DC-DC电源变换器的设计与制作

1、南京工业职业技术学院实训技术报告 DC-DC电源变换器的设计与制作 综合实训技术报告 组别： 成员：班级： 指导老师： 提交日期：目录目录 2概要 31、课题内容及求 42、设计方案及原理图 53、电路实物图及PCB覆铜面 134、元器件选择 165、芯片资料 206、参考资料及网站 277、致谢 27第一章：概要DC-DC电源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，同时使上述控制获得加速平稳，快速响应的性能，并能同时收到节约电能的效果。开关电源以其效率高、功率密度高而在电源领域中占主要地位，为了以更低的功耗获得更高的速度和更

2、加的性能，半导体器件正在向1V工作电压发展，这也对DC/DC变换器提出了更高的要求。除了需要增添更多的功能外，还需要延长电池的寿命，并缩小系统体积。目前仍以PWM型DC/DC产品为主流产品。本设计对一种新颖的DC/DC变换器的设计和实现进行了论述，开关电路设计实现了输入为12V，输出为+5V/0.8A和28V/0.5A的集成DC/DC变换器MC34063。线性部分实现输入12V，输出分别为5V/1A、29V/0.3A、3.3V/0.5A。 课题内容及求课题基本内容内容：输入电压12V10%12V/2A开关切换开关电源28V/0.2A5V/0.8A线性电源5V/1A3.3V/0.5A2V/9V课

3、题要求：1、 用开关切换的方式实现DC/DC开关电源和DC/DC线性电源。2、 DC/DC开关电源输出电压要求: 28V/0.5A，纹波0.28Vpp(Vpp);5V/0.8A,纹波0.05Vpp(1%) 电压调整率2%，负载调整率2%，效率70%。3、DC/DC线性电源输出电压要求：5V/1A纹波25mVpp(0.5%) 3.3V/0.5A纹波17.5mV(0.5%) 29V/0.3A纹波45mV(0.5%) 电压调整率5%， 负载调整率5%， 效率30% 。 4、设计需考虑电路结构的简洁，材料成本低，调试的方便。 设计方案及原理图设计方案1：电路优点：电路采用集成芯片，输出电压精度高，稳定

4、度高，电路相对简单。电路缺点：由于电路采用集成芯片，所以电路中的各个分立元件参数不容易确定。设计方案2：电路优点：电路各元件参数比较容易计算，电路容易计算。电路缺点：电路较复杂，输出电压精确度不高，不稳定。（由于采用的是分立元件，电路无集成性）最终方案：采用设计方案1，因为设计方案1比较符合课题要求的第四条且电路的设计容易调试，电路简单明了。若采用方案2，则电路分立元件较多比较复杂，焊点多，容易出现各种问题，调试不方便。如下图： 原理图根据要求可设计电路如图：各电路部分:1、线性电路部分：详细设计过程：3、 开关电源部分：28V输出5V输出详细设计过程：电路中Rw1，Rw2分别为功率电阻，将它

5、们接在开关电源的输出端做为其负载，便于测量。 电路实物图及覆铜面电路实物图如下：一、PCB电路装配流程：1、 首先装配贴片元件；2、 装配电阻、发光二极管、芯片底座、二极管、电源插座（都是插装式元件）；3、 装配电解电容（按高低顺序装配，方便焊接）；4、 装配芯片LM7805、LM317（先装配散热器，然后根据散热器上的螺丝扣对应焊接芯片）。二、焊接过程注意事项:1、 焊接贴片元件时先在其中一个引脚对应的焊盘上镀锡，然后用镊子夹着焊接上其中以管脚，再焊接令一管脚；2、 注意不同元件的焊接方式，防止虚焊，漏焊；3、 焊接过程中要注意烙铁头的卫生，若烙铁头很脏，会影响电路的焊接质量，更容易引起漏焊

6、，焊接时要用湿海绵不停地擦拭烙铁头；4、 焊接一个元器件的时间不能超过3秒，否则会引起元器件的损伤。另外焊接时焊锡不宜过多，不仅会引起焊盘的凸起还会影响电路的焊接质量。5、 一般选30-60W外热式电烙铁，1mm以下含松香焊锡，烙铁头必须清洁，可在含水海绵上擦拭，不可用硬物刮擦。焊接时，烙铁头应同时接触器件引脚及电路板，再送入焊锡。三、电路板调试过程：1、 先用万用表检测电路中是否存在短路，断路问题。元件是否安装正确。开关通路，断开是否正常。2、 接通电源，闭合相应开关用万用表测试输出电压，电流是否达到要求。3、 连接示波器，测试纹波电压、电压调整率、负载调整率的数值。四、调试过程中注意事项：

7、1、 用万用表测试通断时，禁止接通电源；2、 调试前应确定所有接地是否连接在了一起；3、 应在断开电源的情况下更换元器件；4、 元器件的引脚留取不宜过长，正常留取，否则电路测试过程中容易引起电路短路。PCB覆铜面：由于是采用双面板，所以电路的覆铜面有两张。图如下红色焊接面（主要是贴片元件）蓝色覆铜面（主要是插装元器件元器件选择 DC-DC电源变换器的元器件的选择1、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

8、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。一般在选用滤波电容时常用的电容耐压值有6.3V,10V,16V,25V,35V,50V,100V等等。选用时根据要求选用。常用的去耦电容有0.1uF，0.01uF。2、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

9、，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，电子流通量越大，反之亦然。电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。选择电阻时要注意电阻的功率大小，电路中最常用的电阻功率有1/8W、1/4W、1/2W。

10、大功率电阻有：1W、2W、5W、10W等等。甚至在不同的场合会有更大功率的电阻。一般在电路中的普通最多的是0.25W的，在较为复杂的电路中普通电阻常用贴片电阻。3、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。电感符号：L 电感单位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（H），换算关系为：1H=103mH=106H=109nH。 换算：数值X10的n次方

11、如103 即为10X10的三次方nh 为10uh 除此外还有一般电感和精密电感之分 一般电感：误差值为20%，用M表示；误差值为10%，用K表示。 精密电感：误差值为5%，用J表示；误差值为1%，用F表示。 如：100M，即为10H，误差20%。色环电感的读法：棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 误差代表：金 银+/-5% +/-10% 如果色环分别为黄紫红金=472=47*102UH=4.7MH也就是ABCD中AB是有效数值，C代表10的幂次方，D代表误差。电感的计算公式： L=(k*0*s*N2*S)/l 其中 0 为真空磁导率=4*10(-7)

12、。（10的负七次方） s 为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时s=1 N2 为线圈圈数的平方 S 线圈的截面积，单位为平方米 l 线圈的长度， 单位为米 k 系数，取决于线圈的半径（R)与长度(l)的比值。由于本电路采用的是绕制电感，所以对于绕制电感有以下知识点：一、一般的材料：漆包线、模具（木块和夹板）、棉纱线、绝缘纸（例如黄蜡抽之类）、铁芯材料、绝缘漆、工具则有绕线机、烘干机。二、在制作分频器电感前必须满足两点点要求： 1、线圈直流电阻要小, 小到扬声器阻抗的十分之一以下。线径粗细要适宜，若太细，直流电阻偏大会消耗过多的功率，反之线径太粗会给绕制带来困难,，体积也大,，一般选线径0.8-

13、1.5mm。 2、 电感线圈的品质因素Q值要大于10以上, 验算方法由下文给出。在绕制时要注意密绕紧排。三、绕制电感的步骤：1、骨架尺寸的选取。如图1：为线圈骨架的内径；为骨架轴长（不能超过的5-6倍）；为线圈厚度；为线圈平均直径，。图1 线圈骨架示意图 先假设骨架具体规格, 然后根据下列经验公式计算匝数N: 式中取，其余参数取。 2、选漆包线。线径的经验公式为： 式中为绕线的紧密系数，一般取1.1-1.3。 3、计算所绕线圈的实际厚度。计算后与假设的值相差较大，应修正骨架的或值，重复步骤1-3的计算。 4、估算导线总长度。 5、验算线圈的值 式中为漆包线每千米的直流电阻，为绕制导线总长的直流

14、电阻值。值应满足，否则另选漆包线规格重新计算。 6、复算绕制好的线圈电感量, 误差在内就可以.4、开关管：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。芯片资料LM7805:LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流。LM78

15、05引脚图（管脚图）7805是常用的三端稳压器件，顾名思义05就是输出电压为5v，还可以微调，7805输出波纹很小。(1) 集成三端稳压器根据稳定电压的正、负极性分为78，79系列。附图给出了正、负稳压的典型电路。正、负稳压7805电路(2) 三端稳压器的型号规格和管脚分布。附表1 三端稳压器输出电流字母表示法例如：78M05三端稳压器可输出+5 V、05 A的稳定电压；7912三端稳压器可输出 12V、1A的稳定电压。 (3) 外形及管脚分布，如附图1-25所示。 lm7805典型应用电路图:2.芯片MC34063 MC34063是一块单片DC/DC变换控制电路，内含直流到直流变换起所要求的

16、主要功能。这些功能有：带有温度补偿的基准电压源、比较器、带自激励电流限制的占空比可控振荡器、驱动器和大电流输出开关等。该电路专为降压、升压和倒相应用所设计的，应用时外围元器件少，有低静态电流、短路电流限制。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：12540V ，输出电流可达：15A ，工作频率：最高可达100kHz 。内部电路图：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

17、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。典型电路;3、芯片LM317 lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。 LM317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM

18、317HVK等，其输出电压变化范围是Vo=1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。 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317烧坏。要解决317稳压块最小稳定工作电流的问题，可以通过设定R1和R2阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。此时，只要保证Vo/（R1+R2）1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。当然，只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1+R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。经计算可知R1的最大取值为R10.83K。又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R223.74K。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证R10.83K，R223.74K两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。实际应用电路图如下4、ASM1117：AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117