DC-DC变换器设计毕业设计

绪论

一.开关电源概述

开关电源（Switch Mode Paver Supply,即SMPS）被誉为高效节能型电源，它代表着稳压电源的主流产品。半个世纪以来，开关电源大致经历了四个阶段。

早期的开关电源全部有分立元件构成，不仅开关频率低，效率高，而且电路复杂，不宜调试。在20世纪70年代研制出的脉宽调制器集成电路，仅对开关电源中的控制电路实现了集成化；80年代问世的单片开关稳压器，从本质上讲仍DC/DC电源变换器。随着各种类型单片开关电源集成电路的问世，AC/DC电源变换器的集成化才变为现实。

稳压电源是各种电子的动力源，被人称为电路的心脏，所有用电设备，包括电子仪器仪表，家用电器。等对供电电压都有一定的要求。至于精密的电子仪器，对供电电压的要求更为严格。所谓的DC——DC直流稳压是指电压或电流的变化小到可允许的程度，并不是绝对的不变。

目前，随着单片开关电源集成电源的应用，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出来强大的生命力，它作为一项颇具发展和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍重视。

尤其是最近两年来，国外一些著名的芯片厂家又竞相推出了一大批单片开关电源集成电路，更为新型开关电源的推广及奠定了良好的基础。单片开关电源具有集成度高、高性价化、最简外围电路，最佳性能等指标，现已成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。

二. 开关电源的技术追求

1.小型化、薄型化、轻量化、高频化——开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感和变压器的尺寸，而且还能抑制干扰，改善系统的动态性能。因此高频化是开关电源的主要发展方向。

2.高可能性——开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光电偶合器及排风扇等器件的寿命决定着电

源的寿命。所以要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。

1.低噪声——开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会增大。采用部分谐振转换技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的有一发展方向。

2. 采用计算机辅助设计与控制——采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引人微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实施检测、记录并自动报警等。

三.DC/DC变换器的应用范围及发展趋势

（1） DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

（2） DC/DC变换器是一种能高效地实现直流到直流功率变换的混合集成功率器件，主要采用了高频功率变换技术，即将直流电压通过功率开关器件变换成高频开关电压，且输入与输出之间完全隔离。该产品主要应用于航空、航天、通信、雷达、以及其他所有采用分布式供电体系的领域。其主要发展方向是：采用多芯片组件技术和新型高导热基板（如AIN金刚石和金属等），进一步提高功率密度（3W/cm3以上）和输出功率（达200W以上），工作频率达1MHZ，效率为90%以上，实现多路智能化混合集成DC/DC变换器组件。

（3）直流-直流变换器（DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。

四.本设计要解决的主要问题、采用的手段和方法

（1）本设计要解决的主要问题是加入输入电压为3V的电源电压，使用 DC/DC 变换器实现输出为±12V和3.6V的电压。

（2）本设计采用的手段和方法是采用核心集成电路MC34063作为控制部分，外围加少量元器件组成DC/DC升压、反转电路。

五.本设计课题的意义、目的以及应达到的要求

（1）本设计课题的意义：使我们了解了DC/DC变换的发展趋势和用途，并掌握了如何利用集成器件实现高效率、小型化、薄型化、轻量化、高频化的开关稳压电源。

（2）本设计的目的：最直接目的是实现直流到直流的开关稳压变换，设计一个简单而又低成本的电源；另外，在于帮助读者了解MC34063新型集成器件，增加电子技术知识，锻炼动手能力，培养和提高创新能力；为电子爱好者增添一技之长提供技术资料；使有一定电子理论基础知识的读者阅读本设计后，理论水平有进一步的提高，激发动手制作的欲望，实现理论与实践的结合。

（3）本设计的应达到的要求：输入加3V直流电压实现输出为±12V、（电流是100mA）和3.6V(电流是500mA)的电压。

第一章 DC/DC变换器的基础知识

1.1 DC/DC变换器的含义、分类、应用范围及优点

1.1.1 DC/DC变换的含义

DC/DC变换即直流斩波，就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压。

1.1.2 DC/DC变换器的分类

变换器有两种类型：线性变换器开关变换器。开关变换器有三种拓扑结构：降压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定的输出电压）；升压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较高的稳定的输出电压）；反激变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定反相输出电压）。

1.1.3 DC/DC变换技术的应用范围

主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合，广泛应用于无轨电车、有轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机车车辆的无级变速以及20世纪 80年代兴起的电动汽车的调速及控制等。

1.1.4 DC变换技术的优点

此技术不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐和提高功率因数的目的。

1.2 DC/DC变换器的基本工作原理及控制方式

1.2.1 DC/DC变换器的工作原理

如图是最基本的直流斩波电路，负载为纯电阻R。当开关S闭合时，负载电压U。=Ud，并持续时间ton;这T=ton+toff为斩波电路的工作周期，斩波器的输出电压波形如图（b）设斩波其的占空比K=ton/T，则由波形图上可得输出电压的平均