基于MC34063的直流穩壓可調電源設計

摘要：直流穩壓電源在各種電子設備應用中具有及其重要的作用，直流電源是否持續平穩，將直接影響著(zhù)電子設備的穩定性、精確性及可靠性。針對目前直流穩壓電源存在的穩定性差、效率低和成本較高的問(wèn)題，設計了一種基于MC34063的直流穩壓可調電源，并進(jìn)行了相關(guān)測試。結果表明所提設計具有穩定連續的調節能力、成本較低且效率較高，為類(lèi)似直流穩壓電源的設計提供了參考。

關(guān)鍵詞：直流;可調;電源;MC34C163

各種電子設備的大量應用給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)的極大便利，但是各種電子設備都必須依賴(lài)穩定的電源。電源是各種電子裝置的工作基礎，其性能直接影響到系統與設備的工作質(zhì)量和效率，在電子電路中通常都需要電壓穩定的直流電源供電，直流穩壓電源是一種性能接近理想電壓源的直流電源。小到袖珍計算器，大到超級計算機，所有的電子設備都必須在穩壓電源的支持下才能正常工作。電子設備對電源的要求就是能夠提供持續穩定、滿(mǎn)足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩定的直流電能。直流可調穩壓電源以其廣泛的應用場(chǎng)合及其簡(jiǎn)單便攜的優(yōu)點(diǎn)得到青睞，如何提高直流穩壓電源的穩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 幾種系統設計方案的比較

針對某實(shí)驗室場(chǎng)合的需求，穩壓電源系統設計要求為：輸入電壓為6～9V;輸出電壓在9～17V內連續可調：最大輸出電流為1A;電壓調整率小于1%;波紋電壓小于0.5%。

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

方案2：采用單片集成穩壓芯片LM2576設計。單片集成電路LM2576提供了降壓開(kāi)關(guān)穩壓器的基本功能?？稍?.23～37 V的范圍內連續可調輸出，最大輸出電流1A。LM2576內部集成了部頻率補償和固定頻率振蕩器，外圍電路設計簡(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、反向恢復時(shí)間短的肖特基二極管;要求有高的通流量和對應的電感值;需要等效串連電阻低的電容防止器件損壞，提高環(huán)路的穩定性。

方案3：采用開(kāi)關(guān)型集成穩壓芯片MC34063設計。MC34063是一單片開(kāi)關(guān)型集成穩壓電路，專(zhuān)用于DC/DC變換器控制部分，電路簡(jiǎn)單且效率較高能滿(mǎn)足一般要求。器件具有溫度自動(dòng)補償功能的基準電壓發(fā)生器，靜態(tài)電流低，對短路電流能進(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，⑧驅動(dòng)管集電極。

采用MC34063設計直流可調穩壓電源具有成本低、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 應用電路分析

斬波型開(kāi)關(guān)穩壓電源按其拓撲結構通?？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。

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

在鑒于直流可調穩壓電源輸出電壓范圍較廣，輸出電壓值較高，該直流可調穩壓電源采用升壓電路設計以滿(mǎn)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)穩壓芯片典型升壓應用電路。應用電路輸出電壓固定為15 V，為滿(mǎn)足設計要求需要在此電路的基礎上進(jìn)行電路的修改與完善，通過(guò)對電路的分析得到以下結論：

1)其輸出電壓值是通過(guò)改變R4和R5電阻值來(lái)調整的，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 系統硬件電路設計

鑒于以上分析，對圖3進(jìn)行電路設計和完善，開(kāi)關(guān)SW2調控輸入電壓，保證輸入一個(gè)持續穩定的一個(gè)直流電壓，二極管1N4007整流，電解電容C3、C4實(shí)現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)調整輸出電壓值，電阻R3用來(lái)限制最大的輸出電流值，系統硬件電路如圖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，當電網(wǎng)的電壓或負載以及溫度發(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)的直流電壓并不穩定。

穩壓電路：穩壓電路是利用能夠自動(dòng)調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、溫度或負載的變化而變化，從而達到穩定輸出電壓的目的。一般穩壓電路分為并聯(lián)型、串聯(lián)型線(xiàn)性穩壓電路和開(kāi)關(guān)型穩壓電路等。本次所用的為固定集成穩壓器，該穩壓器本身不能產(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，在輸出電壓連續可調的過(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 系統軟件設計

程序設計主要包括了A/D及D/A轉換模塊、誤差處理模塊等。為了提高精度，針對外接負載變化引起的輸出電壓偏移現象，通過(guò)偏移反饋予以消除。通過(guò)改變數字電位計阻值來(lái)調整輸出電壓，滿(mǎn)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)調節輸出電壓在很大程度上的節約了系統硬件資源，可以達到很高的精度。

5 結果測試及分析

將直流穩壓可調電源裝置接到6 V到9 V的直流電源上，通過(guò)調節電位器來(lái)改變輸出電壓，觀(guān)察負載LED指示燈的明暗亮度，通過(guò)測量電壓表驗證輸出的電壓范圍是否在設定的范圍內，表1為直流穩壓可調電源裝置在輸入電壓為6 V，負載為10 Ω時(shí)的測試數據。

從測量數據來(lái)看，所提出的直流穩壓可調電源實(shí)現了設計設計的要求，輸出電壓可在9～17 V之間連續調節，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 結束語(yǔ)

設計的過(guò)程中考慮到了用電過(guò)程中交直流轉換情況和電壓大小情況，根據具體情況實(shí)現了相應的功能。在完備可靠的硬件資源的基礎上，充分利用MC34063的可調節三端正電穩壓以及高精度功能;設計系統同時(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)驗測量，表明可調式直流穩壓電源具有工作穩定、精度高、可控性、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢，解決了小型電子設備的直流用電需求。