辉光管升压电路 DC/DC 升压电路 新

标签:升压 高压 辉光管 电磁炮 轨道炮 负反馈 MC34063 电源

Zhongmin_Zhu 发布于 2017-03-07 07:05

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Abstract

这篇文章将会针对 MC34063 进行设计教程以及实验操作规划。

这边文章隶属于母分类 “Nixie Audio Spectrum Visualizer (辉光管音频频谱仪)”

这篇文章将进行广义上的升压电源设计讲解,如需要辉光管用升压电路制作教程,请直接跳过所有的步骤,在本文最后获取元件列表和原理图/布局图。

 

应用范围:

爱好者项目升压,线圈电磁炮,轨道电磁炮,辉光管驱动电源,电容组充电等。

 

本篇文章演示任务:

完成DC/DC 9-12V 升压 150-210V电路设计以及效率测试。

 

选件介绍:

MC34063 是在爱好者领域广为使用的一个负反馈DC/DC升压芯片,其和MAX1771有着同样的应用范围。MC34063的主要优势在于外部电路简单,可控性高,成本较低等。


系统概览:

MC34063 DC/DC Boost升压电路包括以下原件(基本):

·        MC34063升压芯片

·        时钟电容

·        限流电阻(可选)

·        有源/无源滤波电容

·        电感

·        Power

·        主动Pull-down用三极管

·        快恢复二极管

·        外部反馈用分压电阻


系统工作原理:

MC34063通过调节MosFet占空比的方式进行升压,升压工作由外部电感完成,而后经过快恢复二极管以及滤波电容完成整流工作。MC34063有一个反馈(Feedback)引脚用于输入反馈电压(即通过外部分压电阻在升压输出上节选的一部分电压),该引脚的正常工作电压为1.25V,当电压低于1.25V时,MosFet占空比升高,提高电压,反之亦然,故该系统为一个标准的负反馈系统。

 

其它:

MC34063支持外部MosFet驱动,由于我们要达到的升压功率较大,所以一定要使用外电路MosFet进行升压,为了提高电源效率,我在外电路MosFet前添加了一个三极管用来进行主动拉低(Active Pull-DownMosFet的源极电压。

 

Step 1: 设计操作步骤-1

Capture3.PNG

设计操作步骤-1 (只需要辉光管的模块设计请跳过设计操作步骤,直接到文末获取设计图纸以及选件列表)


根据应用场景选择输出/输出电压以及升压比。

 

作为辉光管驱动电路,这一次升压的输出电压应为 150-210V,输入电压暂定为12V

Step 2: 设计操作步骤-2

根据升压参数选择合适的外部原件。

 

输出电压和输入电压将决定输入与输出滤波电容的部分参数。

 

输出电压越大,需要用来提供负反馈电压的分压电阻阻值需要越大,以减小消耗在其上的无用功率。

 

输出电压和功率决定了PowerFet 和 快恢复二极管的参数。

 

以上所有部分的参数都应该至少留出20-30%的空间以便应对特殊情况,瞬间电流,以及提高电路稳定性。

Step 3: 设计操作步骤-3

image003.jpg image005.jpg

根据步骤2选择的外部元件参数购买测试用的元件,参数有浮动范围的可以选取多种元件购买,同时,主要工作元件也应该购买不同参数/厂家的以进行测试。


这次实验我选择了10余中不同参数的电感与20余种电容进行测试。

Step 4: 设计操作步骤-4

image007.jpg

搭建基础电路(固定元件)


如MC34063,分压电阻,电源指示灯,接线端子,Pull-Down用三极管限流电阻等等。


在这里我们还需要确定用来提供反馈输入的分压电阻阻值,可以通过电阻分压公式进行简单计算获得,假设输出电压为我们需要的电压的情况下,在第二个电阻上的分压应为1.25V。


参考阻值:在输出为180V的情况下,两个电阻可以采用 475k 和 3.32k 的阻值。其中 3.32k 的电阻上的分压刚好应为1.25V。

Step 5: 设计操作步骤-5

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设计实验方案并制作Excel Log记录表格。


对此,我分别建立了元件选用表以及效率记录表,附图以供参考:

Step 6: 设计操作步骤-6

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进行测试工作,并填写实验数据。

 

电源工作效率公式:Efficiency=输出功率/输入功率


如何测试电源工作效率:

通过稳压电源给升压模块供电,稳压电源上的电压与电流相乘可以计算出输入功率。

输出功率有两种测量方法,在有条件的情况下,使用电子负载进行功率测量,无条件情况下可以使用功率电阻自制负载,并使用两块万用表*同时*测量负载上的电压与通过负载的电流。自制负载如图,两个开关用来提供四种不同的功率大小。

Step 7: 设计操作步骤-7

选择最终方案


在试验列表里选择效率,稳定性最优的组合,并将其作为电源设计的外围元件选择方案。

140V 升压系统的解决方案已经给出,之后有BOM清单和原理图以及PCB Layout。

Step 8: 最终BOM元件清单

  1. R5,R6,R7,R8               1206  0.5ohm  resistor
  2. C17                            220uF   35V   +
  3. C16                            2200pF   50V
  4. D3                             1N914
  5. R9                             1206  1k ohm  resistor
  6. Q1                             MPSA55
  7. Q2                             IRF740
  8. D5                             BAV21
  9. R10                           475k Ohm
  10. R11                           3.3k Ohm for Nixie Audio Spectrum Visualizer -140V  /  others depend on specific application.
  11. U3                             MC34063SMD
  12. C29                           4.7uF   250V   +
  13. L1                             CLF12577NIT-221M-D   220uH   Inductor

Step 9: Autodesk Eagle Shcmatic 原理图

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添加了用于外部控制升压模块工作开关的SIG信号,在6pin那里使用跳线帽连接VIN和SIG即为默认常开启。

如不需要外部控制,直接删除Q3,并将AGND与GND合并即可。

Step 10: Autodesk Eagle PCB Layout 布局

Capture3.PNG Capture2.PNG
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高压输出强烈建议使用顶部四针输出。

其它接口参数见原理图部分

PCB正反两面铺铜讯号AGND,使用eagle打开布局文件点击Ratsnest即可完成铺铜。

Step 11: General Geber File 用于PCB加工文件

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Step 12: Components' Data Sheets

Step 13: 赞助与支持

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本人17岁大一学生一枚,平时项目经费有限,希望大家能够支持,非常感谢!

支付宝:zhusf2008@sina.com
 
飞鱼BH1JSS2017-03-09 17:03:47
项目还在更新中?

看上去技术含量很高,我还没想到用在哪,哈哈。
Zhongmin_Zhu2017-03-13 09:32:15
在更新哈,这个是一个大项目的子版块,总体项目也会陆续上传的
动力老男孩2017-03-07 20:44:41
哈哈,我注意到了轨道炮
云泥坊2017-03-13 16:16:59
由于“chuangkoo.com”不支持文档以外格式文件上传,需要此文件请给我发送邮件:J@matadata.cc。什么意思啊
Zhongmin_Zhu2017-03-14 03:47:07
回复 云泥坊 : chuangkoo.com 不能上传PCB布局文件,原理图文件,压缩包,以及Gerber加工文件。
Zhongmin_Zhu2017-03-14 09:23:46
轨道炮的话这个可以用,但是最好再加上防过冲和防过载。
动力老男孩2017-03-14 14:43:14
回复 Zhongmin_Zhu : 我设置了白名单,这几种文件的扩展名一般都有哪些?可以给我发一下。但是压缩包暂时不能上传,主要是完全放开的话,可能会被上传病毒文件
Zhongmin_Zhu2017-03-15 00:45:11
回复 动力老男孩 : ok,*.brd, *.sch, *.ger, *.xln, 感谢
动力老男孩2017-03-15 15:47:00
回复 Zhongmin_Zhu : 更新了代码,下次有空可以试试看能不能上传
Zhongmin_Zhu2017-03-16 09:03:40
回复 动力老男孩 : 好的,谢啦

作者

Zhongmin_Zhu

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