第一篇：詳細(xì)介紹基于MC34063的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

詳細(xì)介紹基于MC34063的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

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基于MC34063的穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

一、集成穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別：

（1）、集成穩(wěn)壓器的組成

電路內(nèi)部包括了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的各個(gè)組成部分,另外加上保 電路和啟動(dòng)電路。1.調(diào)整管

在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管為由兩個(gè)三極管組成的復(fù)合管。這種結(jié)構(gòu)要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動(dòng)調(diào)整管發(fā)射極回路中較大的輸出電流，而且提高了調(diào)整管的輸入電阻。

2.放大電路

在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，放大管也是復(fù)合管，電路組態(tài)為共射接法，并采用有源負(fù)載，可以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。

3.基準(zhǔn)電源

在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，采用一種能帶間隙式基準(zhǔn)源，這種基準(zhǔn)源具有低噪聲、低溫漂的特點(diǎn)，在單片式大電流集成穩(wěn)壓器中被廣泛采用。

4.采樣電路

在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，采樣電路由兩個(gè)分壓電阻組成，它對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，并送到放大電路的輸入端。

5.啟動(dòng)電路

啟動(dòng)電路的作用是在剛接通直流輸入電壓時(shí)，使調(diào)整管、放大電路和基準(zhǔn)電源等部分建立起各自的工作電流。當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作后，啟動(dòng)電路被斷開(kāi)，以免影響穩(wěn)壓電路的性能。

6.保護(hù)電路

在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，芯片內(nèi)部集成了三種保護(hù)電路，它們是限流保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路和過(guò)壓保護(hù)電路。

(2)、開(kāi)關(guān)電源：

當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，采樣電路將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并將二者的差值放大后送至脈沖調(diào)制電路，使脈沖波形的占空比發(fā)生變化。此脈沖信號(hào)作為開(kāi)關(guān)管的輸入信號(hào)，使調(diào)整管導(dǎo)通和截止時(shí)間的比例也發(fā)生變化，從而使濾波后輸出電壓的平均值基本保持不變。

二、開(kāi)關(guān)電源的分類：

（1）

按開(kāi)關(guān)管的連接方式，開(kāi)關(guān)電源可分為串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源和并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源。串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管是串聯(lián)在輸入電壓和輸出負(fù)載之間，屬于降壓式穩(wěn)壓電路；而并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管是在輸入電壓和輸出負(fù)載之間并聯(lián)的，屬于升壓式穩(wěn)壓電路。

（2）

按激勵(lì)方式，開(kāi)關(guān)電源可分為自激式和他激式。在自激式開(kāi)關(guān)電源中，由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來(lái)完成自激振蕩，類似于間歇振蕩器；而他激式開(kāi)關(guān)電源必須附加一個(gè)振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)脈沖加在開(kāi)關(guān)管上，控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止，使開(kāi)關(guān)電路工作并有直流電壓輸出。

（3）按調(diào)制方式，開(kāi)關(guān)電源可分為脈寬調(diào)制（PWM）方式和脈頻調(diào)制（PFM）方式。PWM是通過(guò)改變開(kāi)關(guān)脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓穩(wěn)定的方式，而PFM是當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，通過(guò)取樣比較，將誤差值放大后去控制開(kāi)關(guān)脈沖周期（即頻率），使輸出電壓穩(wěn)定。

（4）

按輸出直流值的大小，開(kāi)關(guān)電源可分為升壓式開(kāi)關(guān)電源和降壓式開(kāi)關(guān)電源，也可分為高壓開(kāi)關(guān)電源和低壓開(kāi)關(guān)電源。

（5）

按輸出波形，開(kāi)關(guān)電源可分為矩形波和正弦波電路。

（6）

按輸出性能，開(kāi)關(guān)電源可分為恒壓恒頻和變壓變頻電路。

（7）按開(kāi)關(guān)管的個(gè)數(shù)及連接方式又可將開(kāi)關(guān)電源分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等。單端式僅用一只開(kāi)關(guān)管，推挽式和半橋式采用兩只開(kāi)關(guān)管，全橋式則采用四只開(kāi)關(guān)管。

（8）

開(kāi)關(guān)電源按能量傳遞方式又可分為正激式和反激式。

（9）按軟開(kāi)關(guān)方式分，開(kāi)關(guān)電源有電流諧振型、電壓諧振型、E類與準(zhǔn)E類諧振型和部分諧振型等

三、常見(jiàn)開(kāi)關(guān)電源的介紹：

1、基本電路：

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如下圖所示：

交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路?？刂齐娐酚脕?lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

2、單端反激式開(kāi)關(guān)電源

單端反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖三所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1 導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器Ｔ初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器Ｔ初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量，通過(guò)次級(jí)繞組及VD1 整流和電容Ｃ濾波后向負(fù)載輸出。單端反激式開(kāi)關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20－100Ｗ，可以同時(shí)輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對(duì)固定的負(fù)載。單端反激式開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)管VT1 承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20－ 200kHz之間。

3、單端正激式開(kāi)關(guān)電源

單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，VD2也 導(dǎo)通，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感Ｌ儲(chǔ)存能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感Ｌ通過(guò)續(xù)流二極管VD3 繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開(kāi)關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和 復(fù)位時(shí)間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于５０％。由于這種電路在開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50－200 Ｗ的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因?yàn)檫@個(gè)原因，這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少。

4、自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖五所示。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開(kāi)關(guān)電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。當(dāng)接入電源后在R1給開(kāi)關(guān)管VT1提供啟動(dòng)電流，使VT1開(kāi)始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長(zhǎng)，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使VT1 很快飽和。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，致使VT1退出飽和區(qū)，Ic 開(kāi)始減小，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使VT1 迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止時(shí)，L2中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開(kāi)關(guān)電源那樣，由變壓器Ｔ的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓。自激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管起著開(kāi)關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級(jí)且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點(diǎn)。這種電路不僅適用于大功率電源，亦用于小功率電源。

5、推挽式開(kāi)關(guān)電源

推挽式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖六所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1和VT2，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器Ｔ次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開(kāi)關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100-500 Ｗ范圍內(nèi)。

6、降壓式開(kāi)關(guān)電源

降壓式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖七所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1 導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1 截止，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和L向Ｃ充電，這一電流使電感Ｌ中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感Ｌ中存儲(chǔ)的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極管即可實(shí)現(xiàn)。

7、升壓式開(kāi)關(guān)電源

升壓式開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖八所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感Ｌ儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1 截止時(shí)，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開(kāi)關(guān)電源。

8、反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源

反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖九所示。這種電路又稱為升降壓式開(kāi)關(guān)電源。無(wú)論開(kāi)關(guān)管VT1之前的脈動(dòng)直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感L 儲(chǔ)存能量，二極管VD1 截止，負(fù)載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感Ｌ中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時(shí)給電容Ｃ充電。以上介紹了脈沖寬度調(diào)制式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理和各種電路類型，在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)有各種各樣的實(shí)際控制電路，但無(wú)論怎樣，也都是在這些基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的。

四、設(shè)計(jì)降壓開(kāi)關(guān)電源并計(jì)算參數(shù)：

1、MC34063的介紹：

MC34063控制芯片：

該器件本身包含了DC／DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路且價(jià)格便宜。它由具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R—S觸發(fā)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構(gòu)成的DC／DC變換器僅用少量的外部元器件。主要應(yīng)用于以微處理器(MPU)或單片機(jī)(MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。

MC34063集成電路主要特性：

輸入電壓范圍：

2、5～40V 輸出電壓可調(diào)范圍：1．25～40V 輸出電流可達(dá)：1．5A 工作頻率：最高可達(dá)100kHz 低靜態(tài)電流

短路電流限制

可實(shí)現(xiàn)升壓或降壓電源變換器

MC34063的基本結(jié)構(gòu)及引腳圖功能：

圖1

1腳：開(kāi)關(guān)管T1集電極引出端； 2腳：開(kāi)關(guān)管T1發(fā)射極引出端；

3腳：定時(shí)電容ct接線端；調(diào)節(jié)ct可使工作頻率在100—100kHz范圍內(nèi)變化；

4腳：電源地；

5腳：電壓比較器反相輸入端，同時(shí)也是輸出電壓取樣端；使用時(shí)應(yīng)外接兩個(gè)精度不低于1％的精密電阻； 6腳：電源端；

7腳：負(fù)載峰值電流（Ipk）取樣端；6，7腳之間電壓超過(guò)300mV時(shí)，芯片將啟動(dòng)內(nèi)部過(guò)流保護(hù)功能； 8腳：驅(qū)動(dòng)管T2集電極引出端。

2、MC34063組成的降壓電路原理:

降壓轉(zhuǎn)換器

1.比較器的反相輸入端(腳5)通過(guò)外接分壓電阻R1、R2監(jiān)視輸出電壓。其中,輸出電壓U。=1.25(1+ R2/R1)由公式可知輸出電壓。僅與R1、R2數(shù)值有關(guān)因1．25V為基準(zhǔn)電壓，恒定不變。若R1、R2阻值穩(wěn)定，U。亦穩(wěn)定。

2.腳5電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓1．25V同時(shí)送人內(nèi)部比較器進(jìn)行電壓比較。當(dāng)腳的電壓值低于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(1．25V)時(shí)，比較器輸出為跳變電壓，開(kāi)啟R—S觸發(fā)器的S腳控制門，R—S觸發(fā)器在內(nèi)部振蕩器的驅(qū)動(dòng)下，Q端為“1”狀態(tài)(高電平)，驅(qū)動(dòng)管T2導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管T1亦導(dǎo)通，使輸入電壓Ui向輸出濾波器電容Co充電以提高U。，達(dá)到自動(dòng)控制U。穩(wěn)定的作用。

3.當(dāng)腳5的電壓值高于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(1．25V)時(shí)，R—S觸發(fā)器的S腳控制門封鎖，Q端為“0”狀態(tài)(低電平)，T2截止，T1亦截止。

4.振蕩器的Ipk 輸入(腳7)用于監(jiān)視開(kāi)關(guān)管T1的峰值電流，以控制振蕩器的脈沖輸出到R—S觸發(fā)器的Q端。

5.腳3外接振蕩器所需要的定時(shí)電容Co電容值的大小決定振蕩器頻率的高低，亦決定開(kāi)關(guān)管T1的通斷時(shí)間。

3、電路的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算：

1.采樣回路電阻R1和R2：

Uo(輸出電壓)：它的穩(wěn)壓值由R1和R2決定，其計(jì)算公式為 U。=1.25(1+ R2/R1)。由實(shí)際電路可知： 5=1.25(1+ R2/R1)（1）

采樣回路電阻R1和R2要對(duì)輸出回路分流，為了減少功耗，其分流電流值應(yīng)低于0.001A，才不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。取值為1mA。則： R2+R1= U。/0.001 由實(shí)際電路可知: R2+R1=5/0.001(2)R1=1.2k R2=3.6k 2.Ton與Toff 值：

Ton/Toff=(Uo+Uf)/(Ui-Usat-Uo)

其中：Uo(輸出電壓)、Uf為整流二極管正向壓降可以取1.2V、U i(輸入電壓)Us為開(kāi)關(guān)管的飽和壓降可以取1.0V Ton+Toff=1/ fmin

其中：fmin(振蕩器頻率)：它決定開(kāi)關(guān)管的通斷頻率。一般選20KHz 由實(shí)際電路可知：

Ton/Toff=（5+1.2）/（25-1.0-5）（3）Ton+Toff=1/20KHZ（4）Ton=1.23*10-5 Toff=3.77*10-5 3.電流限制電阻：Rsc Rsc=0.33/ Ipk Ipk: 負(fù)載峰值電流

Ipk =2Io(max)=1A

Io(max):最大輸出電流、有實(shí)際電路知為0.5A 實(shí)際電路可知： Ipk=2*0.5=3； Rse=0.33/1=0.33； 4.定時(shí)電容Ct

Ct=4*10-5*Ton(5)

Ct=4*10-5*1.23*10-5=491*10-12 即Ct可選470pf 5.電感L

L(min)=(Ui-Usat-Uo)/ Ipk*Ton(max)（6）帶入數(shù)據(jù)：L=（（25-1-5）/1）*1.23*10-5=234*10-6 即L可選：220Uh

占空比不能超過(guò)6/7，因?yàn)殡娙莸某潆姺烹娭芷跒?：1 6.濾波電容Co

Co=Ipk*(Ton+Toff)/8Up-p(7)取紋波為0.05% 則：

C0=1*（1.23*10-5+3.77*10-5）/8*（25*0.0005）=500*10-6

C0可?。?70Uf

Up-p(輸出電壓紋波峰一峰值)：該參數(shù)用于決定輸出濾波電容Co的數(shù)值 7.輸入端濾波電容C

對(duì)于輸入端來(lái)說(shuō)，輸入端電容要求大一點(diǎn)，由最大輸入電壓為40V，取電容耐壓值為50V

由 MC34063資料可知輸入端電容值為100uf

五：畫(huà)原理圖和PCB圖列清單：

原理圖：

PCB圖：

元件清單：

名稱 MC34063 肖特基二極管 分流電阻R1 分流電阻R2 電感L1 定時(shí)電容 濾波電容（輸出）限流電阻Rsc 濾波電容（輸入）

型號(hào)

IN5819 1.2K 3.6K 220uh 470pf 470uf 0.33 100uf

耐壓/功率 數(shù)量 2.5～40V/1.25w 40V40W 10v 10v 30v 10v 10V

40V