綜合實訓(xùn)技術(shù)報告-dc-dc電源變換器的設(shè)計與制作(編輯修改稿)
2024-09-04 09:43 本頁面
【文章內(nèi)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(shù)目。 (1)如何選擇電感 : DCDC變換器的本質(zhì)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(zhuǎn)移到負(fù)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(dāng)?shù)拈_關(guān)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(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)移，配合 MC34063 使用的電感應(yīng)該滿足三個要求：首先，電感的感應(yīng)系數(shù)應(yīng)南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實訓(xùn)技術(shù)報告 10 當(dāng)很小，以保證在最差情況下 (輸入電壓最低、功率開關(guān)打開的時間最短 )電感中能存儲到足夠的能量，但感應(yīng)系數(shù)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(guān)打開時間最長 )MC34063 及電感的最大 (開關(guān) )電流指標(biāo)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(tài)。在基于 MC34063 的常規(guī)設(shè)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(chǎn)生過多熱量。在選用電感時還應(yīng)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(diào)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(nèi)置振蕩器的固有振蕩頻率 72kHz。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，電感中的電流可由下式表示： 其中 R39。表示功率開關(guān)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(guān)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(shè)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(xù)模式”，因為電感中的電流被我們假設(shè)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(shù)表中所示的開關(guān)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(guān)即將關(guān)閉前電感中存儲的能量就可以用下式求出： 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實訓(xùn)技術(shù)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(zhuǎn)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(guān)電流只會導(dǎo)致開關(guān)上的壓降增加而使總的效率降低?？傊?，開關(guān)電流應(yīng)盡可能小，這樣會使開關(guān)、二極管及電感上的損耗也會相應(yīng)低一些。 b. 正壓變負(fù)壓的設(shè)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(guān)被接成共集電極接法 (與降壓模式相同 )。功率開關(guān)上的壓降可以等效為一個 的電壓源和一個 電阻的串聯(lián)電路。當(dāng)開關(guān)關(guān)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(lián)阻抗 (ESR)和等效串聯(lián)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(guān)式的 DCDC 變換器設(shè)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(shè)變換器的最大開關(guān)電流為 500mA)，不同的電容表現(xiàn)是不一樣 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實訓(xùn)技術(shù)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(dá)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(shè)計工程師應(yīng)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(xù)模式為例，如果是升壓變換器，其連續(xù)工作模式的條件是： 一旦輸入、輸出電壓滿足上式的關(guān)系，在開關(guān)關(guān)閉時電感的電流就不會回到零。而等到開關(guān)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(guān)閉振蕩器之前已經(jīng)增長到一個相當(dāng)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(guān)電流可以在到達(dá)一個用戶預(yù)先 設(shè)定的值處觸發(fā)功率開關(guān)關(guān)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(yīng)用中，選擇箝位二極管時必須遵循的三條準(zhǔn)則包括開關(guān)速度、正向?qū)〞r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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