基於MC34063的開關電源電路參數計算方法

　　開關電源以其高效率、小型、重量輕的特點被用於幾乎所有的電子設備，是電子信息行業飛速發展中不可缺少的一種電源。而在開關電源的設計中，開關電源晶片外圍電路各參數設計是關係到開關電源穩定可靠工作非常重要的一環。MC34063是一種振蕩頻率可變的電流檢測型DC-DC轉換晶片，按照其規格書對其外圍電路設計，當負載較重時，輸出電壓往往不能穩定在目標電壓值。針對此問題，本文對電路參數的設計方法進行改進，並且通過實驗驗證改進參數的合理性。

　 1.MC34063電路介紹

　　1.1MC34063基本特性

　　MC34063是一單片雙極型線性集成電路，專用於直流-直流變換器控制部分。片內包含有溫度補償帶隙基準源、一個佔空比周期控制振蕩器、驅動器和大電流輸出開關，能輸出1.5A的開關電流。通過不同外圍電路設計，可實現升壓、降壓、電壓反向等功能。其基本特點如下：輸入電壓在6~40V之間；短路電流限制；低靜態電流；輸出開關電流可達1.5A（無外接三極體）；輸出電壓可調；振蕩電容為470pF，當負載較輕時，其工作振蕩頻率從50KHz到55KHz，當負載較重時，其工作頻率可達80KHz。

　　1.2MC34063的工作原理

　　MC34063的內部結構如圖1所示。振蕩器通過恆流源對外接在CT管腳（3腳）上的定時電容不斷地充電和放電以產生振蕩波形。充電和放電電流都是恆定的（當負載恆定時），振蕩頻率僅取決於外接定時電容的容量。在圖1中，與門的一端接在振蕩器輸出端，在振蕩器對外充電達到某個閾值電平時振蕩器輸出翻轉為高電平。與門另一端接在比較器的輸出端，當比較器的反相輸入端低於1.25V時，比較器輸出高電平。當與門的兩輸入端都變成高電平時觸發器被置為高電平，輸出開關管導通，反之當振蕩器的電容在放電期間輸出低電平，觸發器被復位，使得輸出開關管處於關閉狀態。

　

　　圖1MC34063內部結構圖

　　通過檢測連接在VCC（6腳）和7腳之間採樣電阻上的壓降來完成電流限制，當檢測到電阻上的電壓降達到300mV時，電流限制電路將振蕩器的充電過程強制成放電過程，迫使振蕩器的輸出為低電平，使觸發器復位，關閉輸出開關管。

　　2.MC34063降壓電路設計

　　在白色家電中，通常需要將繼電器使用的+12V轉化為數字電路使用的+5V電源。利用MC34063可以實現高效廉價的轉換電路。例如，將+12V轉化+5V、輸出電流為0.5A的電源，其輸出的濾波波動電壓Vop為50mV。現有的計算方法在對電感及輸出端電容的計算上與實際值存在一定差距。本設計通過輸出電容上電壓的變化，利用過渡過程進行分析，並計算出MC34063電路中電感L1以及輸出電容C3兩個關鍵器件的值。

　　根據要求，由12V變為5V，則開關電源的佔空比為：

　　D=5/12=0.42                                                        （1）

　　MC34063通過的最大輸入電流Iimax為：Iimax/D=0.5/0.42=1.19A                            （2）

　　MC34063降壓電路如圖2所示。

　　

　　圖2MC34063降壓電路+12V轉+5V

　　2.1電阻參數的選擇

　　降壓電路中電阻分為輸入端的限流電阻和迴路採樣電阻。降壓電路中限流電阻R1的阻值為：

　　R1=Vipk/Iimax=0.3/1.19=0.252Ω                               （3）

　　故，R1選擇1%精度的0.24Ω的標準電阻值。

　　採樣迴路電阻R2和R3要對輸出迴路分流，為了減少功耗，R2與R3選擇千歐級別電阻，因此選擇R2為3.6kΩ（1%精度），R3為1.2kΩ（1%精度）。

　　2.2電感L1與輸出濾波電容C3的計算

　　本設計的振蕩電容C2採用推薦的470pF電容，這樣，開關電源晶片的最小工作頻率為50kHz。則開通時間Ton與關斷時間Toff分別為：

　　Ton=0.42/50000=8.4uS                          （4）

　　Toff=（1-0.42）/50000=11.6uS                       （5）

　　峰值電流Ipk與最大輸出電流Iomax：

　　Ipk=Vipk/R1=0.3/0.24=1.25A                            （6）

　　Iomax=D*Ipk=0.42*1.25=0.525A                       （7）

　　因濾波波動電壓Vop=50mV，則輸出的變化範圍為5/2Vop，即［4.975V，5.025V］。輸出電容C3最大電壓為5.025V，最小電壓為4.975V，放電的初始狀態為零輸入響應（Toff狀態），則有：

　

　　考慮到鋁電解電容有20%的偏差，則C3=116uF/0.8=145uF，選擇20%精度的標準容值220uF。

　　在Ton狀態，根據能量守恆（L1儲能，電容C3充電，負載消耗電能）有：

　　

　　電容C3的充電電流為：

　

　　C3的充電電流大於輸入峰值電流Iipk，其原因是C3電容容量實際值比計算值大所致。所以，實際C3的充電電流與其濾波波動電壓分別為：

　　

　　為避免達到晶片限制電流，電感的電流IL1按照限制電流的0.8倍來計算，即，IL1=1.25*0.8=1A。這樣，對上式整理並計算，得：L=42.08uH。由於電感有20%的偏差，則L=42.08uH/0.8=52.6uH，選擇20%精度的標準感值68uH。

　　2.3其他器件參數選擇

　　續流二極體V1一般選恢復時間短、正嚮導通電壓小的肖特基二極體，若選擇普通的二極體則會使DC-DC的效率降低5~10%，本設計中選擇IF=1A的1N5817肖特基二極體。

　　3.實驗測試

　

　　對設計的電路進行實驗，開關電源晶片為ST的MC34063，輸出電容取標準值220uF，電感取68uH。限流電阻及採樣電阻均選擇1%精度。對開關電源輸出端分別測試其空載、輕載（0.1A）、重載（0.5A）時+5V的輸出情況及C2電容處的振蕩周期，波形圖如圖3、4、5所示。輸出的波動由濾波波動（紋波）和器件的開關噪聲兩部分組成，其中開關噪聲可通過在輸出電容C3兩端並聯30pF和4.7nF的電容來抑制，在本次測試中由於開關噪聲對結果影響不大，因此未對輸出端的噪聲進行處理。從表1中可知，輸出在三種負載下能較好的穩定在+5V，輸出波動隨著負載的增加而增大，MC34063的工作頻率隨負載增加而升高，體現出其頻率可變這一優勢，三種負載的輸出波動小於5%，能夠滿足開關電源的工作要求。

　　表1不同負載輸出對比

　　

　　4.結論

　　實驗數據表明採用過渡過程計算出的電容電感能夠保證DC-DC輸出精度要求，並且電路運行穩定，輸出波動小，進而驗證了本參數設計的有效性及可行性。

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