DCDC变换器毕业论文Word格式.docx

1、（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1MHZ，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

2、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DC/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.

3、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、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

4、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

5、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

6、 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

7、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。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，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

8、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

9、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，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）

10、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

11、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

12、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

13、，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

14、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

15、。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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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R0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

21、 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）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

22、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，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

23、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（R1R2）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）：

24、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VinV 2.540V2.540V2.540V 输出电压Vout V 1.2540V1.2540V 最高频率 f kHz 0.1100KHZ0.1100KHZ 0.1100KHZ 功率 PW1.25W 0.9W 工作温度

25、 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

26、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补偿的1.25V基准电压源.b.内部