多路输出式dcdc变换器的制作和功能学位论文.docx
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多路输出式dcdc变换器的制作和功能学位论文
摘要
随着集成电路和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。
很显然，体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时，取而代之的是小型化、重量轻、效率高的新型开关电源。
本文中，主要以美国国家半导体公司（NationalSemiconductor）出品的单片式降压稳压器LM2673为例介绍了多路输出式DC/DC变换器的制作和一些功能，并使用了CAD软件Protel99进行了基于LM2673的降压式电源变换器模块电路的简单设计和PCB制作。
关键词：
LM2673多路输出式DC/DC变换器降压式开关稳压器PROTEL
Abstract
Withhigh-speeddevelopmentsoftheIntegratedCircuitandGrandScaleIntegratedCircuit,especiallythedevelopmentsandapplicationsofMPUandsemiconductormemory,wedevisemanynewproductsinelectronicssystem.Toallappearances,thelinear-regulatedpowersupplywhichusebigandheavyoperatingfrequencytransformerhasbeenout-of-date.Italreadyhavebeenreplacedbythenewpowersupplywhichhasminiaturization,lightweightandhighefficiency.
Inthisarticle,weintroducedthesimpleswitcherstep-downvoltageregulatorLM2673（NationalSemiconductor）forexample.Sowecanknowsomethingsaboutmultiple-outputDC/DCmapper.wealsousedtheCADsoftwareProtel99todesignthesimpleplanandPCBofsimplemodulecircuitonthebasisofLM2673.
KeyWords：
LM2673Multiple-OutputDC/DCMapperStep-DownVoltageRegulatorPROTEL
目录
摘要1
Abstract3
目录5
引言7
第一章多路输出式单片电源开关的原理与应用9
1.1降压式DC/DC电源变换器的原理与应用9
1.1.1降压式DC/DC变换器的基本原理9
1.1.2LM2673降压式模块的应用10
1.2开关电源的输入电路12
1.2.1输入整流器12
1.2.2输入滤波电容13
1.3开关电源的输出电路15
1.3.1整流输出和滤波电路15
1.3.2功率整流器的特点16
1.3.3功率输出电感的特性21
1.4开关电源的控制电路23
1.4.1开关稳压系统的隔离技术23
1.4.2PWM系统23
1.5开关电源的辅助电路26
1.5.1光电耦合器26
1.5.2开关电源主振回路所使用的自举式辅助电源27
1.5.3开关电源中的软启动电路28
1.5.4限流电路30
1.6作为开关使用的功率MOSFET管32
1.6.1基本的MOSFET管定义32
1.7开关电源所用的术语33
第二章单片式降压稳压开关电源的设计35
2.1电路设计程序的准备35
2.1.1电路设计程序的一般方法35
2.1.2LM2673固定输出电压设计方案36
2.2电路原理图的绘制38
2.2.1电路原理图的绘制38
2.2.2原理图的电器检查39
2.2.3报表的建立39
2.3印制电路板PCB的设计41
2.3.1自动布局布线41
2.3.2手工布线41
2.3.3设计规则检查（DRC）42
第三章Protel99简介45
3.1Protel99的技术特点45
3.2Protel99的新功能和特性46
结论49
致谢51
参考文献53
引言
随着集成电路和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。
很显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时，取而代之的是小型化、重量轻、效率高的新型开关电源。
早在70年代，随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。
随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。
而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适用各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断地完善，集成化水平也不断提高，外接元件越来越少，使得开关的设计、生产和调整工作日益简化，成本也迅速下降，目前已形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。
和传统的线性电源相比，开关电源省掉了工频变压器，因此有重量轻、体积小、效率高、待机功耗低，适应电压范围宽等优点。
另外，中国正在对越来越多的家电产品的待机功耗实施严格限制，因此，使用开关电源替代传统的线性电源已经成为一种趋势。
许多家电产品（如电视机、机顶盒解码器、录像机）都需要由多路稳压电源来供电。
在电子仪器、自控装置中也要给各种模拟和数字电路提供多路电源。
利用单片开关电源可以实现多路电压输出，单片模块外接上少数设备即可实现所需的设计功能。
第一章多路输出式单片电源开关的原理与应用
许多家电产品（如电视机、机顶盒解码器、录像机）都需要由多路稳压电源来供电。
在电子仪器、自控装置中也要给各种模拟和数字电路提供多路电源。
利用单片开关电源可以实现多路电压输出。
1.1降压式DC/DC电源变换器的原理与应用
降压式DC/DC电源变换器或模块，均可起到降低电压的作用，使输出电压低于输入电压，典型产品有MAX639、MAX1738，后者属于变换器模块，由于它把全部元器件都封装在模块内部，因此用户可以“即插即用”使用非常方便，本文所介绍的LM2673即属于变换器模块。
下面来介绍其原理和应用。
1.1.1降压式DC/DC变换器的基本原理
利用图1.1可以分析降压式DC/DC变换器的工作原理。
变换器用开关S来等效。
当S闭合时除向负载供电之外，还有一部分电能存储于电感L和电容C中。
L上的电压极性是左端正、右端负，此时续流二极管VD截止。
当S断开时，L上产生极性为左端负、右端正的反向电动势，使得VD导通，L中的电能就传送给负载维持输出电压不变，并且V01.1.2LM2673降压式模块的应用
众所周知，采用集成工艺是无法将大量的电容器、电位器磁芯电感器、高频变压器、整流器等集中在芯片中的。
因此，自行研制开关电源时不仅要选择芯片，还必须考虑到芯片之间、芯片与外围电路之间的接线并设计好印刷电路，最后完成安装调试工作。
这就给用户带来了诸多不便。
若采用开关电源模块，上述问题则可迎刃而解。
LM2673是美国国家半导体公司生产的一种微型降压式DC/DC变换器模块，通过各家生产制造厂商的预先设定，实现了使外部元件最小化的完整设计方案。
其输入电压范围为8V~40V，最大电源电压45V。
输出电压为3V、5V、12V（固定输出电压型号）和1.2V~37V（输出电压可调型号），输出电流为100mA~3A。
功耗由内部限定，转换效率在94%以上。
它采用脉宽调制式（PWM），具有限流保护、软启动、欠压锁定等多种保护功能。
正常输出时的静态工作电流为4.2mA，在关断模式下减至3.7μA，输出电压亦降至零伏。
在全程及负载条件，可调输出电压在±2%范围浮动，运行温度范围为−40~+125℃。
LM2673采用标准的TO-220封装，见图1.2。
其拥有1输出开关（SwitchOutput）、2输入（Input）、3增压（CBoost）、4接地（Ground）、5整流（CurrentAdjust）、6反馈（Feedback）、7软启动（Softstart）共7个管脚。
下面分别简单介绍其功能。
表1LM2673的一些工作参数
名称
范围
单位
最大电源电压
45
V
软启动管脚电压
-0.1~6
V
开关接地电压
-1~VIN
V
升压管脚电压
VSW+8
V
反馈管脚电压
-0.3~14
V
功耗
由内部限定
—
静电释放
2000
V
储存温度范围
-60~150
℃
焊接时的管脚温度
波峰焊（4秒）
260
℃
红外线焊接（10秒）
240
℃
气流焊（75秒）
219
℃
工作条件
电源电压
8~40
V
接点温度范围
-40~125
℃
热阻（QJR）
30
℃/W
热阻（QJC）
2
℃/W
管脚1：
输出开关（SwitchOutput）
功率金属氧化物（半导体）场效应晶体管开关的输出端直接与输入电压相连。
此开关为一个电感器、一个输出电容以及一个脉冲宽度调制器（PWM）控制下的负载电路提供能量。
这个脉冲宽度调制器使用一个固定频率为260kHz的振荡器完成内部计时。
在标准降压应用中，开关电源的工作周期（TimeON/TimeOFF）与电源输出电压和输入电压之间的比值成正比例关系。
管脚1的电压通过外置肖特基二极管的压降（SwitchOFF）在输入电压Vin（SwitchON）与接地之间变换。
管脚2：
输入（Input）
电源的输入电压与管脚2相连。
除了给负载提供能量之外，输入电压也为LM2673的内部电路提供偏置电压。
为了实现所有额定性能，输入电压的浮动范围必须在8V到40V之间。
为实现电源的最佳性能，输入管脚应当总是与一个设置在管脚2附近位置的输入电容相旁通。
管脚3：
C增压（CBoost）
在管脚3与管脚1（输出开关）之间必须连接一个电容，这个电容增压门驱动到半导体场效应晶体管，当电压在输入电压之上时则完全导通，在开关电源上实现最小传导损耗以维持高能效。
其中CBoost的推荐值为0.01μF。
管脚4：
接地（Ground）
是电源中所有元件的接地参考连接。
在快速开关中，例如使用LM2673的大电流应用时，建议使用大面积接地层来减小分布在电路上的信号耦合。
管脚5：
整流（CurrentAdjust）
LM2673的一个关键性特性是用来调节开关峰值电流上限使之达到符合特殊应用要求的水平，它可以降低使用外置元件时必须完全符合额定电流水平的要求（例如在短路条件下），使得这个电流水平可以比正常电路的操作电流的要求出高很多。
一个电阻器将管脚5与接地连接起来，它可以得到一个确定的电流（I（pin5）=1.2V/RADJ），该电流可产生一个通过电源开关的峰值电流，最大开关电流固定在37,125/RADJ的水平上。
管脚6：
反馈（Feedback）
电源的实际输出相接以获得一个直流输出电压。
由于具有稳定的电压输出驱动（3.3V、3.5V和12V输出），LM2673芯片内部在被要求提供内部增益设定电阻的同时也提供与输出相接的直流线路。
在可调节输出版本中，两个外置
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