DCDC电源变换器的设计与制作.docx

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DCDC电源变换器的设计与制作

DC-DC电源变换器的设计及制作

综合实训技术报告

组别：

成员：

班级：

指导教师：

提交日期：

目录………………………………………2

概要………………………………………3

1、课题内容及求…………………………4

2、设计方案及原理图……………………5

3、电路实物图及PCB覆铜面……………13

4、元器件选择……………………………16

5、芯片资料………………………………20

6、参考资料及网站………………………27

7、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，电动车的无级变速与控制，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与更加的性能，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变换器的设计与实现进行了论述，开关电路设计实现了输入为12V，输出为+5V/0.8A与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、2~9V/0.3A、3.3V/0.5A。

课题内容及求

课题基本内容内容：

输入电压12V±10%

12V/2A

开

关

切

换

开关

电源

线性

电源

5V/1A

2V/9V

课题要求：

1、用开关切换的方式实现DC/DC开关电源与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%）

≤17.5mV（0.5%）

≤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，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：

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，它及电感一样也是储存电能与传递电能的元件。

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、接点及引线，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。

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，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及温度，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，交流及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。

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，也常及电容公用在输入滤波器与输出滤波器上，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（μH），换算关系为：

1H=10^3mH=10^6μH=10^9nH。

　　换算：

数值X10的n次方如103即为10X10的三次方nh为10uh

　　除此外还有一般电感与精密电感之分

　　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10μH，误差20%。

色环电感的读法：

棕红橙黄绿蓝紫灰白黑

1234567890

误差代表：

金银

+/-5%+/-10%

如果色环分别为黄紫红金

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*μ0*μs*N2*S）/l

其中

μ0为真空磁导率=4π*10^（-7）。

（10的负七次方）

μs为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs=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）及长度（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（木块与夹板）、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0.8-1.5mm。

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。

计算后及假设的值相差较大，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DC5V的输出电压，应用范围广，内含过流与过载保护电路。

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与电流。

LM7805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与管脚分布。

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+5V、0．5A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:

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、驱动器与大电流输出开关等。

该电路专为降压、升压与倒相应用所设计的，应用时外围元器件少，有低静态电流、短路电流限制。

MC34063集成