MC34063芯片原理与应用技巧.docx
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MC34063芯片原理与应用技巧
34063由于价格便宜，开关峰值电流达1.5A，电路简单且效率满足一般要求，所以得到广泛使用。
1.MC34063DC/DC变换器控制电路简介：
MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。
片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。
它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
特点：
*能在3.0-40V的输入电压下工作
*短路电流限制
*低静态电流
*输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）
*输出电压可调
*工作振荡频率从100HZ到100KHZ
2.MC34063引脚图及原理框图
3MC34063应用电路图：
3.1MC34063大电流降压变换器电路
3.2MC34063大电流升压变换器电路
3.3MC34063反向变换器电路
3.4MC34063降压变换器电路
3.5MC34063升压变换器电路
MC34063电路原理
振荡器通过恒流源对外接在CT管脚（3脚）上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。
充电和放电电流都是恒定的，振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。
与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平。
当C和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通;反之当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。
电流限制通过检测连接在VCC（即6脚）和7脚之间采样电阻（Rsc）上的压降来完成，当检测到电阻上的电压降接近超过300mV时，电流限制电路开始工作，这时通过CT管脚（3脚）对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是使得输出开关管的关闭时间延长。
线性稳压电源效率低，所以通常不适合于大电流或输入、输出电压相差大的情况。
开关电源的效率相对较高，而且效率不随输入电压的升高而降低，电源通常不需要大散热器，体积较小，因此在很多应用场合成为必然之选。
开关电源按转换方式可分为斩波型、变换器型和电荷泵式，按开关方式可分为软开关和硬开关。
斩波型开关电源
斩波型开关电源按其拓扑结构通常可以分为3种：
降压型（Buck）、升压型（Boost）、升降压型（Buck-boost）。
降压型开关电源电路通常如图1所示。
图1中，T为开关管，L1为储能电感，C1为滤波电容，D1为续流二极管。
当开关管导通时，电感被充磁，电感中的电流线性增加，电能转换为磁能存储在电感中。
设电感的初始电流为iL0，则流过电感的电流与时间t的关系为：
iLt=iL1+（Vi-Vo-Vs）t/L，Vs为T的导通电压。
当T关断时，L1通过D1续流，从而电感的电流线性减小，设电感的初始电流为iL1，则则流过电感的电流与时间t的关系：
iLt="iL1-"（Vo+Vf）t/L，Vf为D1的正向饱和电压。
图1降压型开关电源基本电路
34063的特殊应用
●扩展输出电流的应用
DC/DC转换器34063开关管允许的峰值电流为1.5A，超过这个值可能会造成34063永久损坏。
由于通过开关管的电流为梯形波，所以输出的平均电流和峰值电流间存在一个差值。
如果使用较大的电感，这个差值就会比较小，这样输出的平均电流就可以做得比较大。
例如，输入电压为9V，输出电压为3.3V，采用220μH的电感，输出平均电流达到900mA，峰值电流为1200mA。
单纯依赖34063内部的开关管实现比900mA更高的输出电流不是不可以做到，但可靠性会受影响。
要想达到更大的输出电流，必须借助外加开关管。
图2和图3是外接开关管降压电路和升压电路。
升压型达林顿及非达林顿接法
图2
降压型达林顿及非达林顿接法
图3
采用非达林顿接法，外接三极管可以达到饱和，当达到深度饱和时，由于基区存储了相当的电荷，所以三极管关断的延时就比较长，这就延长了开关导通时间，影响开关频率。
达林顿接法虽然不会饱和，但开关导通时压降较大，所以效率也会降低。
可以采用抗饱和驱动技术，图4所示，此驱动电路可以将Q1的Vce保持在0.7V以上，使其导通在弱饱和状态。
图4抗饱和驱动电路
利用一片34063就可以产生三路电压输出，如图5所示。
图5输出3路电压的34063电路
+VO的输出电压峰值可达2倍V_IN，-VO的输出电压可达-V_IN。
需要注意的是，3路的峰值电路不能超过1.5A，同时两路附加电源的输出功率和必须小于V_IN·I·（1-D），其中I为主输出的电流，D为占空比。
在此两路输出电流不大的情况下，此电路可以很好地降低实现升压和负压电源的成本。
●具有关断功能的34063电路
34063本身不具有关断功能，但可以利用它的过流饱和功能，增加几个器件就可以实现关断功能，同时还可以实现延时启动。
图6是具有关断功能的34063电路，R4取510Ω，R6取3.9kΩ。
当控制端加一个高电平，则34063的输出就变成0V，同时不影响它的过流保护功能的正常工作。
将此电路稍加改动，就可以得到具有延时启动功能的34063电路，如图7所示。
取C11为1μF，R10为510Ω，就可以达到200～500ms的启动延时（延时时间和输入电压有关）。
这个电路的缺点就是当峰值电流过流时无法起到保护作用，只能对平均电流过流起保护作用。
●恒流恒压充电电路
恒压恒流充电电路如图8所示，可用于给蓄电池进行充电，先以500mA电流恒流充电，充到13.8V后变为恒压充电，充电电流逐渐减小。
34063的局限性
由34063构成的开关电源虽然价格便宜、应用广泛，但它的局限性也是显而易见的。
主要有以下几点：
（1）效率偏低。
对于降压应用，效率一般只有70%左右，输出电压低时效率更低。
这就使它不能用在某些对功耗要求严格的场合，比如USB提供电源的应用。
（2）占空比范围偏小，约在15%～80%，这就限制了它的动态范围，某些输入电压变化较大的应用场合则不适用。
（3）由于采用开环误差放大，所以占空比不能锁定，这给电路参数的选择带来麻烦，电感量和电容量不得不数倍于理论计算值，才能达到预期的效果。
虽然34063有许多缺点，但对产品利润空间十分有限的制造商来说，它还是设计开关电源的很好选择。
具有关断功能的34063电路
图6
具有延时启动功能的34063电路
图7
恒压恒流充电电路
图8
器件选择要点
（1）只如果外接开关管，最好选择开关三极管或功率MOS管，注意耐压和功耗。
（2）如果开关频率很高，电感可选用多线并绕的，以降低趋肤效应的影响。
（3）续流二极管一般选恢复时间短、正向导通电压小的肖特基二极管，但要注意耐压。
如果输出电压很小（零点几伏），就必须使用MOS管续流。
输出滤波电容一般使用高频电容，可减小输出纹波同时降低电容的温升。
在取样电路的上臂电阻并一个0.1～1μf电容，可以改善瞬态响应。
PCB布局和布线的要点
开关导通和关断都存在一个电流环路，这两个环路都是高频、大电流的环路，所以在布局和布线时都要将此二环路面积设计得最小。
用于反馈的取样电压要从输出电容上引出，并注意芯片或开关管的散热。
典型应用：
图二是进行降压式的DC-DC转换应用。
其输出电压值可通过改变R4、R5电阻值来进行调整，其输出电压符合以下公式：
Vout=（1+R4/R5）*1.25V电路中限流电阻取值为0.15Ω,因此输入电流被限流在0.3V/0.15Ω=2A。
改变限流电阻即可改变限流值。
（注：
下同）
图三是进行升压式的DC-DC转换应用。
其输出电压值也是通过改变R4、R5电阻值来进行调整，其输出电压符合以下公式：
Vout=（1+R4/R5）*1.25V
图四是反转式的DC-DC转换应用。
其输出电压值也是通过改变R2、R3电阻值来进行调整，其输出电压符合以下公式：
Vout=（1+R3/R2）*1.25V
电路中限流电阻取值为0.3Ω,因此输入电流被限流在0.3V/0.3Ω=1A。
电路中限流电阻取值为0.3Ω,因此输入电流被限流在0.3V/0.3Ω=1A。
MC34063接成标准的DC—DC电路
1：
极性反转。
2：
升压。
3：
降压。
三种典型电路时，外围元件参数的自动计算
使用方法：
只要在左中部框中输入你想要的参数，然后点击“进行计算并且刷新电路图”按钮，它就可以自动给所有相关的外围元件参数和相对应的标准电路图纸，使设计DC—DC电路实现智能化高效化。
关于警告：
如果您输入的参数超过了34063的极限，它会自动弹出警告窗口提醒您更改它们。
特殊输入：
要设计极性反转电路请在输入或输出电压数字的前面加上负号，比如－5V。
这是一种用于DC－DC电源变换的集成电路，应用比较广泛，通用廉价易购。
极性反转效率最高６５％，升压效率最高９０％，降压效率最高８０％，变换效率和工作频率滤波电容等成正比。
另外，输出功率达不到要求的时候，比如＞250～300MA时，可以通过外接扩功率管的方法扩大电流，双极型或MOS型 扩流管均可，计算公式和其他参数及其含义详见最下部详细介绍即可。
输入电压
5
V
输出电压
9
V
输出电流
150
mA
输出电压波纹系数
mV（pp）
工作频率
kHz
外围元件标称含义和它们取值的计算公式：
Vout（输出电压）＝1.25V（１＋R2／R1）
Ct（定时电容）：
决定内部工作频率。
Ct=0.000004*Ton（工作频率）
Ipk=2*Iomax*T/toff
Rsc（限流电阻）：
决定输出电流。
Rsc＝0.33／Ipk
Lmin（电感）：
Lmin＝（Vimin－Vces）*Ton/Ipk
Co（滤波电容）：
决定输出电压波纹系数，Co＝Io*ton/Vp-p（波纹系数）
固定值参数：
Vces=1.0V ton/toff=（Vo+Vf－Vimin）/（Vimin－Vces） Vimin:
输入电压不稳定时的最小值
Vf=1.2V快速开关二极管正向压降
其他手册参数：
参数名称
符号
单位
MC34063（美国Motorola公司）
ＣＷ34063（国产）
MC33063Motorola公司
输入电压
Vin
V
2.5～40V
2.5～40V
2.5～40V
输出电压
Vout
V
1.25～40V
1.25～40V
1.25～40V
最大输出电流
Iomax
A
1.5A
1.5A
1.8A
最高工作频率
f
kHz
0.1～100KHZ
0.1～100KHZ
0.1～100KHZ
功率
P
W
1.25W
1.25W
0.9W
工作温度
Ta
度
0～70度
0～70度
-40～80度
在实际应用中的注意：
1：
快速开关二极管可以选用IN4148，在要求高效率的场合必须使用IN5819！
2：
34063能承受的电压，即输入输出电压绝对值之和不能超过40V，否则不能安全稳定的工作。
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