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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- MC34063 芯片 原理 应用 技巧
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