低压电源DCDC设计核辐射监测方法与仪器.docx
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低压电源DCDC设计核辐射监测方法与仪器
DesignofDC/DCpowersupply
2011级核技术与自动化工程学院
专业辐射防护与环境工程
学号201106080112
学生姓名袁子程
指导教师王广西
完成日期2015年01月06日
前言
本设计是源于大二电子课程设计的实习内容,当时对电路的设计认识有限,缺乏了许多开发设计上的思路。
这篇报告也是为了弥补当时的知识欠缺,不能一味的做焊接调试工作,应当尝试做一些设计工作,用理论武装实践。
DC/DC低压直流稳压电源设计
一、设计任务及目的
1.实习目的
学习设计DC/DC低压直流稳压电源,并且达到要求的性能指标。
具体设计指标为:
直流输入+12v,直流输出为(降压,升压,极性反转)+5v/-12v/+24v。
并有良好的稳压系数,电压调整率,负载调整率,纹波系数,纹波电压抑制比,响应时间,效率,内阻。
2.电源种类
线性电源
先将交流电经过变压器降低电压幅值,再经过滤波整流电路整流后,得到脉冲直流电压,后经调整管调节得到稳定的电压。
优点:
电源稳定度高;输出纹波电压小;瞬态响应速度较快;线路结构简单;无开关噪声;成本低。
缺点:
内部功耗大,转换效率低(30%~40%);滤波效率低,因此必须具有较大的输入和输出滤波电容;输出电压不能高于输入电压。
开关电源
利用控制电路控制开关管导通和关断的时间比率(D占空比),维持稳定输出电压的一种电源。
优点:
内部功率损耗小,转换效率高(80%以上);滤波效率大为提高,滤波电容的容量和体积大为减小;稳压范围宽,线性调整率高,可以实现升压。
缺点:
开关电源存在着较为严重的开关噪声和干扰;电路结构复杂,不便于维修;成本高,可靠性低。
发展方向:
高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。
二、电源变化基本原理
1.DC/DC电源的工作原理(升压,降压,极性反转)
升压
升压式DC/DC变换器主要用于输出电流较小的场合,只要获得3~12V工作电压,工作电流可达几十毫安至几百毫安,其转换效率可达70%-80%。
升压式DC/DC变换器的基本工作原理如图所示。
电路中的VT为开关管,当脉冲振荡器对双稳态电路置位(即Q端为1)时,VT导通,电感VT中流过电流并储存能量,直到电感电流在RS上的压降等于比较器设定的闽值电压时,双稳态电路复位,即Q端为0。
此时VT截止,电感LT中储存的能量通过一极管VD1供给负载,同时对C进行充电。
当负载电压要跌落时,电容C放电,这时输出端可获得高于输大端的稳定电压。
输出的电压由分压器R1和 R2分压后输入误差放大器,并与基准电压一起去控制脉冲宽度,由此而获得所需要的电压,即V0=VR*(R1/R2+1) 式中:
VR——基准电压。
降压式DC/DC变换器的输出电流较大,多为数百毫安至几安,因此适用于输出电流较大的场合。
降压式DC/DC变换器基本工作原理电路如图所示。
VT1为开关管,当VT1导通时,输入电压Vi通过电感L1向负载RL供电,与此同时也向电容C2充电。
在这个过程中,电容C2及电感L1中储存能量。
当VT1截止时,由储存在电感L1中的能量继续向 RL供电,当输出电压要下降时,电容C2中的能量也向RL放电,维持输出电压不变。
二极管VD1为续流二极管,以便构成电路回路。
输出的电压Vo经R1和 R2组成的分压器分压,把输出电压的信号反馈至控制电路,由控制电路来控制开关管的导通及截止时间,使输出电压保持不变。
DC/DC升压有三种基本工作方式:
一种是电感电流处于连续工作模式,即电感上电流一直有电流;
一种是电感电流处于断续工作模式,即在开关截止末期电感上电流发生断流;
还有一种是电感电流处于临界连续模式,即在开关截止期间电感电流刚好变为“0”时,开关又导通给电感储能。
降压
降压电路是BUCK电路,开关S闭合的时候,VD二极管承受负压关断,电感充电,电流正向流动,电流值呈现指数上升趋势。
开关S断开的时候,VD二极管起续流作用,电感开始放电,电流逐渐下降,通过负载和二极管回到电感另外一端,短暂供电。
这样电压就能降低。
实际使用的时候,S开关是通过MOSFET或者IGBT实现的,输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。
极性反转
2.评价电源好坏的性能指标
1.稳压系数K=△U/△Ui;S=(△Uo/Uo)/(△Ui/Ui)
2.负载调整率:
在额定输入电压下,负载电流从零变到满载电流时,输出电压最大的相对变化量
3.内阻:
r=|△Uo/△Io|Ω
4.纹波电压抑制比(PSRR):
Uiw/Uow
5.响应时间:
负载改变开始到电源输出电压稳定需要的时间
6.纹波:
输出电压的纹波包括噪声的绝对值大小(峰峰值)
7.效率:
n=Pi/Po
三、方案设计
1.整体方案设计
电源主流芯片
●Maxim公司:
MAX884系列、MAX1749X系列等。
●TI公司:
LM317/LM117、UC384X系列等。
●PI公司:
TOP系列、LNK系列等。
●ADI公司:
MC34063、ADP12X系列、ADM118X系列等
●本设计中用到了LM317和MC34063,其中LM317是线性电源芯片;MC34063是开关电源芯片。
还会用到二极管IN4001和IN5819、IN5821。
LM317基本特性:
1、输出在1.25V到37V之间可调
2、输出电流最大超过1.5A
3、不随温度变化的内部短路电流限制
4、内部过热保护
5、通常3V≦Vin-Vout≦37V
6、封装形式包括DCY(SOT-223)、KTE、KC(TO-220AB)
实际用法
MC34063基本特性:
1、可以在3V到30V输入电压下正常工作
2、输出开关电流可达1.5A(开关管内置)
3、工作频率在100Hz到100KHz之间
4、较低的静态电流1.6mA
5、内置短路电流限制
6、可实现升压和降压电源变换器
MC34063内部结构
1脚:
开关管Q1集电极引出端;
2脚:
开关管Q1发射极引出端;
3脚:
定时电容CT接线端;
4脚:
电源地;
5脚:
电压比较器反相输入端,同时也是输出电压取样端;
6脚:
电源端;
7脚:
负载峰值电流(Ipk)取样端;
8脚:
驱动管Q2集电极引出端。
结构框图
2.具体电路设计
MC34063升压变换电路
MC34063反转变换电路
MC34063降压变换电路输出电压:
Vout=1.25*(1+RB/RA)
四、调试预期
LM317线性部分调试
焊接LM317电路部分,达到输入+12v输出可调至1.25v,以便供电给MC34063芯片供电(+5v)。
升压部分
焊接,绕线,确定跳线、电容极性、二极管方向,调试输出电压。
调节电位器,将输出电压升高至+20v以上并稳定。
降压部分
焊接,绕线,确定跳线、电容极性、二极管方向,调试输出电压。
调节电位器,将输出电压降低至+5v以下并稳定。
极性反转部分
焊接,绕线,确定跳线、电容极性、二极管方向,调试输出电压。
调节电位器,将输出电压降低至-12v以下并稳定。
调试可能出现的问题:
1.芯片在焊接时高温击穿,导致久久无法调试出数据
2.电路不带负载时输出电压可调,电路带负载时,输出电压不可调
3.跳线部分在切换电路时容易出现焊死,需要耐心拨开。
五、性能指标测试
1.稳压系数K=△U/△Ui;S=(△Uo/Uo)/(△Ui/Ui)
计算测量约为2%
2.负载调整率:
在额定输入电压下,负载电流从零变到满载电流时,输出电压最大的相对变化量
3.内阻:
r=|△Uo/△Io|Ω
4.纹波电压抑制比(PSRR):
Uiw/Uow
5.响应时间:
负载改变开始到电源输出电压稳定需要的时间
6.纹波:
输出电压的纹波包括噪声的绝对值大小(峰峰值)
7.效率:
n=Pi/Po
测定为80%左右
六、参考文献
1全国大学生电子设计竞赛委员会。
第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001)。
北京:
北京理工大学出版社。
2003年
2谢嘉奎,宣月清,冯军。
电子线路(线性部分)。
北京:
高等教育出版社,1999年
3《开关电源的原理与设计》作者:
张占松,蔡宣三编著电子工业出版出版时间:
2004-9-1
4《开关电源手册》作者:
比林斯译者:
张占松,汪仁皇,谢丽萍出版社:
人民邮电出版社出版时间:
2006-12-1
5《开关电源设计(第二版)》电子工业出版社2005-09-01
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- 低压 电源 DCDC 设计 核辐射 监测 方法 仪器