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1、武汉理工大学电子线路设计与制作报告书目录1. 摘要12. 设计任务要求12.1任务描述12.2技术指标12.3需求分析13. 系统设计23.1系统整体设计23.2辅助电源模块设计23.3主升压模块设计33.4功率输出电路设计54系统测试与分析54.1 Proteus 仿真54.2实物功能调试64.3系统性能参数测定74.4设计总结95参考文献91. 摘要本次设计的是一个自激式的升压开关稳压电路。通过MC34063升压电路 将5V直流输入升压为12V直流电压，再用另一改进的34063升压电路将其 进一步升压至20V，然后通过推挽电路输出PWM波，驱动开关管进行功率输 出，最后通过肖特基二极管和大
2、电容对输出电压进行整流滤波，并在输出同 时反馈到34063的标准电压比较器中，从而得到了稳定的20V直流电压输出， 同时可带较大负载。2. 设计任务要求2.1任务描述本次设计要求为设计一个升压型开关电源。要求对所设计的系统进 行Proteus进行电路仿真，并搭建实物进行相关功能演示。2.2技术指标1. 输入电压5V，输出电压可调（最大值不低于20V）。2. 并要求能带动较大负载（R=50Q），且电压变化在10%以内。2.3需求分析本设计的任务是制作升压型开关电源，目前在这一领域技术较为成 熟、成本较为低廉的实现方法是使用MC34063搭建升压电路外加MOSFET 作为开关负载输出，同时将输出值
3、通过电位器反馈到MC34063中，实现 输出电压的稳定可调。然而本次设计的开关电源输入只有5V，而MC34063的输出电压会受 到输入电压的限制，故无法直接使用经典的MC34063升压电路。因此， 本设计中对这一电路进行了改进，使用两个MC34063升压电路，而其中 一个输出作为辅助电源为另一升压电路供电，从而实现了较大压差升压 的功能。另外，设计中还需注意控制电路和功率输出电路的有效隔离，因而 两个34063升压电路和功率输出电路通过MOSFET实现相对隔离，前者为 控制电路，电流较小；而后者为功率输出电路，电流大小取决于输入的 驱动能力和外接负载的大小。3. 系统设计3.1系统整体设计本开
4、关电源系统分为辅助电源、主升压电路和功率输出电路三个部 分，输入电压在经过辅助电源后得到提升并为主升压电路以及功率输出 电路供电，主升压电路进行二次升压，将更高的电压通过NPN-PNP推挽 电路产生PWM波驱动MOSFET,从而使功率输出部分运作，将所需电压输 出，同时通过主升压电路的分压反馈调节可以调整输出的电压值。系统 的原理框图如图3-1所示。图2-1大功率升压型开关电源系统原理图3.2辅助电源模块设计辅助电源使用的是MC34063升压电路，由于输出负载较小、对电压 的要求也不高，故基本不需要对此电路作出更改。辅助电源部分电路图如如图3-2所示。图3-1辅助电源部分电路图在图3-2中,V
5、-引脚与CINV引脚间为标准1.5V电压比较器，故CINV 输出可视为1.5V。因此Vout=(R1+R5)/R5 *1.5V=14V。因此可知辅助电源能为后续电路提供较稳定的14V供电。3.3主升压模块设计主升压电路在MC34063电路的基础上作出改进，在后级输出使用了 推挽式输出以增强输出电压的驱动能力，同时反馈电阻使用精密可调电 阻，以实现对输出电压的调节。主升压电路部分电路图如图3-3所示。图3-2主升压部分电路图与图3-2的辅助电源相比，图3-3主要有以下几处改变：（1）反馈电阻R1更换成精密可调电阻RV1：在辅助电源模块中，要 求的输出电压恒定为14V，因此反馈电阻值一旦确定后就不
6、再改变。而 主升压电路中的反馈电阻则直接关系到最终输出电压的大小，因此根据 输出电压以及负载的不同需求要随时调整其阻值，因而改用0-20k。精 密可调电阻，其默认值2k。对应的是20V的输出。值得注意的是，两个 模块中“反馈电压”的概念并不一致，辅助电源模块中的“反馈电压” 是SWC脚通过二极管输出的电压（稳定后为14V）经R1分压而成，而主升 压模块中的“反馈电压”是指经过后级推挽输出驱动开关管后得到的系 统最终输出电压经精密可调电阻RV分压得到的电压，同时其基准1.5V 比较电压端也因为V-脚没有接地而实际上并非1.5V。（2）V-脚悬空：辅助电源模块要求供给主升压模块较为稳定的14V 电
7、压，因而需将V-接地，作为电压参考点，从而使CINV脚输出标准电 压，进而通过反馈电阻调出14V输出。但此种输出方式驱动能力较弱， 无法直接对外输出带功率高压电，也不能稳定驱动开关管，因而在主升 压电路中将V-引脚悬空，而SWE引脚则通过后级的推挽电路输出PWM波， 增强驱动能力，再驱动开关管进行功率输出。(3) 输入电压的改变：辅助电源中直接使用外部5V输入作为输入 电压，进行升压后输出14V直流电。但主升压电路中若直接用5V作为输 入电压，则会由于增益倍数过大而导致无法保证稳定输出，故在主升压 模块中使用辅助电源模块提供的14V电压作为输入电压，保证了电路工 作的稳定性。3.4功率输出电路
8、设计输出电路首级使用推挽电路通过三极管Q1和Q2的交替导通截止放 大由主放大电路发出的PWM信号，使其得以驱动MOSFET,起到了增强驱 动能力的作用。开关管Q3在PWM波驱动下输出相应高压，同时在输出端 口的肖特基二极管D2和大电容C5对输出电压进行整流滤波，增强电路 的可靠性和稳定性。电压输出同时被引会主升压模块中作为反馈输入， 从而实现输出电压的可调性。功率输出部分电路图如图3-4所示。图3-3功率输出部分电路图4系统测试与分析4.1 Proteus 仿真Proteus下绘制的系统电路仿真图如图4-1所示。LT ,rm 170uH L21 7VVV 170uH R4R24R2EU1A X
9、Aut2 -Feedback U)ut1R5 1.2k - ，：TEmC1,WOuF- - TB!To-R1I110k -.10MQD6QNTR C2315DDpF:.TE：T .DC5V R3D.22TEU2C3.ISDDpAut1C2.-150uF-H C21. IDDuFDRCswcIPKSWEXACTCINVVMC34O63FeedbackR25 1.2k . 图4-1 Proteus仿真电路图经Proteus仿真测试，当输入电压为5V,主升压电路反馈电阻调节为2k 。时，系统空载输出电压为20V,带动50。负载输出电压为19.05V。开关 电源工作正常。4.2实物功能调试实物电路连接
10、图如图4-2所示。图4-2系统实物连接图经实物连接测试，当输入电压为5V,主升压电路反馈电阻调节为2.1k 。时，系统空载输出电压为20V，带动200。负载输出电压为19.47V。开关 电源工作正常。4.3系统性能参数测定（1）RV=200。时本系统的输出特性曲线如图4-3所示。（a）负载-电压特性曲线图3.60C3摭在12001000BOO600400200(b)负载-电流特性曲线图图4-3开关电源各项性能参数曲线图(2)不带负载(RL=8)时可调电阻Rv阻值与输出电压的关系曲线图如(3)规格参数设定当接入负载为40 Q时，输出电压为19.08V，输出误差为(20-19.08)/20 *10
11、0%=4.6%5%,超出工程误差允许。故系统 允许接入的最大负载为40Q。规格参数如表4-1所示。表4-1开关电源规格参数表参数额定值备注输入电压5V大于4.5V，小于所需输出输出电压20V+1V输入为5V，RV=2kQ允许负载=40Q20V-0.5A允许最大输出电流0.5A极限输出电流1.5A理论值，由输出整流管决定4.4设计总结本次设计成功达到了预期目标，设计出可驱动较大负载的 5V-20VDC-DC开关电源，电源输入的范围为4-8V，输出范围为15-20V， 有效负载范围为大于等于40Q，符合设计要求。但是值得注意的是， 本电源在驱动大负载时电压下跌较为明显，同时电源的转换效率较低， 日后当进一步进行改良。通过这次设计，我对开关电源的设计与制作有 了更为深入的了解，同时也学会了电子线路的调试方法和流程。5参考文献1 吴友宇，伍时和.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社，20092 （美）Sanjaya Maniktala著.王志强译.开关电源设计.北京：电子 工业出版社，20103 管小明.基于MC34063的便携式仪器电源电路设计.东华理工大学学 报.2010年第01期4 王松武.电子创新设计与实践.北京：国防工业出版社，2005年5 范忻，肖诗海.电子技术基本理论与技能.北京：国防工业出版社，2010
