稳压电源的设计
嵌入式电源设计
组长:刘伟 2010137107
组员:徐加鹏 2010156132
刘思阳 2010110205
摘要:经过一学期的嵌入式硬件系统分析与设计的学习,我们知道了一个较好的嵌入式系统稳压电源具有重要的意义,而运用所学的知识,可以培养和提高我们分析、解决实际电路问题的能力,这是一种综合性训练。所以本文主要尝试设计了几种有关电源设计的方法。本次设计中要求多路输出电源,所以经综合考虑,决定利用LM2596和MC34063分别实现稳压电压的设计。此次设计实验要求我们了解稳压电源的基本组成及工作原理,按要求完成直流稳压电源的设计与制作。画出电路原理图,进行理论计算,最后画出PCB。
关键字:变换器、LM2596、MC34063、稳压、PCB
目录
第一章、设计要求 ···························································································································· 2
第二章、设计方案 ···························································································································· 2
2.1.芯片选择: ·································································································································· 2
2.2.芯片性能简介: ·························································································································· 2
2.3. 整体电路分析: ························································································································ 5
2.3.1 3.3V/2A设计电路 ··············································································································· 5
2.3.2 5.5V/1A电源设计 ··············································································································· 6
2.3.3 15V/0.25A 设计电路: ······································································································ 7
2.3.4 -15V/0.25A 设计电路: ·································································································· 8
2.4 PCB ················································································································································ 9
第三章、总结: ······························································································································ 10
第一章、设计要求
基本要求:要求输入DC 24V/2A ,分别输出 +5V/1A、+3.3V/2A、±15V/0.25A的电源, 电路板高度≤4cm,且转换效率η≥70%,成本越低越好。
第二章、设计方案
利用四块芯片分别实现不同电源,示例图如下:
2.1.芯片选择:
考虑到输出电流与电压,选用LM2596与MC34063芯片作为降压变换器,LM2596最大输出电流为3A,可做+3.3V的电源输出。MC34063最大输出电流为
1.5A,可作为+5V和±15V电源输出。
2.2.芯片性能简介:
MC34063集成电路芯片器件简介:该器件本身包含了DC/DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器,R—S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心,由它构成的DC/DC变换器仅用少量的外部元器件。
MC34063集成电路主要特性:
输入电压范围:2.5~40V;
输出电压可调范围:1.25-40V ;
输出电流可达:1.5A;
工作频率:最高可达100kHz;
低静态电流;
短路电流限制;
可实现升压或降压电源变换器。
MC34063内部框图:
MC34063封装图
1脚:开关管T1集电极引出端;
2脚:开关管T1发射极引出端;
3脚:定时电容ct接线端;调节ct可使工作频率在100—100kHz范围内变化; 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;使用时应外接两个精度不低于1%的精密电阻;
6脚:电源端;
7脚:负载峰值电流(Ipk)取样端;6,7脚之间电压超过300mV时,芯片将启动内部过流保护功能;
8脚:驱动管T2集电极引出端。
LM2596集成电路的主要特性如下:
LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路,能够输出 3A的驱动电流,同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有 3.3V、5V、12V,可调版本可以输出小于 37V的各种电压。
该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器,开关频率为 150KHz,与低频开关调节器相比较,可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需 4个外接元件,可以使用通用的标准电感,这更优化了 LM2596的使用,极大地简化了开关电源电路的设计。
其封装形式包括标准的 5脚 TO-220封装(DIP)和 5脚 TO-263表贴封装(SMD)。
该器件还有其他一些特点:在特定的输入电压和输出负载的条件下,输出电压的误差可以保证在±4%的范围内,振荡频率误差在±15%的范围内;可以用仅 80μA的待机电流,实现外部断电;具有自我保护电路(一个两级降频限流
保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路)
调输出电压范围1.23 V—37V; 保证3.0A输出负载电流;
可宽输入电压范围高达40 V;
150 kHz固定频率的内部振荡器;
TTL关断能力;
低功耗待机模式,典型值80mA;
热停机和电流限制保护;
内部回路补偿。
LM2596内部结构图
LM2596封装图
2.3. 整体电路分析:
2.3.1 3.3V/2A设计电路
CIN=100μF/50V COUT----330μF/25V D1----5A/40V IN5822 L1---330μH 上图为3.3V固定输出电路原理图;添加指示灯后,最终电路如下:
2.3. 整体电路分析:
2.3.1 3.3V/2A设计电路
CIN=100μF/50V COUT----330μF/25V D1----5A/40V IN5822 L1---330μH
上图为3.3V固定输出电路原理图;添加指示灯后,最终电路如下:
2.3.2 5.5V/1A电源设计
MC34063的工作原理如下:
1.比较器的反相输入端(脚5)通过外接分压电阻R1、R2*输出电压 。其中,输出电压U。=1.25(1+ R2/R1)由公式可知输出电压 。仅与R1、R2数值有关,因1.25V为基准电压,恒定不变。若R1、R2阻值稳定,U。亦稳定。
2.脚5电压与内部基准电压1.25V同时送人内部比较器进行电压比较。当脚5的电压值低于内部基准电压(1.25V)时,比较器输出为跳变电压,开启R—S触发器的S脚控制门,R—S触发器在内部振荡器的驱动下,Q端为“1”状态(高电平),驱动管T2导通,开关管T1亦导通,使输入电压Ui向输出滤波器电容Co充电以提高U。,达到自动控制U。稳定的作用。
3.当脚5的电压值高于内部基准电压(1.25V)时,R—S触发器的S脚控制门被封锁,Q端为“0”状态(低电平),T2截止,T1亦截止。
4. 振荡器的Ipk 输入(脚7)用于*开关管T1的峰值电流,以控制振荡器的脉冲输出到R—S触发器的Q端。
5. 脚3外接振荡器所需要的定时电容Co电容值的大小决定振荡器频率的高低,亦决定开关管T1的通断时间。
经过设计MC34063降压电路原理图如下:
各器件的值的计算:
1.外部电阻:
,其中VRET =1.25V;
, 由于Vout=5V,为了确保输出稳定, R1选用标称阻值为 1.2KΩ,
精度为 1%的电阻。经计算R2 =3.6KΩ。
2.定时电容:电容Ct决定了内部工作频率,在此选择Ct=26pf。
3.取样电阻:Rsc决定了输出电流大小。Rse=0.33/1Ω=0.33Ω。
4.电感选择:选择L=43μH。
5.滤波电容Co:选择Co=100μf。
最终电路图如下:
2.3.3 15V/0.25A 设计电路:
各器件的数值大小经计算如下:R1=1KΩ,R2=11kΩ,Rse=0.6,Ct=26pf,Co=130μf,L=105μH。最终电路如下:
2.3.4 -15V/0.25A 设计电路: 由MC34063构成的反压电路原理图如下:
据此原理图最终电路如下:
2.4 PCB
第三章、总结:
经过对稳压电源的设计我们团体收获良多,我们从开始收集资料到现在开始写总结,这其中确实不是一件很容易就可实现的事情。我们也知道了这其中的智慧与结晶。在设计过程中,我们学会了集成芯片的工作原理并能够熟练运用这种芯片。 在老师没出这课题之前,我们对电源设计几乎没有一点概念,所以在老师说要我们要设计一个电源时,我们感觉这太难了。 一拿到课题,我们就开始查资料,询问懂这方面的同学,基本对老师的课题了解了大概,确定了方案,选定几款适用的芯片,对它们的参数、典型电路做了大概的了解。
到真正设计的时候,我们发现了一大难题,就是对原理图
及对PCB的绘制,因为以前没有学过这软件,于是我们进行分工,确定一下谁写报告谁画PCB。PCB是一大难点,我们从头开始学,从图书馆借了一本画PCB的书,遇到不懂的就咨询一下会画的人,终于在我们的努力下吧PCB搞定了。
通过对电源的设计,我们对直流降压电路有了基本的了解,对电源设计也不像以前那样陌生了,收获颇多。