及输出纹波抑制的设计上，起着不可忽视的作用。另外电容等效电路上有一个串联的电感，它在分析电路器滤波效果时非常重要。有时加大电容值并不能使电压波形平直，就是因为这个串联寄生电感起着副作用。电容的串联电阻与接点和引出线有关，也与电解液有关。常见铝电解电容的成分为al2o3，导电率比空气的大七倍，为了能提高电容量，把铝箔表面做成有规律的凸凹不平状，使氧化膜表面积加大，加入的电解液可在凸凹面上流动。普通的铝电解电容在高频脉动电流大幅度增加下，高频阻抗温度上升较大，成了开

16、关电源长寿命的瓶颈。所谓好电容耐反波电流，耐温升，esr值小。电容电解液受温度影响，温度升高，电阻减小，即电容串联电阻减小，则是理想的。温度升高，等效串联电阻加大，导致电容寿命减短，这是普通铝电解电容的缺点。为改善这一缺点，将电解液覆盖在氧化膜表面后将 其干燥形成固体式电解质电容，即“钽电容”。2.1.4器件选择要点只如果外接开关管，最好选择开关三极管或功率mos 管，注意耐压和功耗。如果开关频率很高，电感可选用多线并绕的，以降低趋肤效应的影响。续流二极管一般选恢复时间短、正向导通电压小的肖特基二极管，但要注意耐压。如果输出电压很小(零点几伏)，就必须使用mos管续流。输出滤波电容一般使用高频

17、电容，可减小输出纹波同时降低电容的温升。在取样电路的上臂电阻并一个0.11f电容，可以改善瞬态响应。2.1.5 电源设计的器件选择需要注意以下几点： 1）选择设计灵活性較大的dc/dc变换器，扩大电路设计的范围。 2） 低消耗电流、高效率可延长电池的使用寿命。 3） 可使用小型的外接元器件，实现产品小型化。 4）有力的技术支持工具。2.1.6 元器件的选用因为元器件直接决定了电源的可靠性，所以元器件的选用非常重要。元器失效主要集中在以下四个方面。质量问题造成的失效与工作应力无关。质量不符合的可以通过严格的检查加以剔除，在工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品。(1)元器件可靠问题元器件可靠性问

18、题，即基本失效率的问题，这是一种随机性质的失效，与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。在一定的应力水平下，元器件的失效率会大大下降。电源设备主要元器件的筛选试验一般要求：a.电阻在湿温下按技术条件进行100%的测试，剔除不合格品。b.普通电容器. 按技术条件进行100%的测试，剔除不合格品。c.接插件按技术条件抽样检测各种参数。d.半导体器件按以下程序进行筛选：目检、初测、高温储存、高低温冲击、电功率老化、高温测试、低温测试、常温测试。筛选结束后应计算剔除率：=n/n*100%式中：n受试样品总数； n被剔除的样品数。如果超过标准规定的上限值，则本批元器件全部不准上机，并按规定处

19、理。(2) 设计问题 首先是恰当地选用合适的元器件：a.尽量选用硅半导体器件，少用或不用锗半导体器件。a. 多采用集成电路，减少分离器件的数目。b. 开关管选用mosfet能简化驱动电路，减少损耗。c. 输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。d. 应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。禁止选用塑料封装的器 件e. 集成电路必须是一类品或符合mil-m-38510、mil-s-19500标准封装b-1 以上质量等级的军品。f. 设计时尽量少用继电器，确有必要时选用接触良好的密封继电器。g. 原则上不选用继电器，必须保留的应进行固封处理。h. 吸收电容器与开关整流管的距离应当接近，因流过高

20、频电流，鼓易升温， 所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。2.2 技术指标含义2.2.1 含义1）稳压系数 稳压系数有绝对系数和相对系数两种。绝对系数表示 负载不变是，稳压电源输出直流变化量uo与输出电压变换量ui 引起多大的输 出电压的变换，所以绝对稳压系数k值越小越好，k小时说明同一ui引起的u0越小，也就输出的电压越稳定，这种表示方法在工程设计中常用到，但是稳定电压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uo的相对变化量uo与输入电网电压ui的相对变化俩量ui之比即s=uo/uo/ui/ui，一般不特别说明，稳压系数通常是指相对稳压系数s，而不是

21、绝对稳压系数k。2）输入电压调整率输入电压调整率用于衡量当负载和环境不变时，因输入电压的变化而引起的输出电压的改变。它是一个直流参说，不包括输入电压纹波或瞬间变化电压产生的影响，通过在输入端串联一个预置稳压器或一个低成本的rc滤波器，既可有效的改善总体的输入电压调整率。3）导通建立时间导通建立时间是指系统加电后基准输出电压达到稳定的时间。该参数对于采用电池供电的便携式系统来说是重要的，因为这类系统为节省电能，长时间或间隙方式供电。2.2.2负载对输入电压影响的几种指标形式1）负载调整（也称电流调整率） 在额定电压下，负载电流从0便到最大时，输入电压的最大相对变化量，常用百分说表示，又是也用绝对

22、变化两表示。2）输出电阻（也称等效电阻） 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，则输出电阻为ro=|uo/il|3）最大波纹电压在额定输出电压和负载电流下，输出电压的波纹（包括噪声）的绝对值大小，通常一峰峰值或有效值表示。4）纹波系数r(%) 在 额定负载电流下，输出波纹电压的有效值ums与输出直流电压之比 5) 波纹电压抑制比 波纹电压抑制比是指在规定的纹波频率（例如50hz）下输入电压重的纹波电压ui与输出电压中的纹波电压uo之比，即纹波电压抑制比ui/uo6)温度漂移合温度系数 环境的温度变化影响元器件的参说得变化，从而引起稳压器输出的电压变化，称为温度漂移。常用温

23、度系数表示温度飘逸的大小，温度每变化一度引起输出电压只得变化uo称为绝对温度系数，单位是v/或mv/温度每变化一度引起的输出电压相对变化u/uo称为温度相对系数，单位7)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，元器件参说得不稳定也会造成输出电压得变化。慢变化叫做漂移，快变化叫做噪声，介于而这之间叫做起伏，在一般使用中只考虑飘逸就可以了。 表示漂移的方法有两种。一种是在指定时间内输出电压之的变化u；另一种是用在指定时间那输出电压的相对变化uo/uo,考虑漂移的时间可以定为、1min,10min,8h或更长。只有在精度较高的稳压器中，才有温度系数和温漂系数两项指标。2.2.3 三

24、个重要质量指标（1）电压调整率s 电压调整率又称之为稳压系数，用s表示。若由于输入电压vs的相对变化而引起的输出电压的相对变化，则定义为在负载电流和环境温度不变的情况下，输出相对变化与输入相对变化的比值。s的大小反映了一个稳压电源克服输入电压变化影响的能力。显然s的越小，即在同样的输入电压条件下，输出电压变化越小，即电源稳定性越好。通常s的值在1%0.01%范围内。（2）负载调整率（输出内阻r0）负载调整率又称电流调整率，它是在规定输入电压下，用负载电流从零（空载）到最大值（满载）时，输出电压的相对变化率来表示的。负载调整率也可用动态输出内阻r0来表示。若负载电流的变化引起输出电压的变化，则r

25、0定义为在输入电压及环境温度不变的条件下，v0与i0的比值。r0反映了负载变动时，输出电压v0维持稳定的能力。显然，r0越小，则当i0变化时，输出电压变化越小，即越稳定。（3） 输出纹波电压v01 整流输出的纹波电压vs1，经过稳定电压的稳压作用，使稳压电源的稳波输出电压v0大大地降低。而稳波输出降低的程度与稳压电路的稳定系数s有关，其关系式v01=s*v0*vs1/vs.2.2.4 pcb布局和布线的要点（1）开关导通和关断都存在一个电流环路，这两个环路都是高频、大电流的环路，所以在布局和布线时都要将此二环路面积设计得最小。用于反馈的取样电压要输出电容上引出，并注意芯片或开关管的散热。（2）

26、电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。（3）dc/dc变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，以使其导线长度最小。第三章 芯片 mc34063的简介3.1 mc34063集成电路简介 3.1.1 集成电路mc34063概述 mc34063是有ua78s40进一步简化的来的，由于 ua78s40内部设置了与主稳压系统无关的运算放大器，及开关性能，正相压降都不如意的续流二极管，使其引出脚增多，加上一些不必要的引出端，比如基准电压的输出端等，不得已采用16脚封装，其后，美国摩托罗拉公司对ua78s40加以简化，取出了内部运算放大器和续流二极管，改为双列8脚pic和smd两种封装形式

27、，型号为mc34063，其技术参数基本与ua78s40相同。mc34063和ua78s40除作降压开关电源外，两者可作升压极性反转和多组输出的电压开关电源。由于mc34063体积小，且又smd封装形式，故应用较广。34063一种用于dcdc电源变换的集成电路，应用比较广泛，通用廉价易购。可用于电压的升压，降压以及极性的反转。极性反转效率最高，升压效率最高，降压效率最高，变换效率和工作频率滤波电容等成正比。另外，输出功率达不到要求的时候，比如250300ma时，可以通过外接扩功率管的方法扩大电流，双极型或mos型扩流管均可。外围元件标称含义和它们取值的计算公式：vout(输出电压)1.25v（r

28、1r2）ct(定时电容)：决定内部工作频率。ct=0.000 004*ton(工作频率)ipk=2*iomax*t/toffrsc(限流电阻)：决定输出电流。rsc0.33ipklmin(电感)：lmin(viminvces)*ton/ ipkco(滤波电容)：决定输出电压波纹系数，coio*ton/vp-p(波纹系数)固定值参数：vces=1.0vton/toff=(vo+vfvimin)/(viminvces)vimin:输入电压不稳定时的最小值vf=1.2v 快速开关二极管正向压降其他手册参数：参数名称 符号 单位 mc34063 34063 irm03a输入电压 vin v 2.540

29、v 2.540v 2.540v 输出电压 vout v 1.2540v 1.2540v 1.2540v 最高频率 f khz 0.1100khz 0.1100khz 0.1100khz 功率 p w 1.25w 1.25w 0.9w 工作温度 ta 度 070度 070 070度 在实际应用中的注意： 快速开关二极管可以选用in4148，在要求高效率的场合必须使用in5819！ 34063能承受的电压，即输入输出电压绝对值之和不能超过40v，否则 不能安全稳定的工作3.1.2 内部结构及管脚概述核心元件mc34063是一种微功耗的集成稳压器，不仅效率高，而且能方便地实现降压、升压、反转等多种功

30、能。内部结构：它是一种单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分,片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5a的开关电流。 管脚引线与外形封装：a.管脚引脚功能 管脚符号功能简介1swc功率开关的集电极2swe功率开关的发射极3ct定时电容4gnd公共地5cii比较器反向输入端6vin电源电压输入端7ipk电流取样反馈输入端8drc内部电路驱动器的集电极外接定时电容ct用于振荡器的定时，调节ct可使振荡频率在100hz100khz范围内变化；ipk电流取样其作用是保证片内开关功率管的电流不超过其最大允许电流。参考电压源是温度补偿的带隙

31、基准源，振荡器的振荡频率由脚的外接定时电容决定，开关晶体管由比较器的反向输入端和与振荡器相连的逻辑控制线路置成on，并由与振荡器输出同步的下一个脉冲置成off。 b.外形封装mc34063的管脚引线和外形封装如下图. 对于不同形状的外形封装,其热敏特性、产品标记、工作温度范围等见下表型号dip-8so-8so-8(筒状或盘状)工作温度mc34063abmc34063abnmc34063abdmc34063abd-tr-4070mc34063acmc34063acnmc34063acdmc34063acd-tr070结点热阻100c/w160c/w3.1.3 主要性能: a.具有精度高并且带温度

32、补偿的1.25v基准电压源.b.内部基准电压源的精度可达2%. c.可以构成输出电压可调的dc/dc变换器.d.可以构成升压式、降压式和极性反相式dc/dc变换器.e.内部的输出级含有一个中功率的开关管,不需外加功率管就直接构成中功率的dc/dc变换器.f.具有双列直插式和表面封装形式.3.1.4 技术指标:a. 输入电源电压mc34063的输入电源电压范围为340v.b. 输入开关电流mc34063的输入开关电流1.5a.c. 振荡频率mc34063的振荡频率为100khz.d. 基准电压源的精度mc34063的基准电压源的精度为2%.e. 静态工作电流mc34063的静态工作电流为2.5m

33、a.f. 主要电参数的极限值1.输入电源电压的极限值:50v2.内部比较器输入电压范围的极限值:-0.340v.3.振荡器电源电压的极限值:40v.4.输出功率开关发射极电源电压的极限值:40v.5.输出功率开关发射极与集电极电压的极限值:40v.6.驱动级集电极电压的极限值:40v.7.驱动级集电极电流的极限值:100ma.8.功率开关的输出电流极限值:1.5a.9.具有dip-8和so-8两种外形封装,可工使用者灵活选用.10.耗散功率的极限值(25的环境温度):dip-8型封装为1.25w,so-8型封装为0.625w.11.工作温度范围极限值:ac级的为070,ab级的为-4085.1

34、2.储存温度范围的极限值:-4085.g. 1. 振荡器的技术参数符号名称测试条件最小值典型值最大值单位fosc振荡频率第5端电压=0v,c=1nf,ta=25243342khzichg充电电流vin=540v,ta=25243342uaidischg放电电流vin=540v,ta=25140200260uaichg充电与放电电流之比第7端电压=0vct=1f, ta=255.26.27.5vipk限流采样电压值ichg=idischg,ta=25 250 300 350 ma2.输出开关的技术参数符号名称测试条件最小值典型值最大值单位vce(sat)达林顿连接的饱和电压isw=1a,第1、8

35、端短路1.01.3vvce(sat)饱和电压isw=1a,8端与vin端接82的电阻0.450.70vhfe直流电流增益isw=1a,vce=5v,ta=2550 120ic(off)集电极开路电流vce=40v0.01100.00ua2 比较器的技术参数符号名称测试条件最小值典型值最大值单位vth门限电压ta=25c1.2251.2501.275vta=070c1.2101.290vreg门电压线性调整率vin=340v15%lib输入偏值电流输入电 压=0v-5-400nah. 输入电源电流 当输入电源电压为540v，ct=1nf，第7端与vin端短路，第5端电压大于比较器的门限电压，第2

36、端接地，其余的管脚悬空时，输入电源电流为2.5ma。3.2 电路原理解释、功能、应用、及计算3.2.1 内部原理框图：3.2.2 内部电路工作原理振荡器通过恒流源对外接在ct管脚(3脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的，所以振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的c输入端在振荡器对外充电时为高电平，d输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平，当c和d输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通，反之当振荡器在放电期间，c输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。 电流限制si检测端(5脚)通过检测连接在v+和5脚之间电阻上的

37、压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300mv时，电流限制电路开始工作，这时通过ct管脚(3脚)对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是使得输出开关管的关闭时间延长。3.2.3 功能不仅可以构成具有各种输出形式的dc/dc电压变换器，它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和反向器。 还有就是在开关稳压电源电路中承担pwm控制器。3.2.4 典型应用图二是进行降压式的dc-dc转换应用。其输出电压值可通过改变r4、r5电阻值来进行调整，其输出电压符合以下公式：vout=(1+r4/r5)*1.25v电路中限流电阻取值为0.15,因此输入电流被

38、限流在0.3v/0.15=2a。改变限流电阻即可改变限流值。（注：下同）图三是进行升压式的dc-dc转换应用。其输出电压值也是通过改变r4、r5电阻值来进行调整，其输出电压符合以下公式：vout=(1+r4/r5)*1.25v。 图四是反转式的dc-dc转换应用。其输出电压值也是通过改变r2、r3电阻来进行调整，其输出电压符合以下公式：vout=(1+r3/r2)*1.25v 电路中限流电阻取值为0.3,因此输入电流被限流在0.3v/0.3=1a。 电路中限流电阻取值为0.3,因此输入电流被限流在0.3v/0.3=1a。 3.2.5 mc34063的特殊应用 扩展输出电流的应用dc/dc转换器

39、34063开关管允许的峰值电流为1.5a，超过这个值可能会造成34063永久损坏。由于通过开关管的电流为梯形波，所以输出的平均电流和峰值电流间存在一个差值。如果使用较大的电感，这个差值就会比较小，这样输出的平均电流就可以做得比较大。例如，输入电压为9v，输出电压为3.3v，采用220h的电感，输出平均电流达到900ma，峰值电流为1200ma。单纯依赖34063内部的开关管实现比900ma更高的输出电流不是不可以做到，但可靠性会受影响。要想达到更大的输出电流，必须借助外加开关管。图2和图3是外接开关管降压电路和升压电路。图2 升压型达林顿及非达林顿接法图3 降压型达林顿及非达林顿接法采用非达林

40、顿接法，外接三极管可以达到饱和，当达到深度饱和时，由于基区存储了相当的电荷，所以三极管关断的延时就比较长，这就延长了开关导通时间，影响开关频率。达林顿接法虽然不会饱和，但开关导通时压降较大，所以效率也会降低。可以采用抗饱和驱动技术，图4所示，此驱动电路可以将q1的vce保持在 0.7v以上，使其导通在弱饱和状态。图4 抗饱和驱动电路利用一片34063就可以产生三路电压输出，如图5所示。图5 输出3路电压的34063电路vo的输出电压峰值可达2倍v_in，-vo的输出电压可达-v_in。需要注意的是，3路的峰值电路不能超过1.5a，同时两路附加电源的输出功率和必须小于v_ini(1-d)，其中i

41、为主输出的电流，d为占空比。在此两路输出电流不大的情况下，此电路可以很好地降低实现升压和负压电源的成本。 具有关断功能的34063电路34063本身不具有关断功能，但可以利用它的过流饱和功能，增加几个器件就可以实现关断功能，同时还可以实现延时启动。图6是具有关断功能的34063电路，r4取510，r6取3.9k。当控制端加一个高电平，则34063的输出就变成0v，同时不影响它的过流保护功能的正常工作。将此电路稍加改动，就可以得到具有延时启动功能的34063电路，如图7所示。取c11为1f，r10为510，就可以达到200500ms的启动延时(延时时间和输入电压有关)。这个电路的缺点就是当峰值电

42、流过流时无法起到保护作用，只能对平均电流过流起保护作用。 恒流恒压充电电路恒压恒流充电电路如图8所示，可用于给蓄电池进行充电，先以500ma电流恒流充电，充到13.8v后变为恒压充电，充电电流逐渐减小。图6 具有关断功能的34063电路图7 具有延时启动功能的34063电路图8 恒压恒流充电电路开关电源的频率和adsl性能3.2.6 主要参数的计算方法主要参数升压式dc/dc变换器降压式dc/dc变换器极性反转式dc/dc变换器l（电感）170uh220uh90uhton/toffvout+vf-vin(min)/vin(min)-vsatvout+vf/vin(min)-vsat-voutv

43、out+vf/vin-vsat（ton+toff）max1/fmin1/fmin1/fminct(定时电容)4.5*105ton4.5*105ton4.5*105tonc0（输出电容）iout*ton/ vrippleipk*(ton+toff)/ 8vrippleiout*ton/ vrippleipk2iout(max)*(ton+toff)2iout(max)2iout(max)*(ton/toff+1)rsc0.3ipk（峰值电流）0.3ipk（峰值电流）0.3ipk（峰值电流）l(min)(vin-vsat)*ton(max)/ipk(vin-vsat-vout)*ton(max)/

44、ipk(vin-vsat)*ton(max)/ipk vsat为输出功率开关的饱和压降。 vf为输出整流器的导通压降 vin为输入电源电压 vout为输出电压，其计算公式为vout=1.25（1+r2/r1） iout为输出电流 fmin为在固定的输入电源电压和输出电流的条件下，芯片内部振 荡器的工作频率。 vripple为输出纹波电压的峰峰值。功能：不仅可以构成具有各种输出形式的dc/dc电压变换器，它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和反向器。 还有就是在开关稳压电源电路中承担pwm控制器。3.2.7 mc34063的局限性1)效率偏低。对于降压应用，效率一般只有70%

45、左右，输出电压低时效率更低。这就使它不能用在某些对功耗要求严格的场合，比如usb提供电源的应用。2)占空比范围偏小，约在15%80%，这就限制了它的动态范围，某些输入电压变化较大的应用场合则不适用。3)由于采用开环误差放大，所以占空比不能锁定，这给电路参数的选择带来麻烦，电感量和电容量不得不数倍于理论计算值，才能达到预期的效果。虽然34063有许多缺点，但对产品利润空间十分有限的制造商来说，它还是设计开关电源的很好选择。第四章 电路设计4.1 设计要求4.1.1 设计技术指标要求在输入电压为340v的条件下本设计输入电压选择3v。a.输出电压为12v时，输出电流为100ma ；输出电压为3.6

46、v时，输出电流为500ma。b.振荡频率10hz100khz，本设计振荡频率选择20 khz。c.电压调整率1%（输入电压范围为340v）。d.负载调整率1%（输入电压3v下，空载到满载）。e.纹波电压（峰峰值）100mv，本设计选择40mv.4.1.2 设计电路要求此设计在输出电流、高效率、小型化，输出电压的要求：1.需求的输出电流较小，可选择fet内置型；输出电流需要较大时，选择外接fet类型。2.关于效率有如下考虑：如果需优先考虑重负荷时的纹波电压及消除噪声音，可选择pwm控制型；如果同时亦需重视低负荷时的效率，即可选择pfm/pwm切换控制型。3.如果要求小型化，则可选择能使用小型线圈

47、的高频产品。通过使用高效率的产品，相对可使用较低电感值的线圈。即使用小型线圈，即使用的是小型线圈也可得到相同的效率及输出电流。但是因为当dc/dc变换器高频化后由于开关次数随之增加的原因。开关损失也会增大，从而导致效率会有所降低。因此效率是由线圈性能提升与开关损失增加两方面折中决定的。线圈：如果追求高效率，最好选择直流电阻和电感值较小的线圈。但是如果电感值较小的线圈由于频率较低的dc/dc，就会超过线圈的额定电流，线圈会产生磁饱和现象，引起效率恶化或损坏线圈。而且如果电感值太小，也会引起纹波电压变大。所以在选择线圈时，则流向线圈的电流不要超过线圈的额定电流。4.在输出电压方面，如果输出电压需要

48、达到固定电压以上，或需要不固定的输出电压时，则可选择输出可变的vdd/vout分离型产品。5.有力的技术支持工具。技术支持的方式为2部分：一部分为硬件，包括提供评估线路、外接组件支持；另一部分为提供一些摸板软件以便在实际测试前可以做出评估，节省设计时间。4.1.3 电路器件的参数选择 1） 如何选择电感 dc-dc变换器的本质是将电能以磁通量的形式储存在电感中，然后再将该能量转移到负载上。正因为储存的是磁通量，而不是充电电荷，所以只要选择恰当的开关策略，就能使输出电压比输入电压高、低或者极性相反。为实现高效的能量转移，配合mc34063使用的电感应该满足三个要求：首先，电感的感应系数应当很小，

49、以保证在最差情况下(输入电压最低、功率开关打开的时间最短)电感中能存储到足够的能量，但感应系数也不是越小越好，因为还要保证在另一极端情况下(输入电压最高、开关打开时间最长)mc34063及电感的最大(开关)电流指标不至于被突破；其次，电感必须能够存得下需求的磁通量，也就是电感不能进入饱和状态。在基于mc34063的常规设计中，可以使用铁氧体工艺制造的可表面贴装的小型电感，只要它们满足饱和电流为300ma1a，同时直流电阻小于0.4的条件；最后，电感的直流电阻越小越好，以保证电感线圈不会消耗过多的能量，因为这会使电感产生过多热量。在选用电感时还应考虑到电磁干扰的问题，一般圆弧形状的电感对减少电磁

50、干扰有比较好的作用。还有一点也是最重要的，就是在选择电感前一定要先确定整个电源电路的输入电压、输出电压、输出电流的最小值和最大值。a.在升压变换器设计中如何选择电感 在一个升压变换器中，电感中存储的能量如下式所示： pl=(vout+vd-vin min)(iout) 式中，vd是二极管的压降(对1n5818肖特基二极管来说是0.5v)。为保证变换器能调整输出电压，每个周期中由电感提供的能量必须不小于： e7 pl/fosc 其中fosc即为lt1111内置振荡器的固有振荡频率72khz。当开关关闭时，电感中的电流可由下式表示： 其中r表示功率开关的等效电阻(25时的典型值为0.8)与电感直流

51、电阻的和。如果功率开关上的压降和vin相比很小，则可得到一个简化的公式： 上面这个公式假设的前提是t=0，而且电感中的电流为0。这种情况的电感工作于“不连续模式”，因为电感中的电流被我们假设为0了。实际上，电感中的电流是不可能突然降至0的。将t的取值改为mc34063参数表中所示的开关打开的时间(典型值为7s)，就可以求出针对某个特定的l值和vin的ipeak值。求出ipeak值后，在开关即将关闭前电感中存储的能量就可以用下式求出： 式中，el的值必须大于pl/fosc以保证变换器能传递(或者说转移)需求的能量。为提高效率，ipeak值必须保持在1a以下，更高的开关电流只会导致开关上的压降增加

52、而使总的效率降低。总之，开关电流应尽可能小，这样会使开关、二极管及电感上的损耗也会相应低一些。 b. 正压变负压的设计如何选择电感 所有的输出功率都来自电感l1。这时： 在这种变换器模式下，功率开关被接成共集电极接法(与降压模式相同)。功率开关上的压降可以等效为一个0.75v的电压源和一个0.65电阻的串联电路。 当开关关闭时，电感中的电流可以表示为： 其中r为电感的直流电阻值加上0.65，而vl为输入电压vin减去0.75v。 2） 如何选择电容 选择合适的输出电容和选择合适的电感同等重要。如果这个滤波电容选择得不好，那么变换器的效率可能会降低，输出纹波也有可能比较大。我们通常使用的普通铝电

53、解电容，虽然比较便宜而且容易买到，但它的等效串联阻抗(esr)和等效串联电感(esl)的特性都比较差，不适合配合mc34063使用。市场上有专为开关式的dc-dc变换器设计的esr值较小的铝电解电容，它们的特性比普通的铝电解电容好很多，特别是esr值可以做得很小。钽电容的特性也非常好，只是价格比较高。通过实验得知，在基于mc34063的变换器中，使用上述三种容量均为100f的电容(假设变换器的最大开关电流为500ma)，不同的电容表现是不一样的。使用普通铝电解电容的变换器的输出过冲最高达到120mv，而使用专用铝电解电容及钽电容的变换器的输出过冲最高就只有35mv左右。 设计工程师应该充分利用

54、ilim特性来降低输出纹波的幅值。以变换器工作于连续模式为例，如果是升压变换器，其连续工作模式的条件是： 一旦输入、输出电压满足上式的关系，在开关关闭时电感的电流就不会回到零。而等到开关再次打开时，电感中的电流将从这个非零值开始增长。电感中的电流在比较器关闭振荡器之前已经增长到一个相当高的值了，这个较高的电流值将会造成输出纹波过大，这显然需要更大的输出滤波电容和电感来抑制。不过，由于有了ilim特性的支持，开关电流可以在到达一个用户预先设定的值处触发功率开关关闭。这样，输出纹波就能减小到最小的程度，对输出滤波电容的要求也就会低得多。 3） 如何选择二极管在mc34063的应用中，选择箝位二极管时必须遵循的三条准则包括开关速度、正向导通时的压降、漏电流。我们通常用来作整流器的二极管，如1n4001