DCDC升壓電源模塊的設(shè)計(jì)_圖文

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(2012屆題目DC/DC升壓電源模塊的設(shè)計(jì)系電子工程專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師完成日期誠(chéng)信承諾我謹(jǐn)在此承諾:本人所寫的畢業(yè)論文DC/DC升壓電源模塊的設(shè)計(jì)均系本人獨(dú)立完成,沒有抄襲行為,凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料,均作了注釋,若有不實(shí),后果由本人承擔(dān)。承諾人(簽名:年月日摘要DC/DC變換器是將一種直流電壓變換為另一種所需的直流電壓(固定或可調(diào)。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域,涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中,變換器還需要符合上述領(lǐng)域的安全標(biāo)準(zhǔn)。本文重點(diǎn)講述了DC-DC升壓型變換器的工作原理,描述了DC-DC變換器的控制方法,同時(shí),詳細(xì)闡

2、述了脈寬調(diào)制中電壓控制模式和電流控制模式的基本原理,分析比較了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一款采用峰值電流控制型脈寬調(diào)制芯片UC3842設(shè)計(jì)的Boost升壓型DC-DC變換電路,外接元器件少,控制靈活方便,輸出電壓穩(wěn)定可調(diào)。在系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)中,有三個(gè)部分組成,主要涉及到Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路、脈寬調(diào)制控制驅(qū)動(dòng)電路、反饋閉環(huán)電路。在設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試完整機(jī)之后,本系統(tǒng)基本能夠達(dá)到預(yù)期的要求:1.在輸入電壓15V-20V范圍內(nèi)輸出電壓在32-55V;2.最大輸出電流達(dá)到1A;3.DC/DC變換器的效率>70%。關(guān)鍵詞:升壓型DC/DC變換器;電流控制;電壓控制;脈寬調(diào)制ABSTRACTDC

3、-DC converter is one DC voltage is transformed into another DC voltage required (fixed or adjustable. This technology is widely used in computers, office automation equipment, industrial instrumentation, military, aerospace and other fields related to national economy sectors, the converter also nee

4、d to meet safety standards in these areas.This paper focuses on the working principle of step-up DC-DC converter. Describes the DC-DC converter control method.At the same time, expounds the pulse width modulation of voltage control mode and the basic principle of current control model, and analyses

5、their advantages and disadvantages.This paper designs a using current peak control mode pulse width modulation UC3842 chip design Boost booster type DC-DC transform circuit,less External components, control is flexible and convenient, the output voltage stability can be adjusted.There are three part

6、s of hardware in the system design, mainly related to the Boost topology circuit, PWM control circuit, feedback loop circuit.In the design, production and testing after the system achieves the desired requirements: 1.The input voltage range of 15V-20V Output voltage 32-55V; 2.The maximum output curr

7、ent of 1A; 3.DC-DC Converter efficiency> 70%.Keywords: Step-up DC/DC converter; current control; voltage control; Pulse width modulation目錄1 緒論. 錯(cuò)誤!未定義書簽。1.1 設(shè)計(jì)目的及意義 (11.2 開關(guān)電源的發(fā)展綜述 (21.3 本文主要工作與結(jié)構(gòu)安排 (42 概述 (52.1 DC/DC開關(guān)電源概述 (52.2 DC/DC開關(guān)電源設(shè)計(jì)思路 (52.3 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 (62.4 主要技術(shù)指標(biāo) (63 總體設(shè)計(jì) (73.1 系統(tǒng)整體方案 (7

8、3.1.1 Boost斬波結(jié)構(gòu)部分 (73.1.2 脈沖調(diào)制驅(qū)動(dòng)部分 (83.2 系統(tǒng)性能指標(biāo) (104 硬件設(shè)計(jì) (114.1 Boost主拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì) (114.2 控制芯片及外圍電路 (125 系統(tǒng)的制作與調(diào)試 (165.1 系統(tǒng)電路的布局和布線 (165.2 電路板的制作 (165.3 系統(tǒng)組裝 (175.4 硬件電路的調(diào)試 (175.4.1 Boost電路調(diào)試 (175.4.2 脈寬調(diào)制電路調(diào)試 (205.5 系統(tǒng)測(cè)試誤差分析 (225.6 系統(tǒng)性能測(cè)試 (226 結(jié)論 (23致謝 (25參考文獻(xiàn) (26附錄 (271 緒論在如今的生活中,形形色色的電子設(shè)備越來越多,與人們的工作、生

9、活的關(guān)系也日益密切。而電源有如人體的心臟,是所有電設(shè)備的動(dòng)力,因此電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)具有決定性的意義,其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性,而且電子設(shè)備的故障60%來自電源。因此,電源越來越受到人們的重視,人們對(duì)電源的要求也越來越高。經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活各個(gè)方面的發(fā)展都會(huì)促進(jìn)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.1 設(shè)計(jì)目的及意義現(xiàn)代電子設(shè)備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。所謂線性穩(wěn)壓電源,就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū),開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源雖然具有穩(wěn)定性能好,輸出紋波電壓小,使用可靠的優(yōu)點(diǎn),但其通常需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器,

10、并且功耗較大,電源率較低。相對(duì)的,DC-DC開關(guān)電源就可以適應(yīng)現(xiàn)當(dāng)代的電子設(shè)備對(duì)電源的要求,達(dá)成電子設(shè)備對(duì)電源的發(fā)展需求。其功耗小,效率可高達(dá)70%-95%。散熱器的體積也隨之減小,可直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整。總體來說,它具有體積小、重量輕(體積和重量只有線性電源的30%、效率高(線性電源只有40%,自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點(diǎn),又提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性,對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高。但也存在一些缺點(diǎn):在隔離型開關(guān)電源中,由于逆變電路中會(huì)產(chǎn)生高頻電壓,對(duì)周圍設(shè)備有一定的干擾,需要良好的屏蔽及接地。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)音比率

11、,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。從上世紀(jì)90年代以來開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子和電器設(shè)備領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源。由于其高效節(jié)能可帶來巨大效益,從而得到迅速推廣。分布式電源的發(fā)展及與IT技術(shù)的結(jié)合,對(duì)傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)造成巨大的影響,帶來了對(duì)電路系統(tǒng)概念的革新,在同一電路系統(tǒng)中越來越廣泛地使用分布式開關(guān)電源,使電路技術(shù)產(chǎn)生顯著進(jìn)步,形成了新型的專項(xiàng)技術(shù)。DC-DC開關(guān)電源技術(shù)是分布式開關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù),被譽(yù)為高效節(jié)能電源。它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向,現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài),本身消耗的能量很低,電源效率可達(dá)

12、80%-90%,特別是目前便攜式設(shè)備市場(chǎng)需求巨大,DC-DC開關(guān)電源的需求也越來越大,性能要求也越來越高,而DC-DC開關(guān)電源的設(shè)計(jì)也更具挑戰(zhàn)性。DC-DC開關(guān)電源的核心部分DC-DC轉(zhuǎn)換器是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種,一是脈寬調(diào)制方式Ts不變,改變ton(通用,二是頻率調(diào)制方式,ton不變,改變Ts(易產(chǎn)生干擾。其具體的電路由以下幾類1:(1Buck電路降壓斬波器,其輸出平均電壓U0小于輸入電壓UI,極性相同。(2Boost電路升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于輸入電壓UI,極性相同。(3Buck-Boost電路降壓或升壓斬波器,其輸出平均電

13、壓U0大于或小于輸入電壓UI,極性相反,電感傳輸。(4Cuk電路降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓UI,極性相反,電容傳輸。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì),目的在于鞏固電路、模擬電子技術(shù)和學(xué)習(xí)有關(guān)開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識(shí),并能夠?qū)W以致用,同時(shí)擁有分析、解決問題和動(dòng)手的能力,以及一定的基于模擬電子技術(shù)的研究設(shè)計(jì)能力。從另一方面來說,DC-DC開關(guān)電源的技術(shù)追求也日趨高漲和發(fā)展趨勢(shì)亦漸廣泛,而且派生出發(fā)很多特殊的應(yīng)用領(lǐng)域研制和開發(fā)的難度變得更大了,這就更有很多的研究?jī)r(jià)值和技術(shù)發(fā)展的空間了。再者說,DC-DC開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。1.2 開關(guān)電源的發(fā)展綜述開關(guān)的

14、電源的發(fā)展可分為以下幾個(gè)時(shí)期:(1電子管穩(wěn)壓電源時(shí)期(1950 年代。此時(shí)期主要為電子管直流電源和磁飽和交流電源,這種電源體積大、耗能多、效率低。(2晶體管穩(wěn)壓電源時(shí)期(1960 年代1970 年代中期。隨著晶體管技術(shù)的發(fā)展,晶體管穩(wěn)壓電源得到迅速發(fā)展,電子管穩(wěn)壓電源逐漸被淘汰。(3低性能穩(wěn)壓電源時(shí)期(1970 年代1980 年代末期。出現(xiàn)了晶體管自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源,工作頻率在20KHZ以下,工作效率60%左右。隨著壓控功率器件的出現(xiàn),促進(jìn)了電源技術(shù)的極大發(fā)展,它可使兆瓦級(jí)的逆變電源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化,可取代需要強(qiáng)迫換流的晶閘管,目前仍在使用。功率MOSFET的出現(xiàn),構(gòu)成了高頻電力電子技術(shù),其開關(guān)頻率可

15、達(dá)100HZ以上,并且可并聯(lián)大電流輸出。(4高性能的開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)期(1990 年代-現(xiàn)在。隨著新型功率器件和脈寬調(diào)制(PWM電路的出現(xiàn)和各種零電壓、零電流變換拓?fù)潆娐返膹V泛應(yīng)用,出現(xiàn)了小體積、高效率、高可靠的混合集成DC-DC開關(guān)電源2。國(guó)內(nèi)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展基本上起源于20世紀(jì)70年代末和80年代初。當(dāng)時(shí)在高等院校和一些科研院所停留在試驗(yàn)和教學(xué)階段。20世紀(jì)80年代中期開關(guān)電源產(chǎn)品開始推廣和應(yīng)用。它的特點(diǎn)是采用20KHZ脈寬調(diào)制(PWM技術(shù),效率可達(dá)65%-70%。目前,DC-DC開關(guān)電源的功率密度可達(dá)到7.3W/cm3(每立方英寸120W。當(dāng)今的軟開關(guān)技術(shù)在DC-DC開關(guān)電源中的應(yīng)用使得

16、DC-DC開關(guān)電源發(fā)生了質(zhì)的飛躍。國(guó)外自20世紀(jì)90年代以來,開關(guān)電源的發(fā)展更是日新月異。許多新的領(lǐng)域和新的要求又對(duì)開關(guān)電源提出了更新更高的挑戰(zhàn)。如果從一個(gè)開尖電源的輸入和輸出端口觀察,可以發(fā)現(xiàn)輸入的要求變得更嚴(yán)了,不符合IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將陸續(xù)被淘汰。也正是這樣的外界條件推動(dòng)了開關(guān)電源的有源功率因數(shù)校正技術(shù)和低壓大電流高功率DC-DC變換技術(shù)成為了當(dāng)今電力電子領(lǐng)域的研究課題。如今美國(guó)VICOR開關(guān)電源公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC-DC變換器,效率為: 80%-90%。日本Nemic Iambda公司最新推出的采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻RM系列開關(guān)電源模塊,采用同步整流器,使整個(gè)

17、DC-DC開關(guān)電源電路的效率提高到90%3。由于開關(guān)電源功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬、濾波效率高、不需要大容量濾波電容等優(yōu)點(diǎn),而線性電源效率低,并且電壓轉(zhuǎn)換形式單一(只有降壓等缺點(diǎn)。如今開關(guān)電源已逐漸取代線性電源。當(dāng)然線性電源因?yàn)槠涞驮肼?、低紋波的優(yōu)點(diǎn),在一些電子測(cè)量?jī)x器、取樣保持電路中,線形電源仍然無法被開關(guān)電源取代。隨著技術(shù)的進(jìn)步,開關(guān)電源將沿著以下幾個(gè)方面發(fā)展:(1小型化、輕量化和高頻化。(2高效率和高可靠性。(3低噪聲和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。(4低電壓、大電流、高功率。并且,DC-DC開關(guān)電源也將朝著高可靠、高穩(wěn)定、低噪聲、抗干擾和實(shí)現(xiàn)模塊化方向發(fā)展:1.專用化:對(duì)通信電源等大

18、功率系統(tǒng),采用集成的開關(guān)控制器和新型的高速功率開關(guān)器件,改善二次整流管的損耗、變壓器電容器小型化,達(dá)到最佳的效率。對(duì)于小型便攜式電子設(shè)備,則主要是單片集成開關(guān)電源的形式,采用新型的控制方式和電路結(jié)構(gòu)來減小器件體積、減小待機(jī)功能,提供低輸出電壓、高輸出電流以適應(yīng)微處理器和便攜式電子設(shè)備等產(chǎn)品電源系統(tǒng)的供電要求。2.高頻率:隨著開關(guān)頻率的不斷提高,開關(guān)變換器的體積也隨之減小,功率密度也得到大幅度提升,動(dòng)態(tài)響應(yīng)得到改善,小功率DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率將上升到MHz。但隨著開關(guān)頻率的提高,開關(guān)元件和無源元件損耗的增加、高頻寄生參數(shù)以及高頻電磁干擾(EMI等新的問題也將隨之產(chǎn)生,因此實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通(Z

19、VS、零電流關(guān)斷(ZCS的軟開關(guān)技將成為開關(guān)電源產(chǎn)品未來的主流。3.高可靠:開關(guān)電源比線性電源使用的元器件多數(shù)十倍,因此降低了可靠性。從壽命角度出發(fā),電解電容、光耦合器、開關(guān)管及高頻變壓器等決定電源的壽命。追求壽命的延長(zhǎng)要從設(shè)計(jì)方面著手,而不是依賴使用方。4.低噪聲:與線性電源相比,開關(guān)電源的一個(gè)缺點(diǎn)是噪聲大,單純追求高頻化,噪聲也隨之增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù),在原理上既可以高頻化,又可以降低噪聲。但諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)也有其難點(diǎn),如很難準(zhǔn)確控制開關(guān)頻率、諧振時(shí)增大了器件負(fù)荷、場(chǎng)效應(yīng)管的寄生電容易引起短路損耗、元件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)管等問題難以解決。5.抗電磁干擾:當(dāng)開關(guān)電源在高頻下工作時(shí),噪聲通過

20、電源線產(chǎn)生對(duì)其它電子設(shè)備的干擾,世界各國(guó)已有抗電磁干擾的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),如美國(guó)的FCC,德國(guó)的VDE等,研究開發(fā)抗電磁干擾的開關(guān)電源日益顯得重要4。1.3 本文主要工作與結(jié)構(gòu)安排本課題主要工作是DC-DC升壓電源模塊電路的設(shè)計(jì),主要完成以下工作。1. 對(duì)DC-DC升壓電源模塊的工作原理和系統(tǒng)性能進(jìn)行了較為深入的研究。2. 對(duì)兩種控制方式(電流型和電壓型進(jìn)行了比較分析。3. 對(duì)整體電路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4. 繪制PCB版圖。5. 進(jìn)行焊接調(diào)試。本論文的結(jié)構(gòu)安排依據(jù)工作進(jìn)度,主要是做了以下安排:第一章為總體緒論;先說明了本次論文的計(jì)設(shè)目的及意義,而后介紹了開關(guān)電源的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì),最后對(duì)本文總體構(gòu)造進(jìn)行了

21、說明。第二章概述了本次設(shè)計(jì)的DC-DC升壓電源模塊,設(shè)計(jì)思路,研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵以及主要技術(shù)指標(biāo)。第三章介紹了系統(tǒng)整體方案以及系統(tǒng)的性能指標(biāo)。第四章詳細(xì)描述了DC-DC升壓電源模塊的構(gòu)成,工作原理;并重點(diǎn)分析了Boost 主拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì)與控制電路中的各參數(shù)設(shè)置,并詳細(xì)介紹了其中用到的主要元器件,如UC3842,主要有引腳功能、適用范圍,基本工作原理等。第五章詳細(xì)描述了系統(tǒng)的制作與調(diào)試,誤差分析以及系統(tǒng)的性能測(cè)試。最后總結(jié)了本文的設(shè)計(jì)工作。2 概述2.1 DC/DC 開關(guān)電源概述DC/DC 電壓模塊系統(tǒng)一般由主拓?fù)潆娐凡糠?、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)部分和反饋閉環(huán)三部分構(gòu)成。主拓?fù)潆娐凡糠?主要包括功率開關(guān)管、

22、儲(chǔ)能電感、續(xù)流二極管以及濾波電容;開關(guān)管驅(qū)動(dòng)部分:主要包括脈寬調(diào)制專用芯片以及必要的增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管能力的電路;反饋閉環(huán)部分:主要包括采樣輸出電壓以及誤差放大電路5。圖2-1所示的就是最基本的DC/DC 開關(guān)電源系統(tǒng)。圖2-1 最基本的DC/DC 開關(guān)電源系統(tǒng) 2.2 DC/DC 開關(guān)電源設(shè)計(jì)思路本文課題在于對(duì)Boost 電路構(gòu)成的DC-DC 開關(guān)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中主要任務(wù)有以下幾個(gè)方面:1熟悉掌握DC/DC 變換器的基本組成和DC/DC 變換器的工作原理。2對(duì)整個(gè)系統(tǒng)分模塊進(jìn)行理論分析,其中包括Boost 變換主電路模塊、脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊、反饋閉環(huán)模塊。3根據(jù)要求對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和元

23、器件的選型,并且掌握每個(gè)元器件所起的作用,特別是電感磁性元件、UC3842所組成的脈寬控制電路。4在進(jìn)行電路布線時(shí)一定要注意元器件的布局、信號(hào)干擾、模擬電路與數(shù)字電路之間的相互影響等問題,在很大程度上決定著你的調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)短,最終結(jié)果正確與否。5進(jìn)行電路的調(diào)試,在這一環(huán)節(jié)一定要仔細(xì)分析問題的所在,比如是模擬電路還是數(shù)字電路問題、控制還是反饋問題等。只有正確查找出問題才能對(duì)癥下藥,DC/DC 變換電路輸入 輸出 反饋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路可大大縮短調(diào)試時(shí)間。6系統(tǒng)的功能性測(cè)試及其電路的優(yōu)化,其主要有DC/DC的轉(zhuǎn)換效率、輸出電流等電源主要參數(shù)。通過這一過程讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到更好的效果。2.3 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)

24、鍵6現(xiàn)代電子設(shè)備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。所謂線性穩(wěn)壓電源,就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū),開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源雖然具有穩(wěn)定性能好,輸出紋波電壓小,使用可靠的優(yōu)點(diǎn),但其通常需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器,并且功耗大,電源效率較低。相對(duì)的,DC-DC開關(guān)電源就可以適應(yīng)現(xiàn)當(dāng)代的電子設(shè)備對(duì)電源的要求,達(dá)成電子設(shè)備對(duì)電源的發(fā)展需要。其功耗小,效率可高達(dá)70%-95%。散熱器的體積也隨之減小,可直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整?？傮w來說,它具有體積小、重量輕(體積和重量只有線性電源的30%、效率高(線性電源只有40%,自身抗干

25、擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點(diǎn),又提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性,對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高。但也存在一些缺點(diǎn):在隔離型開關(guān)電源中,由于逆變電路中會(huì)產(chǎn)生高頻電壓,對(duì)周圍設(shè)備有一定的干擾,需要良好的屏蔽及接地。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,集成電路工作電壓越來越低,工作速度越來越高,輸出電流能力越來越大,要求其供電電路小體積、低電壓、高效率、大電流輸出,這一趨勢(shì)對(duì)供電電路的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前,設(shè)計(jì)優(yōu)秀的DC/DC電源轉(zhuǎn)換器有高達(dá)95%以上的轉(zhuǎn)換效率。較高的系統(tǒng)效率不僅可以延長(zhǎng)電池使用周期,也可以進(jìn)一步減小設(shè)備體積。經(jīng)分析不難發(fā)現(xiàn),DC/DC電源的系統(tǒng)效率一方面受限于電源系統(tǒng)本身的耗能元件

26、,如電源內(nèi)阻、濾波器阻抗、連接導(dǎo)線及接觸電阻等;另一方面與DC/DC電源轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)和電源參數(shù)也有很大關(guān)系,合理地配置這些設(shè)計(jì)參數(shù)可以改善系統(tǒng)效率。電源內(nèi)阻的耗能會(huì)使電源本身的效率降低,同時(shí)也影響到DC/DC電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓,因而也影響DC-DC電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。在極端情況下,DC/DC電源轉(zhuǎn)換器會(huì)進(jìn)入非正常狀態(tài),嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)將完全停止工作,即使能正常工作也會(huì)嚴(yán)重?fù)p失系統(tǒng)效率。所以在設(shè)計(jì)中合理選擇電源電壓、減小電源內(nèi)阻、正確選擇DC/DC電源轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)可以有效地改善DC/DC 電源的系統(tǒng)效率。DC/DC電源電源系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于正確分析電子設(shè)備各部分之間(尤其是電源和DC/D

27、C電源轉(zhuǎn)換器之間的相互作用,找出影響電源系統(tǒng)效率的主要因素。2.4 主要技術(shù)指標(biāo)1、在輸入電壓15V-20V范圍內(nèi)輸出電壓在32-55V之間;2、最大輸出電流達(dá)到1A;3、轉(zhuǎn)換效率>70%;3 總體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)整體方案7本次設(shè)計(jì)將做一個(gè)DC/DC 升壓電源模塊,通過UC3842控制電路的控制來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出電壓。在系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)中,主要涉及到Boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路、脈寬調(diào)制控制驅(qū)動(dòng)電路、反饋閉環(huán)電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.1.1 Boost 斬波結(jié)構(gòu)部分開關(guān)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指能用于轉(zhuǎn)換、控制和調(diào)節(jié)輸入電壓的功率開關(guān)器件和儲(chǔ)能器件的不同配置。開關(guān)變換

28、器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為兩種基本類型:非隔離型(在工作期間輸入電源和輸出負(fù)載共用一個(gè)電流通路和隔離型(能量轉(zhuǎn)換是用一個(gè)相互耦合磁性元件“變壓器”來實(shí)現(xiàn)的,而且從電源到負(fù)載的耦合是借助于磁通而不是共同的電流。變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是根據(jù)系統(tǒng)造價(jià)、性能指標(biāo)和輸入/輸出負(fù)載特性等因素選定的。DC/DC 拓?fù)涞姆N類繁多,對(duì)于大多數(shù)電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者來說,挑選合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。圖3-2為本系統(tǒng)Boost 拓?fù)潆娐穲D,開關(guān)的開通和關(guān)斷受外部PWM 信號(hào)控制,電感L 將交替地存儲(chǔ)和釋放能量,而電容C 可將輸出電壓保持平穩(wěn),通過改變PWM 控制信號(hào)的占空比可以相應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變化。電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,擁有開關(guān)

29、電源固有的特性損耗較小,效率較高的特點(diǎn)8。UC3842 振蕩電路和補(bǔ)償電路功率開關(guān)管S 電流取樣Rs 反饋Vcc 輸出Vo 整流濾波 儲(chǔ)能電感L 輸入Vi 圖3-2 系統(tǒng)Boost 拓?fù)潆娐穲D 3.1.2 脈沖調(diào)制驅(qū)動(dòng)部分脈寬調(diào)制指固定時(shí)鐘頻率,通過調(diào)節(jié)開關(guān)管控制信號(hào)的占空比D 實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。PWM 技術(shù)在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)都具有較高效率,此外因?yàn)轭l率恒定噪聲頻譜相對(duì)窄,利用簡(jiǎn)單的低通濾波技術(shù)便可得低紋波輸出電壓。因此PWM 技術(shù)普遍應(yīng)用于通信技術(shù)中。PWM 調(diào)制方式根據(jù)反饋采樣的不同可分為:電壓模式和電流模式8。(1 電壓控制模式傳統(tǒng)PWM 開關(guān)電源采用電壓型控制模式,只對(duì)輸出電壓采樣

30、并作為反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,以穩(wěn)定輸出電壓。圖3-3為電壓控制電路圖:電源輸出電壓out U 與參考電壓ref U 經(jīng)誤差放大器比較放大后,又經(jīng)PWM 比較器比較,由鎖存器輸出占空比隨誤差電壓信號(hào)e U 變化的一系列脈沖,再驅(qū)動(dòng)控制用的開關(guān)晶體管,使輸出電壓穩(wěn)定。Error AMP UrefUout Ue PWMCOMP SR Q LATCH U inUoutOSC CLOCK圖3-3 電壓控制電路圖(2 電流控制模式圖3-4是電流控制電路圖,它是一個(gè)雙控制系統(tǒng),既保留了電壓型控制器的輸出電壓反饋控制部分,又增加了一個(gè)反饋環(huán)節(jié),它的電路工作原理是:與經(jīng)誤差放大器比較放大后得到 ,由恒頻時(shí)鐘脈沖

31、置位鎖存器輸出脈沖驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通,電源電路中因輸出電感的作用使脈沖電流逐漸增大,當(dāng)電流在采樣電阻RS 上的電流信號(hào)電壓VS 幅度達(dá)到電平時(shí),脈寬比較器的狀態(tài)反轉(zhuǎn),鎖存器復(fù)位,驅(qū)動(dòng)撤除,功率管關(guān)斷,電路逐個(gè)的檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流脈沖,控制電源輸出。 Error AMP UrefUout Ue PWMCOMP S R Q LATCHCLOCK RsUs U inU out圖3-4 電流控制電路圖電壓控制模式電路控制過程中電感電流未參與控制,是獨(dú)立變量,開關(guān)轉(zhuǎn)換器為二階系統(tǒng),有兩個(gè)狀態(tài)變量,即輸出濾波電容的電壓和輸出濾波電感的電流。二階系統(tǒng)是一個(gè)有條件的穩(wěn)定系統(tǒng),只有對(duì)控制電路進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和計(jì)算,滿足一定條件

32、,方能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。開關(guān)電源的電流均流經(jīng)電感,將使濾波電容上的電壓信號(hào)對(duì)電流信號(hào)產(chǎn)生90度延遲。因此,僅用電壓采樣的方法反應(yīng)速度慢,穩(wěn)定性差,甚至在大信號(hào)變動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振蕩,從而損壞功率器件,以致在推挽和全橋等電路中引起變壓器偏磁化飽和而產(chǎn)生電流尖峰,最終導(dǎo)致線路工作失常。電流型控制器正是針對(duì)電壓型控制器的缺點(diǎn)發(fā)展起來的,它增加了電流反饋環(huán),電感電流不再是一個(gè)獨(dú)立變量,從而使開關(guān)轉(zhuǎn)換器成為一個(gè)一階無條件的穩(wěn)定系統(tǒng),它只有單個(gè)極點(diǎn)和90度相位滯后,因而很容易不受約束的得到大的開環(huán)增益和完善的小信號(hào)、大信號(hào)特性。本系統(tǒng)即采用電流控制型的UC3842 作為主回路的控制芯片。根據(jù)UC3842的功能特

33、點(diǎn),結(jié)合Boost 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),完全可設(shè)計(jì)成電流控制型的升壓DC-DC 電路。該電路外接元器件少,控制靈活,成本低,具有其他專用芯片難以實(shí)現(xiàn)的功能。另外,給定電壓的穩(wěn)定主要由硬件電路完成,實(shí)時(shí)性好,可靠性高,不需要用到高速單片機(jī)9。如圖3-5為UC3842控制芯片及周圍電路。 圖3-5 UC3842控制芯片及周圍電路3.2 系統(tǒng)性能指標(biāo)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,首先要完成的就是實(shí)現(xiàn)直流輸入電壓在15V-20V范圍內(nèi)能夠輸出直流電壓在32-36V之間可調(diào)。如果這一功能不能實(shí)現(xiàn)別的技術(shù)指標(biāo)就不可能達(dá)到,這是實(shí)現(xiàn)全部技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)。因此,根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下:(1直流輸入電壓從15V到20V,

34、直流輸出電壓在3255V之間;(2最大輸出電流Io=1A;(3DC/DC轉(zhuǎn)換效率大于70%;總之,通過上面的介紹,可以大體上了解整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理,接下來將進(jìn)行具體的電路原理圖設(shè)計(jì)。4 硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要以Boost 為主拓?fù)潆娐?、?qū)動(dòng)以UC3842為脈寬調(diào)制芯片為主,它們共同構(gòu)建起了整個(gè)DC/DC 變換系統(tǒng)。4.1 Boost 主拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì)本系統(tǒng)利用最為簡(jiǎn)單可靠的Boost 斬波結(jié)構(gòu),開關(guān)的開通和關(guān)斷受外部PWM 信號(hào)控制,電感L 將交替地存儲(chǔ)和釋放能量,而電容C 可將輸出電壓保持平穩(wěn),通過改變PWM 控制信號(hào)的占空比可以相應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變化。Boost 升壓電路可以工作在電流斷續(xù)

35、工作模式(DCM和電流連續(xù)工作模式(CCM 10。圖3-2所示的是本系統(tǒng)的Boost 拓?fù)潆娐?。B oost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)升壓電路基本波形如圖4-1所示。開關(guān)管S 漏極電壓波形Ton ToffILon 開關(guān)管S 電流波形 ILp 電感L 電流波形 IL(ave IL ILoff 整流二極管D 電流波形 Id(ave輸出電容C2電流波形 Ic2(aveIc2圖4-1on T 時(shí),開關(guān)管S 為導(dǎo)通狀態(tài),二極管D 處于截止?fàn)顟B(tài),流經(jīng)電感L 和開關(guān)管的電流逐漸增大,電感L 兩端的電壓為i V ,考慮到開關(guān)管S 漏極對(duì)公共端的導(dǎo)通壓降s V ,即為s i V V -。on T 時(shí)通過L 的電流增加部分on

36、IL 滿足式(1。LT V V IL ons i on (-= (1 式中:s V 為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的壓降和電流取樣電阻s R 上的壓降之和,約0.6-0.9V 。off T 時(shí),開關(guān)管S 截止,二極管D 處于導(dǎo)通狀態(tài),儲(chǔ)存在電感L 中的能量提供給輸出,流經(jīng)電感L 和二極管D 的電流處于減少狀態(tài),設(shè)二極管D 的正向電壓為f V ,off T 時(shí),電感L 兩端的電壓為o V +f V -i V ,電流的減少部分off IL 滿足(2。LT V IL offi off +V V (f o -= (2式中:f V 為整流二極管正向壓降,快恢復(fù)二極管0.8V ,肖特基二極管0.5V 。在電路穩(wěn)定狀態(tài)下,

37、從電流連續(xù)后到最大輸出,on IL =off IL ,由式(1和(2可得if si on off V V V V T T -+-=o V (3 因占空比D=on T /T,即最大占空比max Doo f o f o max V V +V V +V V is i V V V D -= (4 如果忽略電感損耗,電感輸入功率等于輸出功率,即o ave i I Il V =o V (5 由式(4和式(5可得電感平均電流D I Il oave -=1 (6同時(shí)由式(1得電感器電流紋波,式中:f 為開關(guān)頻率。f L DV V Il s i -=( (7為保證電流連續(xù),電感電流應(yīng)滿足2/Il Il ave

38、(8考慮到式(6、式(7和式(8,可得到滿足電流連續(xù)情況下的電感值為f I D D V V L o s i -1(2 (9另外,由Boost 升壓電路可知,開關(guān)管電流峰值Is(max=二極管電流峰值Id(max=電感器電流峰值Ilp 。2/(Il Il Ilp ave += (10開關(guān)管耐壓 f off V Vds +=o V (11 二極管反向耐壓 r V =o V -a V (124.2 控制芯片及外圍電路采用UC3842 作為主回路的控制芯片。UC3842價(jià)格低廉,廣泛應(yīng)用于電子信息設(shè)備的電源電路設(shè)計(jì)中。根據(jù)UC3842的功能特點(diǎn),結(jié)合Boost 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),完全可設(shè)計(jì)成電流控制型的升

39、壓DC-DC 電路。該電路外接元器件少,控制靈活,成本低,具有其他專用芯片難以實(shí)現(xiàn)的功能。另外,給定電壓的穩(wěn)定主要由硬件電路完成,實(shí)時(shí)性好,可靠性高,不需要用到高速單片機(jī),也隨即降低了軟件編寫的難度。本系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)具體電路如圖3-5所示。UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì),為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖肌⒏咴鲆嬲`差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰式輸出,可以直接驅(qū)動(dòng)外部功率開關(guān)管,所以是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET 的理想器件。其他的保護(hù)特性包括輸入和參考欠

40、壓鎖定,各有滯后、逐周電路限制、可編程輸出靜區(qū)時(shí)間和單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存。有16V (通和10V (斷低壓鎖定門限,十分適合于離線變換器,這里采用DC 輸入直接給芯片供電11。UC3842管腳如圖4-2所示,其功能說明如表4-1。圖4-2 UC3842管腳圖表4-1 UC3842管腳功能介紹管腳 功能 說 明1 補(bǔ)償該管腳為誤差放大器輸出,并可用于環(huán)路補(bǔ)償2電壓反饋 該管腳是誤差放大器的反向輸入,通常一個(gè)電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出3 電流取樣 一個(gè)正比于電感器電流的電壓接至此輸入,脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通4t C /R t通過將電阻t R 連接至ref V 以及電容t C 連接至地,

41、使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào),工作頻率可達(dá)500KHZ5 地 該管腳是控制電路和電源的公共地6輸出該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET 的柵極,高達(dá)1A 的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌7 cc V該管腳是集成電路的正電源8ref V該管腳為參考輸出,它通過電阻t R 向電容t C 提供充電電流1 2 3 4 5 6 7 8UC3842是專為低壓應(yīng)用設(shè)計(jì)的,低壓鎖定門限為8.5V (通和7.6V(斷,其主要特性有:1微調(diào)的振蕩器放電電流,可精確控制占空比 2電流模式工作到500千赫 3自動(dòng)前饋補(bǔ)償4鎖存脈寬調(diào)制,可逐周限流 5內(nèi)部微調(diào)的參考電壓,帶欠壓鎖定 6大電流圖騰柱輸出 7欠壓鎖定,帶滯后 8低啟

42、動(dòng)和工作電流如圖4-3所示為UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理圖。其中內(nèi)部誤差放大器與電流檢測(cè)比較器的輸入設(shè)計(jì)將直接影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性,因此在設(shè)計(jì)好之后調(diào)試過程中也要非常注意。V ref 欠壓鎖定5.0V 參考電壓V cc 欠壓鎖定鎖存脈寬調(diào)制器振蕩器+-V ref 8(14R T C T4(7電壓反饋輸入2(3輸出補(bǔ)償1(1誤差放大器地5(9Vcc7(12Vc7(11輸出6(10電源地5(8電流檢測(cè)輸入3(5圖4-3 UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理圖這種電流型控制電路的主要特點(diǎn)是:(1輸入電壓的變化引起電感電流斜坡的變化,電感電流自動(dòng)調(diào)整而不需要誤差放大器輸出變化,改善了瞬態(tài)電壓調(diào)整率;(2電

43、流型控制檢測(cè)電感電流和開關(guān)電流,并在逐個(gè)脈沖的基礎(chǔ)上同誤差放大器的輸出比較,控制PWM 脈寬,由于電感電流隨誤差信號(hào)的變化而變化,從而更容易設(shè)置控制環(huán)路,改善了線性調(diào)整率;(3電流型控制電路中需要對(duì)電感電流的斜坡進(jìn)行補(bǔ)償,因?yàn)?平均電感電流大小是決定輸出大小的因素,在占空比不同的情況下,峰值電感電流的變化不能與平均電感電流變化相對(duì)應(yīng),特別是占空比,50%的不穩(wěn)定性,存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差,即使占空比小于50%,也可能發(fā)生高頻次諧波振蕩,因而需要斜坡補(bǔ)償,使峰值電感電流與平均電感電流變化相一致,但是,同步不失真的斜坡補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有一定的難度。(4簡(jiǎn)化了限流電路,在保證電源工作可

44、靠性的同時(shí),電流限制使電感和開關(guān)管更有效地工作;UC3842芯片的振蕩頻率估算公式為:tt C R f =75.1 (13上式中,t R 取10k ,t C 取1.5nF ,理論計(jì)算出來的頻率值為116KHz ,但由于電容值不準(zhǔn)確,實(shí)際值92KHz 。還可以通過增加外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和斜坡補(bǔ)償大大加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。5 系統(tǒng)的制作與調(diào)試5.1 系統(tǒng)電路的布局和布線12當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)好系統(tǒng)的電路原理后,接下來的工作就是要進(jìn)行排版布線。雖然軟件具有自動(dòng)布局、布線的功能,但是要想有好布局和布線還是手動(dòng)較好。元件布局直接影響著布線難度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性,電源的PCB布局主要注意以下幾方面: 1、按電路模塊進(jìn)行布局,實(shí)現(xiàn)同

45、一功能的相關(guān)電路稱為一個(gè)模塊,電路模塊中的元件應(yīng)采用就近集中原則,同時(shí)數(shù)字電路和模擬電路分開;2、定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等非安裝孔周圍1.27mm 內(nèi)不得貼裝元、器件,螺釘?shù)?安裝孔周圍3.5mm、4mm內(nèi)不得貼裝元器件;3、電阻、電感、電解電容等元件的下方避免布過孔,以免波峰焊后過孔與元件殼體短路;4、元器件的外側(cè)距板邊的距離為5mm;5、貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm;6、金屬殼體元器件和金屬件不能與其它元器件相碰,不能緊貼印制線、焊盤,其間距應(yīng)大于2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其它方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于3mm;7、發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件;高熱器件要均衡

46、分布。在布版時(shí),一定要先確定各個(gè)元器件的型號(hào)及封裝,然后畫原理圖時(shí),盡量能找到同型號(hào)器件,不一樣時(shí)標(biāo)記一下。PCB布局布線的好壞對(duì)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性影響很大,這一點(diǎn)在高頻電路中尤為突出,所以,在進(jìn)行電路布線時(shí)一定要注意以下幾點(diǎn):1、模擬地和數(shù)字地應(yīng)分開單點(diǎn)接地,直接可以通過一個(gè)磁珠鏈接,這樣可以避免數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的相互干擾;2、信號(hào)線改變方向時(shí)應(yīng)該走斜形、曲線,避免出現(xiàn)直角、銳角;3、元器件引腳之間盡量走短線,線越短電阻越小,干擾越小;4、旁路去耦電容要盡量靠近芯片引腳;5、回路面積要小,大電流走線要短而粗。5.2 電路板的制作1、打印電路板。將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來,注意滑的一面面

47、向自己,一般打印兩張電路板,即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印效果最好的制作線路板。圖5-1是打印好的電路板圖。 圖5-1 打印好的電路板圖2、裁剪覆銅板,用感光板制作電路板全程圖解。覆銅板,也就是兩面都覆有銅膜的線路板,將覆銅板裁成電路板的大小,不要過大,以節(jié)約材料。3、預(yù)處理覆銅板。用細(xì)砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉,以保證在轉(zhuǎn)印電路板時(shí),熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上,打磨好的標(biāo)準(zhǔn)是板面光亮,沒有明顯污漬。4、轉(zhuǎn)印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小,把印有電路板的一面貼在覆銅板上,對(duì)齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機(jī),放入時(shí)一定要保證轉(zhuǎn)印紙沒有錯(cuò)位。一般來說經(jīng)過2-3次轉(zhuǎn)印,電路

48、板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上。熱轉(zhuǎn)印機(jī)事先就已經(jīng)預(yù)熱,溫度設(shè)定在160-200攝氏度,由于溫度很高,操作時(shí)注意安全!5、腐蝕線路板,回流焊機(jī)。先檢查一下電路板是否轉(zhuǎn)印完整,若有少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好的地方可以用黑色油性筆修補(bǔ)。接下來,將壓制好的銅板放入FeCl3溶液中進(jìn)行腐蝕,為了加快腐蝕的速度,我們可以適當(dāng)提高FeCl3的濃度以及提升溶液的溫度,并來回的搖動(dòng)容器,腐蝕的時(shí)間過長(zhǎng)或過短都會(huì)造成腐蝕的效果不好,等線路板上暴露的銅膜完全被腐蝕掉時(shí),將線路板從腐蝕液中取出清洗干凈,這樣一塊線路板就腐蝕好了。6、線路板鉆孔。依據(jù)電子元件管腳的粗細(xì)選擇不同的鉆針,打孔的鉆頭一定要與焊盤孔相匹配,否則,會(huì)是焊盤掉

49、落,對(duì)電路的正常工作帶來影響,在使用鉆機(jī)鉆孔時(shí),線路板一定要按穩(wěn),鉆機(jī)速度不能開的過慢。7、線路板預(yù)處理。鉆孔完后,用細(xì)砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉,用清水把線路板清洗干凈。水干后,用松香水涂在有線路的一面,為加快松香凝固,我們用熱風(fēng)機(jī)加熱線路板,只需2-3分鐘松香就能凝固。8、焊接電子元件。焊接完板上的電子元件,通電。5.3 系統(tǒng)組裝系統(tǒng)組裝過程中,首先就是元器件的焊接,元器件的焊接按從低到高,從小到大的原則。在元器件焊接之前應(yīng)該先在電路銅線上上一層松香,防止銅暴露在空氣中被氧化,以便于焊接;在焊接過程中焊錫量要用得當(dāng),過多造成不必要的浪費(fèi),過少有可能造成虛焊;元器件焊完后,可以給發(fā)熱量大

50、的元器件裝上散熱片,這樣可以延長(zhǎng)元器件的壽命,增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后還可以給電路板安裝底座。通過以上步驟,一個(gè)完整的硬件電路部分就差不多完成了,此時(shí)還可以用萬用表再檢查確認(rèn)一下是否有元器件漏焊、焊錯(cuò)的情況,以確保電路的正確性,防止在上電以后造成短路電路的燒毀。5.4 硬件電路的調(diào)試5.4.1 Boost電路調(diào)試這部分主要包括輸入輸出電容、電感、續(xù)流二極管和MOS管這四個(gè)元器件。如圖5-2 Boost 主電路所示。 圖5-2 Boost 主電路 (1MOS 管13輸出電壓out U 輸入電壓in U 的關(guān)系為1/(-=in out U U ,為MOS 管導(dǎo)通比。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)MOS 管是整

51、個(gè)系統(tǒng)的發(fā)熱源之一。開關(guān)頻率對(duì)MOS 管的損耗有很大影響,頻率越高,損耗越大,MOS 管發(fā)熱也就越嚴(yán)重,為此本系統(tǒng)選擇了30KHz 為開關(guān)頻率,以降低開關(guān)損耗也就提高了系統(tǒng)效率。通過測(cè)試比較這里選用IRF540作為系統(tǒng)中的MOS 管,其能夠承受的最大電壓為100V ,最大電流為23A ,導(dǎo)通電阻僅為77m 。假設(shè)MOS 管的開通和關(guān)斷的重疊時(shí)間相同,均為 ,則一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)MOS 管的平均損耗為:t f I V dt t i t v T P S S S Ts d ds S SW =31(10 (14 其中Ts 為開關(guān)周期,S f 為開關(guān)頻率,S V 為MOS 管關(guān)斷期間加在它兩端的電壓,I s

52、 為晶體管導(dǎo)通期間流過的電流。由上式可知,MOS 管的開通關(guān)斷損耗與開關(guān)頻率成正比,適當(dāng)降低開關(guān)頻率有助于降低系統(tǒng)功耗。在輸出電壓30V ,電流2A 時(shí),認(rèn)為t 與3842振蕩器的死區(qū)時(shí)間相等,即t=t d =300CT 時(shí),此時(shí)PSW=2.1W ,對(duì)于效率的影響是3.5%。由此可見,MOS 管的開關(guān)損耗對(duì)系統(tǒng)效率的影響較大。(2儲(chǔ)能電感L根據(jù)輸入電壓和輸出電壓確定最大占空比。由式(1得55.0401840max =-=-o i o V V V D 當(dāng)輸出最大負(fù)載時(shí)至少應(yīng)滿足電路工作在CCM 模式下,即必須滿足式(9uh f I D D V V L o s i 8649000255.01(55

53、.09.018(21(2=-=- 同時(shí)考慮在10%額定負(fù)載以上電流連續(xù)的情況,實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以假設(shè)電路在額定輸出時(shí),電感紋波電流為平均電流的20%-30%,因增加IL 可以減小電感L ,但為不增加輸出紋波電壓而需增大輸出電容2C ,取30%為平衡點(diǎn),即A D I Il Il o ave 33.155.012%301%30%30=-=-= (15 由式(7、式(15可得 L=uH f Il D V V s i 1444900033.155.09.018(-=- 流過電感L 的峰值電流由式(10得A D I Il Il Ilp o ave 11.555.01215.1115.12=-=-=+= L

54、可選用電感量為140-200uH 且通過5A 以上電流不會(huì)飽和的電感器。電感的設(shè)計(jì)包括磁性材料、尺寸、型號(hào)選擇及繞組匝數(shù)計(jì)算、線徑選用等。電路工作時(shí)重要的是避免電感飽和、溫升過高。磁芯和線徑的選擇對(duì)電感性能和溫升影響很大,材質(zhì)好的磁芯如環(huán)形鐵粉磁芯,承受峰值電流能力較強(qiáng),EMI 低。而選用線徑大的導(dǎo)線繞制電感能有效降低電感的溫升。一旦電感值選定,電感的類型也必須被選定。一般來說,高效率的變換器無法承受低成本的鐵粉芯線圈損耗,這迫使我們不得不去使用更貴的鐵酸鹽或鉬材料芯體。實(shí)際上,對(duì)于一個(gè)確定的電感器,芯體損耗與芯體大小無關(guān),而與其自感系數(shù)有很大關(guān)系。當(dāng)自感系數(shù)增加時(shí),芯體損耗會(huì)減小。然而,當(dāng)自

55、感系數(shù)增加時(shí),需要更多圈的金屬絲,因此銅耗會(huì)增加。實(shí)際測(cè)得的L 電感量如下圖5-3所示。 圖5-3 電感量值L(3輸出取樣電阻1R ,2R因UC3842的腳2為誤差放大器反向輸入端,芯片內(nèi)正向輸入端為基準(zhǔn)2.5V ,可知輸出電壓1(5.221R R V O +=,根據(jù)輸出電壓可確定取樣電阻1R ,2R 的取值。 (4輸出二極管D 和輸出電容C2升壓電路中輸出二極管D 必須承受和輸出電壓值相反方向的電壓,并傳導(dǎo)負(fù)載所需的最大電流。二極管峰值電流A Ilp Id 11.5(max=,本電路可選用6A/50V 以上的快恢復(fù)二極管,若采用正向壓降的肖特基二極管,整個(gè)電路的效率將得到提高。輸出電容C2的

56、選定取決于對(duì)輸出紋波電壓的要求,紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR 有關(guān),電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。電容的=3.033.1/%140/IL V ESR o 。另外,為滿足輸出紋波電壓相對(duì)值的要求,濾波電容量應(yīng)滿足下式uF I V DT V C 561490002%14055.040200202= 根據(jù)計(jì)算出的ESR 值和電容量值選擇電容器,由于低溫時(shí)ESR 值增大,故應(yīng)按低溫下的ESR 來選擇電容,因此,選用560UF/50V 以上頻率特性好的電解電容可滿足需求。5.4.2 脈寬調(diào)制電路調(diào)試由UC3842組成的脈寬調(diào)制電路的穩(wěn)定性決定著系統(tǒng)能否正常輸出電壓。開關(guān)管以UC384

57、2設(shè)定的頻率周期開閉,使電感儲(chǔ)存能量并釋放能量。實(shí)際計(jì)算的t R 取10K ,t C 取3300uF ,但是在實(shí)際中的發(fā)現(xiàn),由于元器件誤差的存在,實(shí)際只有38KHZ 。 當(dāng)UC3842的腳3電壓升高超過1V 或腳1電壓降到1V 以下,都可使PWM 比較器輸出高電平,造成PWM 鎖存器復(fù)位14。根據(jù)UC3842的關(guān)閉特性,可以很容易在電路中設(shè)置過壓保護(hù)電路。本電路中與MOS 管串聯(lián)的小于0.1電阻就可以起到MOS 管過流保護(hù)的作用,其上感應(yīng)出的峰值電流形成逐個(gè)脈沖限流電路,當(dāng)腳3達(dá)到1V 時(shí)就會(huì)出現(xiàn)限流現(xiàn)象,所以整個(gè)電路中的電感磁性元件和功率開關(guān)管不必設(shè)計(jì)較大的余量,就能保證穩(wěn)壓電路工作穩(wěn)定,又能降低成本。(1外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)UC3842誤差放大器的輸出端腳1與反向輸入端腳2之