基于MC34063的直流穩(wěn)壓可調(diào)電源設(shè)計(jì)

摘要：直流穩(wěn)壓電源在各種電子設(shè)備應(yīng)用中具有及其重要的作用，直流電源是否持續(xù)平穩(wěn)，將直接影響著電子設(shè)備的穩(wěn)定性、精確性及可靠性。針對(duì)目前直流穩(wěn)壓電源存在的穩(wěn)定性差、效率低和成本較高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于MC34063的直流穩(wěn)壓可調(diào)電源，并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。結(jié)果表明所提設(shè)計(jì)具有穩(wěn)定連續(xù)的調(diào)節(jié)能力、成本較低且效率較高，為類似直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：直流;可調(diào);電源;MC34C163

各種電子設(shè)備的大量應(yīng)用給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)的極大便利，但是各種電子設(shè)備都必須依賴穩(wěn)定的電源。電源是各種電子裝置的工作基礎(chǔ)，其性能直接影響到系統(tǒng)與設(shè)備的工作質(zhì)量和效率，在電子電路中通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，直流穩(wěn)壓電源是一種性能接近理想電壓源的直流電源。小到袖珍計(jì)算器，大到超級(jí)計(jì)算機(jī)，所有的電子設(shè)備都必須在穩(wěn)壓電源的支持下才能正常工作。電子設(shè)備對(duì)電源的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。直流可調(diào)穩(wěn)壓電源以其廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合及其簡(jiǎn)單便攜的優(yōu)點(diǎn)得到青睞，如何提高直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性能及電源效率是電源技術(shù)研究要解決的首要問(wèn)題。

1 幾種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較

針對(duì)某實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)合的需求，穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為：輸入電壓為6～9V;輸出電壓在9～17V內(nèi)連續(xù)可調(diào)：最大輸出電流為1A;電壓調(diào)整率小于1%;波紋電壓小于0.5%。

方案1：采用線性集成穩(wěn)壓芯片LM317設(shè)計(jì)。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓模塊，是一種使用較為方便、應(yīng)用較多的集成穩(wěn)壓模塊，具有輸出電壓范圍廣、外圍電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，輸出電壓的設(shè)定是通過(guò)改變R2與R1的比值來(lái)調(diào)節(jié)的，為了電路的穩(wěn)定工作，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)出現(xiàn)的高壓損壞現(xiàn)象。但LM317功耗比較大，長(zhǎng)時(shí)間工作芯片發(fā)熱量大，需借助較大的散熱片才可穩(wěn)定工作。由于 LM317芯片為線性穩(wěn)壓芯片，采用LM317設(shè)計(jì)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的電源效率較低，不符合能源節(jié)約的要求，在電源效率要求比較高的場(chǎng)合難以滿足要求。

方案2：采用單片集成穩(wěn)壓芯片LM2576設(shè)計(jì)。單片集成電路LM2576提供了降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的基本功能?？稍?.23～37 V的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)輸出，最大輸出電流1A。LM2576內(nèi)部集成了部頻率補(bǔ)償和固定頻率振蕩器，外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。由于LM2576功耗低，從而大大減少了散熱片大小。但在使用時(shí)受到局部條件限制，如需要旁路電容防止輸入端出現(xiàn)瞬時(shí)過(guò)電壓;二極管的選擇上需要開(kāi)關(guān)速度快、正向壓降低、反向恢復(fù)時(shí)間短的肖特基二極管;要求有高的通流量和對(duì)應(yīng)的電感值;需要等效串連電阻低的電容防止器件損壞，提高環(huán)路的穩(wěn)定性。

方案3：采用開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片MC34063設(shè)計(jì)。MC34063是一單片開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，專用于DC/DC變換器控制部分，電路簡(jiǎn)單且效率較高能滿足一般要求。器件具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，靜態(tài)電流低，對(duì)短路電流能進(jìn)行限制，工作振蕩頻率從100 Hz到100 kHz?？梢酝饨尤龢O管、MOS管等器件來(lái)提高輸出功率，輸入輸出電壓在40 V以下時(shí)能安全穩(wěn)定工作。圖1為MC34063引腳電路。

圖中①為開(kāi)關(guān)管集電極口，②為開(kāi)關(guān)管發(fā)射極，③為定時(shí)電容，④為地，⑤為比較器反向，⑥為v+，⑦為電流檢測(cè)，⑧驅(qū)動(dòng)管集電極。

采用MC34063設(shè)計(jì)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源具有成本低、電路簡(jiǎn)單、電源效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，該器件可作為升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心。

2 應(yīng)用電路分析

斬波型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源按其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通?？梢苑譃?種：降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck-boost)。升壓型(Boost)典型電路如圖2所示。

當(dāng)開(kāi)關(guān)T導(dǎo)通時(shí)，二極管承受反壓截止，能量從直流電源輸入并儲(chǔ)存到電感L中，電感電流線性增長(zhǎng);當(dāng)開(kāi)關(guān)T關(guān)斷時(shí)，二極管導(dǎo)通，由于電感電流不能突變，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流減小?？刂崎_(kāi)關(guān)管T的開(kāi)關(guān)頻率，就能控制電感的電量，從而穩(wěn)定電容兩端的壓降，持續(xù)不斷的打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)管就能使得電容兩端有一個(gè)持續(xù)的穩(wěn)定的高于輸入電壓的一個(gè)壓降。

在鑒于直流可調(diào)穩(wěn)壓電源輸出電壓范圍較廣，輸出電壓值較高，該直流可調(diào)穩(wěn)壓電源采用升壓電路設(shè)計(jì)以滿足在較低的輸入電壓下有較高的輸出電壓范圍。

圖3為MC34063集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片典型升壓應(yīng)用電路。應(yīng)用電路輸出電壓固定為15 V，為滿足設(shè)計(jì)要求需要在此電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行電路的修改與完善，通過(guò)對(duì)電路的分析得到以下結(jié)論：

1)其輸出電壓值是通過(guò)改變R4和R5電阻值來(lái)調(diào)整的，其輸出電壓符合以下的公式：

Vout=(1+R4/R5)*1.25V (1)

2)電路中限流電阻取值為0.3 Ω，因此輸入電流限制公式為：

Iin=V/R (2)

3)MC34063在不加三極管擴(kuò)展電流的情況下其輸出最大電流值為1.5 A，增加三極管可以使MC34063的輸出電流得到很大提高。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

鑒于以上分析，對(duì)圖3進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和完善，開(kāi)關(guān)SW2調(diào)控輸入電壓，保證輸入一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的一個(gè)直流電壓，二極管1N4007整流，電解電容C3、C4實(shí)現(xiàn)輸出電壓的濾波用來(lái)保證輸出電壓有較小的紋波輸出。LED燈為輸出電壓的指示。電阻R1用來(lái)限流以保證LED燈的工作電流，電位器RP1用來(lái)調(diào)整輸出電壓值，電阻R3用來(lái)限制最大的輸出電流值，系統(tǒng)硬件電路如圖4所示。

振蕩電路：振蕩器是通過(guò)恒流電源對(duì)外接在CT管腳上的定時(shí)電容不斷地充電與放電以產(chǎn)生振蕩波形。充電和放電的電流都是恒定的，振蕩頻率僅僅取決于外接定時(shí)電容。

濾波電路：濾波電路通常是由具有儲(chǔ)能特性的電容、電感及其他元件組成，它能將脈動(dòng)直流電流中的脈動(dòng)交流成分濾除掉，從而使輸出的電壓變?yōu)楸容^平滑的直流電壓。但

是，當(dāng)電網(wǎng)的電壓或負(fù)載以及溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波器輸出的直流電壓的值也會(huì)隨之變化，因此，此時(shí)的直流電壓并不穩(wěn)定。

穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路是利用能夠自動(dòng)調(diào)整輸出電壓變化的電路來(lái)使輸出的電壓不隨電網(wǎng)電壓、溫度或負(fù)載的變化而變化，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。一般穩(wěn)壓電路分為并聯(lián)型、串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路等。本次所用的為固定集成穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器本身不能產(chǎn)生功率，而是將輸入端功率取出傳送給負(fù)載，通過(guò)控制該功率的大小使輸出電壓不變。

輸出電壓電路：輸出電壓電路是采用改變LED的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)，在輸出電壓連續(xù)可調(diào)的過(guò)程中，LED的亮度會(huì)跟隨輸出電壓的變化而變化，輸出電壓增大LED亮度則變亮，輸出電壓減小LED亮度則變暗。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)主要包括了A/D及D/A轉(zhuǎn)換模塊、誤差處理模塊等。為了提高精度，針對(duì)外接負(fù)載變化引起的輸出電壓偏移現(xiàn)象，通過(guò)偏移反饋予以消除。通過(guò)改變數(shù)字電位計(jì)阻值來(lái)調(diào)整輸出電壓，滿足誤差小于0.03 V的條件，其程序流程如圖5所示。

通過(guò)軟件來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓在很大程度上的節(jié)約了系統(tǒng)硬件資源，可以達(dá)到很高的精度。

5 結(jié)果測(cè)試及分析

將直流穩(wěn)壓可調(diào)電源裝置接到6 V到9 V的直流電源上，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)改變輸出電壓，觀察負(fù)載LED指示燈的明暗亮度，通過(guò)測(cè)量電壓表驗(yàn)證輸出的電壓范圍是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，表1為直流穩(wěn)壓可調(diào)電源裝置在輸入電壓為6 V，負(fù)載為10 Ω時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，所提出的直流穩(wěn)壓可調(diào)電源實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的要求，輸出電壓可在9～17 V之間連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出最大電流為1.1 A，輸出最大功率為21.87 W，輸出效率在85%以上。

6 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮到了用電過(guò)程中交直流轉(zhuǎn)換情況和電壓大小情況，根據(jù)具體情況實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能。在完備可靠的硬件資源的基礎(chǔ)上，充分利用MC34063的可調(diào)節(jié)三端正電穩(wěn)壓以及高精度功能;設(shè)計(jì)系統(tǒng)同時(shí)還中融入了LED顯示，給使用者帶來(lái)了極大的方便。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，表明可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源具有工作穩(wěn)定、精度高、可控性、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，解決了小型電子設(shè)備的直流用電需求。