【正文】 Mathuna, Present practice of power packaging for DC/DC converters[M], Waltham, MA: Integrated Power Packaging,2020:37. [14] , , , , PSPICE analysis of PWM controlled inductorless fault tolerant multilevel dc/dc converters[J], Power Electronics, Machines and Drives,2020:23(5),490494. [15] 曲學(xué)基，曲敬鎧，于明揚(yáng) .電力電子濾波技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 出版社， 2020： 132150. 附 錄 用到的元器件清單 序號(hào) 標(biāo)號(hào) 名稱 型號(hào) /規(guī)格 數(shù)量 1 C1 電解電容 2200uf/50v 1 2 C2 電解電容 2200uf/50v 1 3 Cf1 陶瓷電容 104pf 1 4 Cx 陶瓷電容 104pf 1 5 Cr 陶瓷電容 104pf 1 6 Ct 陶瓷電容 1 7 R1 碳膜電阻 30k 1 8 R2 碳膜電阻 1 9 Ro 碳膜電阻 22k 1 10 Ro1 碳膜電阻 20k 1 11 Rt 碳膜電阻 10k 1 12 Rf 碳膜電阻 20k 1 13 Rr 碳膜電阻 1 14 Rs 水泥電阻 1 15 P1,P2,P3,P4 排針 普通 4 16 電流型控制芯片 UC3842AN 1 17 開(kāi)關(guān)管 IRF540 1 18 二極管 1N5819 1 19 覆銅板 普通單層 2 20 萬(wàn)用表 VC9805A+ 1 21 電感值測(cè)量?jī)x TH2819 1 22 示波器 TDS1002B 1 23 學(xué)生電源 MPS3005L3 1 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 24 漆包線 直徑為 1mm 三十厘米長(zhǎng) 25 磁環(huán) 鐵氧體 1 26 功率電阻 20歐姆 /50瓦 1 27 接口 普通 2 總系統(tǒng)的 PCB圖 Boost斬波結(jié)構(gòu)原理圖 GDSI1IRF540D1N581910mHL6Inductor IronRsC1 C2PWM(out)GND30kR12kR2IrefUinUref12P1Header 212P3Header 212P4Header 212P2Header 212PfHeader 212UinHeader 212UoutHeader 2 脈沖調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路原理圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 COMP1VFB2SEN3RT/CT4GND5OUT6VCC7Vref8U5UC384210kRtCtGND20kRfIrefRr104CrUinUref22Ro20kRo1PWM(out)104Cf1 實(shí)物圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 。當(dāng)然，由于水平和經(jīng)驗(yàn)的限制本次設(shè)計(jì)有不足之處還應(yīng)在以后的學(xué)習(xí)研究中不斷的進(jìn)取。 在設(shè)計(jì)這款電源，大致了解了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)步驟及方法，并積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 （ 3）正確掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試是非常有幫助的。 （ 2）要學(xué)會(huì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，因?yàn)槔碚摵蛯?shí)踐有時(shí)會(huì)存在很大的差 距，所以當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，一定要正確的分析問(wèn)題所在地。 通過(guò)本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多以前沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí)和方法，深刻體會(huì)到以下幾點(diǎn)： （ 1）一定要要把基礎(chǔ)理論知識(shí)弄清楚，因?yàn)楹芏鄰?fù)雜的電路，其本質(zhì)都是由基本的電路構(gòu)成。整個(gè)電路調(diào)試容易，工作穩(wěn)定，可靠性高，效率達(dá) 70％以上，制作成本也很低。 本系統(tǒng)采用峰值電流控制型脈寬調(diào)制芯片 UC3842 的 Boost 升壓型 DCDC 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)。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 6 結(jié)論 開(kāi)關(guān)電源在電子設(shè)備、電力設(shè)備和通信系統(tǒng)的直流供電中得到廣泛應(yīng) 用，高頻開(kāi)關(guān)電源中， DCDC變換是其核心。 表 53 系統(tǒng)輸出 36V時(shí)的轉(zhuǎn)換效率測(cè)試 inU (v) inI (A) outU (v) 負(fù)載電阻 )(? 轉(zhuǎn)換效率 300 % 250 % 200 % 150 % 100 % 50 % 根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果可知本系 統(tǒng)可以基本實(shí)現(xiàn)下達(dá)的技術(shù)指標(biāo)，最終系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果如下表 54所示。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1使得空在輸出維持在 32V，此時(shí)外接負(fù)載電阻，測(cè)試系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率如表 52所示。 表 51 輸出電壓測(cè)試 inU (v) 15 16 17 18 19 20 outU (v) 32． 0 32． 0 當(dāng) R1取 33K， R2取 2K時(shí)，隨著輸入電壓在 1520V之間內(nèi)的變化，輸出電壓穩(wěn)定在 45V左右，所以只要改變 R1， R2的取值根據(jù) 公式 )211( RRVo ???可以改變輸出電壓值。 接下來(lái)首先對(duì) R1,R2進(jìn)行取值。 在所有測(cè)試進(jìn)行之前，首先應(yīng)該對(duì)芯片內(nèi)正向輸入端基準(zhǔn)電壓進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)榇嘶鶞?zhǔn)電壓的輸出正確與否直接影響最后輸出的電壓值，而沒(méi)有準(zhǔn)確合理的輸出電壓根本不可能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行其他性能指標(biāo)的測(cè)試。 系統(tǒng)性能 測(cè)試 在系統(tǒng)正常工作的情況下，對(duì)系統(tǒng)整機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試。下面就測(cè)試結(jié)果的誤差做一個(gè)簡(jiǎn)要分析： （ 1）系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換器的精度以及元器件如電阻，電容，電感的精度對(duì)于系統(tǒng)也有一定的影響，因此該系統(tǒng)中，可以進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能。 圖 54 加入濾波電路后 sR 端波形圖 最后當(dāng)輸出為 32V 時(shí)，接 100 歐姆負(fù)載，對(duì) UC3842 的腳 6 輸出的 PWM 波占空比進(jìn)行測(cè)試，如下圖 55 所示。 （ 3） R、 C 濾波電路 [15] 由于儲(chǔ)能電感的作用，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)會(huì)形成大的尖峰電流，在檢測(cè)電阻 sR 上產(chǎn)生一個(gè)尖峰脈沖，為防止造成 UC3842 的誤動(dòng)作，在 sR 取樣點(diǎn)到 UC3842的腳 3間加入 R、 C 濾波電路， R、 C時(shí)間常數(shù)約等于電流尖峰的持續(xù)時(shí)間。二是從斜坡端腳 4 接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) xR 、 xC 到電流感應(yīng)端腳 3，杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 將在 sR 的感應(yīng)電壓上增加斜坡的斜率，再與平滑的誤差電壓進(jìn)行比較，作用是防止諧波振蕩現(xiàn)象，避免 UC3842 工作不穩(wěn)定，同時(shí)改善電流型控制開(kāi)關(guān)電壓的噪聲特性。為使環(huán)路得到最佳補(bǔ)償，可測(cè)試環(huán)路的穩(wěn)定度，測(cè)量 oI 脈動(dòng)時(shí)輸出端電壓 oV 的瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)加以判斷。 （ 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之間接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) fR 、 fC 。根據(jù) UC3842 的關(guān)閉特性，可以很容易在電路中設(shè)置過(guò)壓保護(hù)電路。實(shí)際計(jì)算的 tR 取10K， tC 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。 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。 電容的 ??????? 。二極管峰值電流 AIlpId ( m a x) ?? ， 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。 圖 53 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) ，杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 可知輸出電壓 )1(21RRV O ??? ， 根據(jù)輸出電壓可確定取樣電阻 1R , 2R 的取值。然而，當(dāng)自感系數(shù)增加時(shí)，需要更多圈的金屬絲，因此銅耗會(huì)增加。實(shí)際上，對(duì)于一個(gè)確定的電感器，芯體損耗與芯體大小無(wú)關(guān)，而與其自感系數(shù)有很大關(guān)系。 一 旦電感值選定，電感的類型也必須被選定。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。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。 （ 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。 在輸出電壓 30V，電流 2A 時(shí)，認(rèn)為Δ t 與 3842 振蕩器的死區(qū)時(shí)間相等，即Δt=td=300CT 時(shí)，此時(shí) PSW=，對(duì)于效率的影響是 %。 假設(shè) MOS管的開(kāi)通和關(guān)斷的重疊時(shí)間相同，均為 ，則一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi) MOS 管的平均損耗為： tfIVdttitvTPSSSTs ddsSSW ???? ? 31)()(1 0 （ 14） 其中 Ts為開(kāi)關(guān)周期， Sf 為 開(kāi)關(guān)頻率， SV 為 MOS管關(guān)斷期間加在它兩端的電壓， Is 為晶體管導(dǎo)通期間流過(guò)的電流。開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率，以降低開(kāi)關(guān)損耗也就提高了系統(tǒng)效率。 GDSI1IRF540D1N581910mHL6Inductor IronRsC1 C2PWM(out)GND30kR12kR2IrefUinUref12P1Header 212P3Header 212P4Header 212P2Header 212PfHeader 212UinHeader 212UoutHeader 21KRbzRes Tap 圖 52 Boost主電路 （ 1） MOS管 [13] 輸出電壓 outU 輸入電壓 inU 的關(guān)系為 )1/( ??? inout UU ，α為 MOS管導(dǎo)通比。 硬件電路的調(diào)試 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。最后還可以給電路板安裝底座。 系統(tǒng)組裝 系統(tǒng)組裝過(guò)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。 焊接電子元件。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。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(pán)孔相匹配，否則，會(huì)是焊盤(pán)掉落，對(duì)電路的正常工作帶來(lái)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(kāi)的過(guò)慢。接下來(lái)，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(lái)回的搖動(dòng)容器，腐蝕的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)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。熱轉(zhuǎn)印機(jī)事先就已經(jīng)預(yù)熱，溫度設(shè)定在 160200 攝氏度，由于溫度很高，操作時(shí)注意安全！ 腐蝕線路板 ,回流焊機(jī)。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(méi)有錯(cuò)位。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(méi)有明顯污漬。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(guò)大，以節(jié)約材料。圖 51 是打印好的電路板圖。將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來(lái)，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張 電路板。 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)： 模擬地和數(shù)字地應(yīng)分開(kāi)單點(diǎn)接地，直接可以通過(guò)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； 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； 元器件引腳之間盡量走短線，線越短電阻越小，干擾越?。?旁路去耦電容要盡量靠近芯片引腳； 回路面積要小，大電流走線要短而粗。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； 發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件；高熱器件要均衡分布。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。還可以通過(guò)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。 V r e f欠 壓 鎖 定5 . 0 V參 考 電 壓V c c欠 壓 鎖 定鎖 存脈 寬調(diào) 制 器振 蕩 器+V r e f8