程桂仙，肖文君，劉萬松（1.貴州師范大學(xué)　物理與電子科學(xué)學(xué)院，貴州　貴陽　550001；2.貴陽市汽車電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州　貴陽　550001；3.電子科技大學(xué)　通信與信息工程學(xué)院，四川　成都　611731）

基于MC34063的開關(guān)電源設(shè)計(jì)*

程桂仙1，2，3，肖文君1，2，劉萬松1，2
（1.貴州師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽550001；2.貴陽市汽車電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽550001；3.電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，四川成都611731）

基于DC/DC轉(zhuǎn)換芯片MC34063，設(shè)計(jì)了一種將正電壓轉(zhuǎn)化為負(fù)電壓的電源變換。詳細(xì)介紹了此電源轉(zhuǎn)換電路的硬件設(shè)計(jì)過程及測試結(jié)果。測試結(jié)果表明，此電源轉(zhuǎn)化電路具有較小的紋波以及較高的穩(wěn)壓精度。

MC34063；開關(guān)電源；DC/DC

0　引言

電源作為各種電子設(shè)備的動(dòng)力源，是各電子設(shè)備的重要組成部分［1］。開關(guān)電源源于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為穩(wěn)壓型電源的主流產(chǎn)品。開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制芯片和功率開關(guān)管構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)開關(guān)晶體管接通和關(guān)斷的時(shí)間比，對輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)電壓變換。伴隨著電力電子與集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，開關(guān)電源正朝著小型化、高頻化、低損耗、低噪聲的方向不斷發(fā)展［2-3］。

DC/DC轉(zhuǎn)換器又叫直流斬波，屬于開關(guān)電源，可將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成不同的直流輸出電壓供用電電路使用。本文介紹一種基于DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過程，核心器件采用MC34063，可將正的直流電源轉(zhuǎn)化成負(fù)的直流電源。該電源轉(zhuǎn)換電路不僅穩(wěn)定性高，且具有較大的輸出電流。

1　MC34063芯片簡介

MC34063是一種單片雙極性集成電路，輸入電壓范圍為3～40V，輸出電壓范圍為1.25～40V，當(dāng)電路外部增加NPN或PNP及相應(yīng)擴(kuò)展電路時(shí)，MC34063的輸出電流可擴(kuò)展為1.5A。片內(nèi)振蕩器的最高震蕩頻率為42kHz。MC34063內(nèi)部含有DC/DC變換器所需的基本控制電路，并可與少量的外部元器件一起構(gòu)成升壓式變換器、降壓式變換器、反向器三種不同的DC/DC變換器。

MC34063具有DC/DC變換器所需要的主要功能，由溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器、RS觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)管等部分組成［2］。MC34063通常與開關(guān)管一起配合使用，外圍電路簡單。MC34063的工作原理為：通過對輸出電壓取樣接至內(nèi)部誤差放大器反向輸入端，通過對取樣電壓與內(nèi)部1.25V基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較，控制脈沖寬度，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的［3］。

2　電路參數(shù)設(shè)計(jì)

本文中將輸入電壓為8V的直流電壓轉(zhuǎn)化為輸出電壓為-8.3V，輸出最大電流1.5A的直流電，設(shè)計(jì)的電路圖如圖1所示。圖中的D1采用型號為1N5819的二極管，此二極管為硅管，正向壓降為0.6V。Q1是型號為2SA1020的PNP型三極管，其飽和壓降為1 V。下面介紹電路中其他參數(shù)的計(jì)算。

圖1　MC34063擴(kuò)展電流圖

計(jì)算中所需的電源特性參數(shù)介紹如下。Vsat為開關(guān)管Q1的飽和電壓，由于設(shè)計(jì)中采用型號為2SA1020的PNP管來擴(kuò)展電流，此管的飽和壓降Vsat為1V。VF為整流二極管D1的正向壓降，1N5819型二極管正向壓降為0.6V。VIN為輸入電壓標(biāo)稱值，本設(shè)計(jì)中取8V。VOUT為輸出電壓標(biāo)稱值，設(shè)為-8.3V。IOUT為電路的輸出電流值，設(shè)為200mA。Vripple（pp）為輸出電壓紋波的峰峰值，由于紋波電壓將直接影響電路的線性調(diào)整和負(fù)載調(diào)整率，其產(chǎn)生的影響不可忽視，本設(shè)計(jì)中將Vripple（pp）的值設(shè)為100mV。

2.1定時(shí)電容設(shè)定

MC34063可在24～42kHz的頻率范圍內(nèi)工作，其工作頻率可通過外部調(diào)節(jié)電容CT設(shè)置，本文選取此芯片的典型工作頻率33kHz。將f為33kHz代入如下4個(gè)公式中：

計(jì)算可得定時(shí)電容 CT為532pF，在實(shí)際應(yīng)用中，由于電容的等效串聯(lián)電阻以及印制電路板上布線等因素的影響，電容的取值應(yīng)比計(jì)算所得的值大一些，所以實(shí)際中選用容值為680pF的定時(shí)電容。

2.2限流保護(hù)設(shè)定

限流保護(hù)電路是指在電源過載或輸出短路時(shí)保護(hù)電源裝置，防止負(fù)載損壞。MC34063芯片可通過電阻RSC的阻值大小來控制最大電流以保護(hù)芯片。將計(jì)算得到的ton和 toff以及IOUT、Vsat、VIN值帶入式（5）中，其中Vsat為開關(guān)管 Q1的飽和電壓，由于設(shè)計(jì)中采用型號為2SA1020的PNP管來擴(kuò)展電流，此管的飽和壓降Vsat為1V。計(jì)算得峰值電流 Ipk（switch）為720mA。將Ipk（switch）為720mA代入式（6）中，得到感應(yīng)電阻RSC為0.47Ω，實(shí)際中選用阻值為0.02Ω的精密電阻。

2.3儲能電感及輸出電容的設(shè)定

將Vsat、VF、VIN、f、Vripple（pp）、IOUT的值代入式（7）可得儲能電感L（min）為203μH，實(shí)際中選取電感值為330μH的屏蔽電感。將已知值帶入式（8），計(jì)算得輸出電容CO為240μF，本設(shè)計(jì)中CO選取容值為470μF、耐壓為20V的鉭電容。

2.4輸出電壓設(shè)定

經(jīng)過以上步驟可得到圖1中所設(shè)計(jì)的電源轉(zhuǎn)換電路中每個(gè)元件的值。

3　測試結(jié)果

本文采用示波器對輸出電壓的紋波進(jìn)行測試。當(dāng)負(fù)載為220Ω時(shí)，利用示波器對輸出電壓進(jìn)行測試，電路輸出電壓測試圖如圖2所示。從圖2中可讀出輸出電壓為-8.32V，輸出電壓紋波的峰峰值為400mV，都與設(shè)定值相近。測試結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)電路滿足基本設(shè)計(jì)要求，不僅達(dá)到了電壓的極性變換，并且具有較小的紋波。

圖2　MC34063A的輸出電壓紋波測試圖

4　結(jié)論

本文利用開關(guān)電源芯片MC34063作為核心器件，采用少量的外部器件將其設(shè)置為反相器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種負(fù)電源產(chǎn)生電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此變換電路具有體積小、輸出電壓穩(wěn)定性高、紋波小的特點(diǎn)。文章詳細(xì)介紹了此電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)過程、電路測試結(jié)果及分析，對設(shè)計(jì)其他開關(guān)電源設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

［1］屠徑，趙玉龍.某型彈載二次電源設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（10）：139-141.

［2］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，2009，28（23）：14-16.

［3］謝亞偉.開關(guān)電源中混沌現(xiàn)象的建模與仿真研究及小型電源的研制［D］.成都：電子科技大學(xué)，2010.

A power supply based on MC34063

Cheng Guixian1，2，3，Xiao Wenjun1，2，Liu Wansong1，2
（1.School of Physics and Electronic Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China；2.Key Laboratory of Automotive Electronics Technology of Guiyang，Guiyang 550001，China；3.School of Communication and Information Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731，China）

This paper presents a design of a power supply based on MC34063，which converts the positive power to the negative power.This paper details in the hardware circuit of the design and the corresponding test results.The test results show that the designed circuit has a small ripple and high voltage accuracy.

MC34063；switch power supply；DC/DC

TN86

A

1674-7720（2015）12-0033-02

2015-01-16）

程桂仙（1986-），通信作者，女，碩士，講師，主要研究方向：射頻與電源研究。E-mail：chgx86@126.com。

肖文君（1985-），男，博士，副教授，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

劉萬松（1968-），男，碩士，副教授，主要研究方向：電技術(shù)應(yīng)用。

貴州省科技廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目（黔科合J 字［ 2013 ］ 2228 ）