朱小瑜+李津

摘 要： 電源是電子系統(tǒng)中重要的組成部分，電源的穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和使用壽命。嵌入式系統(tǒng)中的核心電壓多為+5 V，而使用環(huán)境往往不能隨時(shí)提供+5 V電壓。為了使嵌入式系統(tǒng)具有更廣泛的適應(yīng)性，在此根據(jù)MC34063A芯片的原理，介紹了一種依據(jù)此芯片進(jìn)行的降壓型寬電壓輸入電源電路的設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算電路外圍器件的參數(shù)，完成具體電路的設(shè)計(jì)；最后對(duì)系統(tǒng)的幾個(gè)重要性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了該寬電源輸入電路具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)用性。相對(duì)于其他方式的寬電壓，該設(shè)計(jì)具有更廣范的適應(yīng)性以及精確性。

關(guān)鍵詞： MC34063A； 寬電壓輸入； 降壓型電路； 嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）04?0142?03

Application of switching power chip MC34063A in embedded wide voltage input devices

ZHU Xiao?yu， LI Jin

（College of Sciences， Henan Institute of Engineering， Zhengzhou 451191， China）

Abstract： Power supply is an important component of electronic system. The stability of the power supply affects the performance and service life of the whole system directly. The core voltage of embedded systems is usually + 5 V. In order to make sure the system have a wider adaptability， the step?down wide voltage input circuit designed according to the principle of the switching power chip MC34063A is introduced. The circuit design was completed by parameter calculation of its peripheral devices. The several important performance indexes of the system were tested. The good stability and practicability of the wide voltage input circuit were verified by the tested results. Compared with other wide voltage modes， this design has a wider adaptability and accuracy.

Keywords： MC34063A； wide voltage input； step?down circuit； embedded system

0 引 言

嵌入式的檢測(cè)設(shè)備核心電壓多為+3.3 V或+5 V，其往往被帶到各種環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)工作，而每一種環(huán)境能夠提供的電壓標(biāo)準(zhǔn)常常不一致。雖然每一個(gè)器件都有其工作電壓上限和下限，但在非正常電壓下工作，器件極易損壞，從而造成整個(gè)設(shè)備的故障。一個(gè)在各種電壓標(biāo)準(zhǔn)下都能夠正常工作的寬電源電路設(shè)計(jì)就顯得很有必要。MC34063A能夠在很寬的電壓范圍內(nèi)正常工作，保持輸出穩(wěn)定可靠。

1 MC34063A芯片介紹

MC34063A是一種單片雙極型線性集成電路，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓和降壓效果，專用于直流-直流變換器控制部分，片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源、一個(gè)占空比周期控制振蕩器驅(qū)動(dòng)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)，能輸出1.5 A的開(kāi)關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。

具有以下特點(diǎn)：

（1） 能在3～40 V的輸入電壓下工作；

（2） 帶有短路電流限制功能；

（3） 低靜態(tài)工作電流；

（4） 輸出開(kāi)關(guān)電流可達(dá)1.5 A（無(wú)外接三極管）；

（5） 輸出電壓可調(diào)；

（6） 工作振蕩頻率從100 Hz～100 kHz；

（7） 可構(gòu)成升壓降壓或反向電源變換器。

管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 MC34063A的降壓型寬電壓輸入應(yīng)用電路

一個(gè)比較精確地嵌入式硬件電路應(yīng)該對(duì)模塊進(jìn)行焊接、調(diào)試，避免遇到問(wèn)題時(shí)無(wú)從下手檢查。由于系統(tǒng)中每個(gè)電路模塊都需要接入輸入電源，如果電源輸入不當(dāng)，則會(huì)使輸出結(jié)果不當(dāng)甚至燒壞系統(tǒng)。因此電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)如下文所示。

圖1 MC34063A管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.1 電路原路圖

如圖2所示，是采用MC34063A芯片構(gòu)成的降壓型寬電壓輸入電路。

圖2 降壓型寬電壓輸入電路

Vin可以在7～40 V的范圍內(nèi)變化，而Vcc保持不變。其原理是當(dāng)芯片內(nèi)部開(kāi)關(guān)管T1導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)MC34063A的1腳、2腳給電感L4、定時(shí)電容C4以及負(fù)載供電，同時(shí)電感L4存儲(chǔ)能量；當(dāng)T1斷開(kāi)時(shí)，續(xù)流二極管D2導(dǎo)通，此時(shí)由電感L4繼續(xù)給電容C4和負(fù)載供電。由于電源間歇供電，所以輸出電壓低于電源電壓。這樣只要芯片的工作頻率相對(duì)負(fù)載的時(shí)間常數(shù)足夠高，負(fù)載上便可獲得連續(xù)直流電壓[1]。

2.2 電阻參數(shù)計(jì)算

根據(jù)芯片手冊(cè)可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是輸出電壓與輸入電壓Vin沒(méi)有直接關(guān)系（Vin>VCC），只需要選好R1和R2的參數(shù)即可保證在輸入變化的情況下輸出保持穩(wěn)定不變。

通過(guò)計(jì)算和實(shí)際比較，R1選用[103]kΩ（即3個(gè)10 kΩ并聯(lián)），R2選用10 kΩ。這樣：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10為限流電阻，當(dāng)電流值超過(guò)1 A時(shí)起作用，通常選取0.33 Ω。

2.3 電容電感的選取

電感L4是存儲(chǔ)電能的作用，其計(jì)算公式為：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin為輸入電壓的最小值；Ton為導(dǎo)通時(shí)間；Ipk為輸出電流。

電容C4=0.000 4Ton，Ton為開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間[2]。通常選取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 輸出特性性能分析

寬電源的輸出特性主要技術(shù)指標(biāo)有：誤差分析、穩(wěn)定性分析、溫度影響量分析。本小節(jié)測(cè)試所使用的測(cè)量?jī)x器為HP34401臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表[3]。

3.1 誤差分析

寬電壓輸入設(shè)備的基本要求就是輸入電壓可以在一定范圍內(nèi)變化而輸出保持基本不變，誤差要達(dá)到要求。經(jīng)過(guò)測(cè)量，本設(shè)計(jì)的輸出電壓如表1所示。

表1 25℃室溫下輸出與輸入測(cè)量值 V

由表1可以計(jì)算出最大相對(duì)誤差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]為最大絕對(duì)誤差；A為理論輸出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

綜合，最大相對(duì)誤差為0.4 %，達(dá)到嵌入式系統(tǒng)對(duì)輸入電壓的要求范圍。

3.2 穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性主要是指給定一個(gè)穩(wěn)定的輸入量，在任何時(shí)間下輸出都保持穩(wěn)定的狀態(tài)。本部分測(cè)試所給定的輸入電壓為9 V，每間隔15 min對(duì)輸出進(jìn)行一次測(cè)量[4]。測(cè)得的數(shù)據(jù)如表2所示（室溫25 ℃）。

表2 穩(wěn)定性測(cè)量

穩(wěn)定性的計(jì)算公式為：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測(cè)量次數(shù)；X為理論值；X′為測(cè)量平均值；

根據(jù)上式代入數(shù)值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

穩(wěn)定度較好，達(dá)到嵌入式系統(tǒng)的電源要求。

3.3 溫度影響量分析

溫度影響量主要是指在穩(wěn)定的輸入條件下，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，測(cè)試輸出量。輸出量變化越小，則系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性越高。本測(cè)試在保持輸入為+12 V的條件下，逐步改變環(huán)境溫度對(duì)輸出電壓進(jìn)行測(cè)量[5]。

測(cè)試的結(jié)果如表3所示。

表3 溫度影響量測(cè)量

根據(jù)表3可知，在不同的環(huán)境溫度下系統(tǒng)的輸出值會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)，但總體保持穩(wěn)定。根據(jù)穩(wěn)定度的計(jì)算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測(cè)量次數(shù)；X為理論值；X′為測(cè)量平均值；

可以計(jì)算出溫度穩(wěn)定度為0.03。達(dá)到嵌入式系統(tǒng)所要求的范圍[6]。

4 結(jié) 論

本設(shè)計(jì)電路使用了很少的元器件達(dá)到了很寬的輸入電壓目的，并且通過(guò)測(cè)試，在不同的輸入電壓下，電源輸出穩(wěn)定可靠，誤差在許可范圍內(nèi)。可以在嵌入式系統(tǒng)中可靠應(yīng)用。相對(duì)于其他的寬電壓，本設(shè)計(jì)的精度更高，穩(wěn)定性更可靠。

參考文獻(xiàn)

[1] 李躍忠，李昌喜.多功能智能調(diào)節(jié)儀開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，28（3）：278?281.

[2] 李真芳，李世雄.MC34063在嵌入式電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，2005（6）：73?74.

[3] 管小明，李躍忠，王曉娟.基于MC34063的便攜式儀器電源電路設(shè)計(jì)[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（1）：97?100.

[4] 張占松，蔡宜三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5] 郭忠銀，高飛燕.基于MC34063的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（6）：40?43.

[6] 孫智，張道信.基于MC34063的大電流負(fù)電源設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2009（11）：90?92.

[7] 張建民，姚佶，何怡剛，等.基于ATmega16單片機(jī)的電能收集充電器設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（2）：135?136.

[8] 李斌.一種實(shí)用高性價(jià)比太陽(yáng)能移動(dòng)電話充電器的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（24）：30?32.

[9] 金永鎬，姜欣欣 . 基于MK6A11P單片機(jī)的寬電壓智能型爆閃燈的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（10）：46?48.

2.2 電阻參數(shù)計(jì)算

根據(jù)芯片手冊(cè)可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是輸出電壓與輸入電壓Vin沒(méi)有直接關(guān)系（Vin>VCC），只需要選好R1和R2的參數(shù)即可保證在輸入變化的情況下輸出保持穩(wěn)定不變。

通過(guò)計(jì)算和實(shí)際比較，R1選用[103]kΩ（即3個(gè)10 kΩ并聯(lián)），R2選用10 kΩ。這樣：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10為限流電阻，當(dāng)電流值超過(guò)1 A時(shí)起作用，通常選取0.33 Ω。

2.3 電容電感的選取

電感L4是存儲(chǔ)電能的作用，其計(jì)算公式為：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin為輸入電壓的最小值；Ton為導(dǎo)通時(shí)間；Ipk為輸出電流。

電容C4=0.000 4Ton，Ton為開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間[2]。通常選取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 輸出特性性能分析

寬電源的輸出特性主要技術(shù)指標(biāo)有：誤差分析、穩(wěn)定性分析、溫度影響量分析。本小節(jié)測(cè)試所使用的測(cè)量?jī)x器為HP34401臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表[3]。

3.1 誤差分析

寬電壓輸入設(shè)備的基本要求就是輸入電壓可以在一定范圍內(nèi)變化而輸出保持基本不變，誤差要達(dá)到要求。經(jīng)過(guò)測(cè)量，本設(shè)計(jì)的輸出電壓如表1所示。

表1 25℃室溫下輸出與輸入測(cè)量值 V

由表1可以計(jì)算出最大相對(duì)誤差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]為最大絕對(duì)誤差；A為理論輸出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

綜合，最大相對(duì)誤差為0.4 %，達(dá)到嵌入式系統(tǒng)對(duì)輸入電壓的要求范圍。

3.2 穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性主要是指給定一個(gè)穩(wěn)定的輸入量，在任何時(shí)間下輸出都保持穩(wěn)定的狀態(tài)。本部分測(cè)試所給定的輸入電壓為9 V，每間隔15 min對(duì)輸出進(jìn)行一次測(cè)量[4]。測(cè)得的數(shù)據(jù)如表2所示（室溫25 ℃）。

表2 穩(wěn)定性測(cè)量

穩(wěn)定性的計(jì)算公式為：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測(cè)量次數(shù)；X為理論值；X′為測(cè)量平均值；

根據(jù)上式代入數(shù)值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

穩(wěn)定度較好，達(dá)到嵌入式系統(tǒng)的電源要求。

3.3 溫度影響量分析

溫度影響量主要是指在穩(wěn)定的輸入條件下，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，測(cè)試輸出量。輸出量變化越小，則系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性越高。本測(cè)試在保持輸入為+12 V的條件下，逐步改變環(huán)境溫度對(duì)輸出電壓進(jìn)行測(cè)量[5]。

測(cè)試的結(jié)果如表3所示。

表3 溫度影響量測(cè)量

根據(jù)表3可知，在不同的環(huán)境溫度下系統(tǒng)的輸出值會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)，但總體保持穩(wěn)定。根據(jù)穩(wěn)定度的計(jì)算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測(cè)量次數(shù)；X為理論值；X′為測(cè)量平均值；

可以計(jì)算出溫度穩(wěn)定度為0.03。達(dá)到嵌入式系統(tǒng)所要求的范圍[6]。

4 結(jié) 論

本設(shè)計(jì)電路使用了很少的元器件達(dá)到了很寬的輸入電壓目的，并且通過(guò)測(cè)試，在不同的輸入電壓下，電源輸出穩(wěn)定可靠，誤差在許可范圍內(nèi)?？梢栽谇度胧较到y(tǒng)中可靠應(yīng)用。相對(duì)于其他的寬電壓，本設(shè)計(jì)的精度更高，穩(wěn)定性更可靠。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李真芳，李世雄.MC34063在嵌入式電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，2005（6）：73?74.

[3] 管小明，李躍忠，王曉娟.基于MC34063的便攜式儀器電源電路設(shè)計(jì)[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（1）：97?100.

[4] 張占松，蔡宜三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5] 郭忠銀，高飛燕.基于MC34063的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（6）：40?43.

[6] 孫智，張道信.基于MC34063的大電流負(fù)電源設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2009（11）：90?92.

[7] 張建民，姚佶，何怡剛，等.基于ATmega16單片機(jī)的電能收集充電器設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（2）：135?136.

[8] 李斌.一種實(shí)用高性價(jià)比太陽(yáng)能移動(dòng)電話充電器的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（24）：30?32.

[9] 金永鎬，姜欣欣 . 基于MK6A11P單片機(jī)的寬電壓智能型爆閃燈的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（10）：46?48.

2.2 電阻參數(shù)計(jì)算

根據(jù)芯片手冊(cè)可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是輸出電壓與輸入電壓Vin沒(méi)有直接關(guān)系（Vin>VCC），只需要選好R1和R2的參數(shù)即可保證在輸入變化的情況下輸出保持穩(wěn)定不變。

通過(guò)計(jì)算和實(shí)際比較，R1選用[103]kΩ（即3個(gè)10 kΩ并聯(lián)），R2選用10 kΩ。這樣：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10為限流電阻，當(dāng)電流值超過(guò)1 A時(shí)起作用，通常選取0.33 Ω。

2.3 電容電感的選取

電感L4是存儲(chǔ)電能的作用，其計(jì)算公式為：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin為輸入電壓的最小值；Ton為導(dǎo)通時(shí)間；Ipk為輸出電流。

電容C4=0.000 4Ton，Ton為開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間[2]。通常選取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 輸出特性性能分析

寬電源的輸出特性主要技術(shù)指標(biāo)有：誤差分析、穩(wěn)定性分析、溫度影響量分析。本小節(jié)測(cè)試所使用的測(cè)量?jī)x器為HP34401臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表[3]。

3.1 誤差分析

寬電壓輸入設(shè)備的基本要求就是輸入電壓可以在一定范圍內(nèi)變化而輸出保持基本不變，誤差要達(dá)到要求。經(jīng)過(guò)測(cè)量，本設(shè)計(jì)的輸出電壓如表1所示。

表1 25℃室溫下輸出與輸入測(cè)量值 V

由表1可以計(jì)算出最大相對(duì)誤差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]為最大絕對(duì)誤差；A為理論輸出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

綜合，最大相對(duì)誤差為0.4 %，達(dá)到嵌入式系統(tǒng)對(duì)輸入電壓的要求范圍。

3.2 穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性主要是指給定一個(gè)穩(wěn)定的輸入量，在任何時(shí)間下輸出都保持穩(wěn)定的狀態(tài)。本部分測(cè)試所給定的輸入電壓為9 V，每間隔15 min對(duì)輸出進(jìn)行一次測(cè)量[4]。測(cè)得的數(shù)據(jù)如表2所示（室溫25 ℃）。

表2 穩(wěn)定性測(cè)量

穩(wěn)定性的計(jì)算公式為：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測(cè)量次數(shù)；X為理論值；X′為測(cè)量平均值；

根據(jù)上式代入數(shù)值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

穩(wěn)定度較好，達(dá)到嵌入式系統(tǒng)的電源要求。

3.3 溫度影響量分析

溫度影響量主要是指在穩(wěn)定的輸入條件下，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，測(cè)試輸出量。輸出量變化越小，則系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性越高。本測(cè)試在保持輸入為+12 V的條件下，逐步改變環(huán)境溫度對(duì)輸出電壓進(jìn)行測(cè)量[5]。

測(cè)試的結(jié)果如表3所示。

表3 溫度影響量測(cè)量

根據(jù)表3可知，在不同的環(huán)境溫度下系統(tǒng)的輸出值會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)，但總體保持穩(wěn)定。根據(jù)穩(wěn)定度的計(jì)算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測(cè)量次數(shù)；X為理論值；X′為測(cè)量平均值；

可以計(jì)算出溫度穩(wěn)定度為0.03。達(dá)到嵌入式系統(tǒng)所要求的范圍[6]。

4 結(jié) 論

本設(shè)計(jì)電路使用了很少的元器件達(dá)到了很寬的輸入電壓目的，并且通過(guò)測(cè)試，在不同的輸入電壓下，電源輸出穩(wěn)定可靠，誤差在許可范圍內(nèi)?？梢栽谇度胧较到y(tǒng)中可靠應(yīng)用。相對(duì)于其他的寬電壓，本設(shè)計(jì)的精度更高，穩(wěn)定性更可靠。

參考文獻(xiàn)

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