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綜合實訓技術報告-dc-dc電源變換器的設計與制作(編輯修改稿)

2025-09-04 09:43 本頁面

　

【文章內容簡介】所以要求這些電容器具有高頻低損耗和耐高溫的特性。，減少分離器件的數目。 (1)如何選擇電感 : DCDC變換器的本質是將電能以磁通量的形式儲存在電感中，然后再將該能量轉移到負載上。正因為儲存的是磁通量，而不是充電電荷，所以只要選擇恰當的開關策略，就能使輸出電壓比輸入電壓高、低或者極性相反。為實現高效的能量轉移，配合 MC34063 使用的電感應該滿足三個要求：首先，電感的感應系數應南京工業職業技術學院實訓技術報告 10 當很小，以保證在最差情況下 (輸入電壓最低、功率開關打開的時間最短 )電感中能存儲到足夠的能量，但感應系數也不是越小越好，因為還要保證在另一極端情況下 (輸入電壓最高、開關打開時間最長 )MC34063 及電感的最大 (開關 )電流指標不至于被突破；其次，電感必須能夠存得下需求的磁通量，也就是電感不能進入飽和狀態。在基于 MC34063 的常規設計中，可以使用鐵氧體工藝制造的可表面貼裝的小型電感，只要它們滿足飽和電流為 300mA～ 1A，同時直流電阻小于的條件；最后，電感的直流電阻越小越好，以保證電感線圈不會消耗過多的能量，因為這會使電感產生過多熱量。在選用電感時還應考慮到電磁干擾的問題，一般圓弧形狀的電感對減少電磁干擾有比較好的作用。還有一點也是最重要的，就是在選擇電感前一定要先確定整個電源電路的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流的最小值和最大值。在一個升壓變換器中，電感中存儲的能量如下式所示： PL=(VOUT+VDVIN MIN)(IOUT) 式中， VD是二極管的壓降 (對 1N5818 肖特基二極管來說是)。為保證變換器能調整輸出電壓，每個周期中由電感提供的能量必須不小于： E7 PL/fOSC 其中 fOSC即為 LT1111 內置振蕩器的固有振蕩頻率 72kHz。當開關關閉時，電感中的電流可由下式表示：其中 R39。表示功率開關的等效電阻 (25℃時的典型值為 )與電感直流電阻的和。如果功率開關上的壓降和 VIN 相比很小，則可得到一個簡化的公式：上面這個公式假設的前提是 t=0，而且電感中的電流為 0。這種情況的電感工作于“不連續模式”，因為電感中的電流被我們假設為 0 了。實際上，電感中的電流是不可能突然降至 0的。將 t 的取值改為 MC34063 參數表中所示的開關打開的時間 (典型值為 7μ s)，就可以求出針對某個特定的 L 值和 VIN 的 IPEAK 值。求出 IPEAK 值后，在開關即將關閉前電感中存儲的能量就可以用下式求出：南京工業職業技術學院實訓技術報告 11 式中， EL的值必須大于 PL/fOSC以保證變換器能傳遞 (或者說轉移 )需求的能量。為提高效率， IPEAK值必須保持在 1A 以下，更高的開關電流只會導致開關上的壓降增加而使總的效率降低。總之，開關電流應盡可能小，這樣會使開關、二極管及電感上的損耗也會相應低一些。 b. 正壓變負壓的設計如何選擇電感所有的輸出功率都來自電感 L1。這時：在這種變換器模式下，功率開關被接成共集電極接法 (與降壓模式相同 )。功率開關上的壓降可以等效為一個的電壓源和一個電阻的串聯電路。當開關關閉時，電感中的電流可以表示為：其中 R39。為電感的直流電阻值加上，而 VL為輸入電壓 VIN減去。 2）如何選擇電容選擇合適的輸出電容和選擇合適的電感同等重要。如果這個濾波電容選擇得不好，那么變換器的效率可能會降低，輸出紋波也有可能比較大。我們通常使用的普通鋁電解電容，雖然比較便宜而且容易買到，但它的等效串聯阻抗 (ESR)和等效串聯電感 (ESL)的特性都比較差，不適合配合 MC34063 使用。市場上有專為開關式的 DCDC 變換器設計的 ESR 值較小的鋁電解電容，它們的特性比普通的鋁電解電容好很多，特別是 ESR 值可以做得很小。鉭電容的特性也非常好，只是價格比較高。通過實驗得知，在基于 MC34063 的變換器中，使用上述三種容量均為100μF 的電容 (假設變換器的最大開關電流為 500mA)，不同的電容表現是不一樣南京工業職業技術學院實訓技術報告 12 的。使用普通鋁電解電容的變換器的輸出過沖最高達到 120mV，而使用專用鋁電解電容及鉭電容的變換器的輸出過沖最高就只有 35mV 左右。設計工程師應該充分利用 ILIM特性來降低輸出紋波的幅值。以變換器工作于連續模式為例，如果是升壓變換器，其連續工作模式的條件是：一旦輸入、輸出電壓滿足上式的關系，在開關關閉時電感的電流就不會回到零。而等到開關再次打開時，電感中的電流將從這個非零值開始增長。電感中的電流在比較器關閉振蕩器之前已經增長到一個相當高的值了，這個較高的電流值將會造成輸出紋波過大，這顯然需要更大的輸出濾波電容和電感來抑制。不過，由于有了 ILIM特性的支持，開關電流可以在到達一個用戶預先設定的值處觸發功率開關關閉。這樣，輸出紋波就能減小到最小的程度，對輸出濾波電容的要求也就會低得多。 3）如何選擇二極管在 MC34063 的應用中，選擇箝位二極管時必須遵循的三條準則包括開關速度、正向導通時的壓降、漏電流。我們通常用來作整流器的二極管，如 1N4001

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