MC34063DCDC變換器特點及應(yīng)用.

1、 MC34063 DC/DC變換器特點及典型應(yīng)用 能輸出1.5A 降壓式變換器和電源反向器。 MC34063是一單片雙極型線性集成電路，專用于直流-直流變換器控制部分。片內(nèi)包含有 溫度補償帶隙基準源、一個占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)， 的開關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成開關(guān)式升壓變換器、 MC34063的封裝形式為塑料雙列 8引線直插式。 特點： 能在3.0-40V的輸入電壓下工作 短路電流限制 低靜態(tài)dianliu輸出開關(guān)電流可達1.5A （無外接三極管） 輸出電壓可調(diào) 工作振蕩頻率從 100Hz至100KHZ 降壓或反向電源變換器 可構(gòu)成升壓、 內(nèi)部框圖 電路原理 振蕩

2、器通過恒流源對外接在CT管腳 蕩波形。充電和放電電流都是恒定的， C輸入端在振蕩器對外充電時為高電平， （3腳）上的定時電容不斷的充電和放電，以產(chǎn)生振 所以振蕩頻率僅取決于外接定時電容的容量。與門的 D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時為高 電平。當C和D輸入端都變成高電平時，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導通，反之， 當振蕩器在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 電流限制SI檢測端（5腳）通過檢測連接在 V+和5腳之間的電阻上的壓降來完成功能。 當檢測到電阻上的電壓接近超過300mV時，電流限制電流開始工作。這時通過CT管腳（3 腳）對定時電容進行快速

3、充電，以減少充電時間和輸出開關(guān)管的導通時間，結(jié)果是使得輸出 開關(guān)管的關(guān)閉時間延長。 極限參數(shù) 整ft 聘號 敷億 車位 V* 40 V Vvcmn 04140 V Jf3tfT肛電冏UFk awi 祀 V 個呂刪 4C V 1 川戈忡如11械一蘇w様屯壓 VOfSV| 40 V !畀副計監(jiān)電樓41金 巾CRI 4C V 琢 1-5 A 典型應(yīng)用電路 升壓變換器 升壓變換器 （大電流） 降壓變換器(大電流) n 1 1 7R a1 72 低成本DC/DC變換器芯片MC34063介紹 MC34063是一塊單片 DC/DC變換控制電路，內(nèi)含直流到直流變換器所要求的主要功 能。這些功能有：帶有溫度補償

4、的基準電壓源、比較器、帶激勵電流限制的占空比可控振蕩 器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)等。該電路是專為降壓、升壓和倒相應(yīng)用所設(shè)計的，應(yīng)用時外 圍元器件少。 特點 1.5A 100KHZ工作頻率基準精度 3.040V輸入工作電壓低備用電流電流限止輸出開關(guān)電流 2%封裝形式：DIP8 方框圖和引出端功能 引出端序號符號 1 CSW開關(guān)集電極 2 ESW開關(guān)發(fā)射極 3 GT定時電容器 功能引出端序號符號功能 5 INCOM比較器反相輸入 6 VCC電源 7 Ipk 電流限止傳感 4 GND地8 CDR驅(qū)動器集電極 極限參數(shù)(Tamb=25：) 參數(shù)符號數(shù)值單位 電源電壓Vcc 40 V 比較器輸入電源范圍

5、 Vi(com P)-0.3+40 V 開關(guān)集電極電壓 Vc(sw) 40 V 開關(guān)發(fā)射極電壓Ve(sw) 40 V 開關(guān) C- E 電壓 Vce(sw) 40 V 驅(qū)動器集電極電壓 Vc(dr) 40 V 驅(qū)動器集電極電流 Ic -55100 mA Isw 1.5 A 1.25 W 150 C 開關(guān)電流 功耗PD 工作結(jié)溫Tj 工作環(huán)境溫度Tamb 070 C 貯存溫度 Tstg -65150 C 電特性(除非特別說明，Tamb=2C , Vcc=5V ) 參數(shù)名稱符號測試條件最小典型最大單位 振蕩器 頻率 fOSC Vpin=0V, CT=1.0 24 33 42 kHz 充電電流 Ich

6、q Vpin5=540V 24 35 42 卩 A 放電電流 Idischg Vpin5=540V 140 190 260 卩 A 放電、充電電流之比K V7=Vcc 5.2 6.1 7.5 電流限止傳感電壓 VIPK 250 300 350 mV 輸出開關(guān) 飽和電壓 Vce(sat)達林頓聯(lián)接 lsw=1.0A Pin 1 to Pin81.0 1.3 V 飽和電壓 Vce(sat) Isw=1.0A Rpin 8=82 Q0.45 0.7 V 直流電壓增益 hFE Isw=1.0A, Vce=5.0V 50 120 集電極 OFF 狀態(tài)電流 Ic(off) Vce=40.0V0.01 10

7、0 卩 A 門限電壓 Vth Tamb=25C 1.225 1.25 1.275 V Tamb=0：70 C 1.211.29 門限電壓線路調(diào)整 Reg Vcc=3.040V1.4 5.0 mV 輸入偏置電流IIBVin=0V-40 -400 nA 電感降壓式DC/DC變換器：電路原理框圖如圖所示。 V 嚴 琴!卩溝道 2W 控制 電路 圖 電感降壓式DC/DC變換器原理框圖 圖中，VIN為輸入電壓，VOUT為輸出電壓，L為儲能電感，VD為續(xù)流二 極管,C為濾波電容，R1、R2為分壓電阻，經(jīng)分壓后產(chǎn)生誤差反饋信號 FB， 用以穩(wěn)定輸出電壓和調(diào)輸出電壓的高低。 源開關(guān)管V既可采用N溝道絕緣柵 場

8、效應(yīng)管（MOSFET），也可采用P溝道場效應(yīng)管，當然也可用 NPN型晶體管 或PNP型晶體管，實際應(yīng)用中，一般采用 P溝道場效應(yīng)管居多。 降壓式DC / DC變換器的基本工作原理是：V開關(guān)管在控制電路的控制下 工作在開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)管導通時，F(xiàn)IN電壓經(jīng)開關(guān)管S、D極、儲能電感L和電 容C構(gòu)成回路，充電電流不但在 C兩端建立直流電壓，而且在儲能電感 L上產(chǎn) 生左正、右負的電動勢；開關(guān)管截止期間，由于儲能電感L中的電流不能突變， 所以，L通過自感產(chǎn)生右正、左負的脈沖電壓。于是， L右端正的電壓濾波電 容 C 一續(xù)流二極管VDL左端構(gòu)成放電回路，放電電流繼續(xù)在C兩端建立直流 電壓，C兩端獲得的直流電

9、壓為負載供電。因此，降壓式DC/DC變換器產(chǎn)生 的輸出電壓不但波紋小，雨且開關(guān)管的反峰電壓低。 LT1111是一種新型的多用途、低功耗、輸出電壓可調(diào)的DC-DC變換器，可以配置為升壓、 降壓或反壓變換器，特別適合低成本、 電池供電的小型手持式設(shè)備的電源部分的設(shè)計。本文 詳細描述了基于 LT1111的多種DC-DC變換器設(shè)計方法，并對電感、電容、二極管等外圍 元件的選擇提供合理的建議。 LT1111是凌特公司的一種新型多用途 DC-DC變換器核心芯片，內(nèi)部集成有72kHz的固定 頻率振蕩器、1.25V基準參考源、兩個比較器和輸出驅(qū)動器（包括一個通過電流可達 1A的功 率開關(guān)）等部件。LT1111

10、工作時其外部只需極少的元器件 （一般應(yīng)用只需要 3個外圍器件）, 可以在2V30V輸入電壓范圍內(nèi)工作，而且可以由用戶設(shè)置功率開關(guān)的最大通過電流。 降壓或反壓變換器的能 低功耗的應(yīng)用的需 LT1111能夠以8腳的小封裝、300 uA的靜態(tài)功耗提供配置為升壓、 力，因而可以充分滿足各種對成本和電路板空間有限制而又要求高性能、 要。 LT1111 的工作原理 是一種門控振蕩器 型的開關(guān)電源調(diào)整芯片。這種結(jié)構(gòu)消耗的電源電流非常小，因為 LT1111中的開關(guān)才會啟動調(diào)整工作。芯片具體的工作 （FB）和芯 LT1111 只有當反饋腳的電壓低于參考電壓時 原理見圖1。其中，比較器 A1是調(diào)整器的核心，它的兩

11、個輸入端分別連到反饋腳 片內(nèi)置的1.25V基準參考電壓上， 4 Hy. A1將反饋腳（FB）上的電壓（由輸出端反饋回來）與1.25V 參考電壓相比較。當FB腳上的電壓低于 1.25V時，A1就會啟動芯片內(nèi)部 72kHz的振蕩器； 驅(qū)動放大器將振蕩器的輸出信號放大，以驅(qū)動輸出級的NPN型功率開關(guān)。功率開關(guān)輸出的 結(jié)果是輸出電壓和 FB腳上的電壓都得到了提高。 當FB腳上的電壓大到可以觸發(fā)比較器A1 翻轉(zhuǎn)的時候，振蕩器就會被 令整個環(huán)路保持穩(wěn)定。 率補償。一般情況下， 器輸出為低的時候， 降到300 uA O A1關(guān)閉。不過比較器 A1會延遲一點時間后才翻轉(zhuǎn)，這樣可以 這個延遲設(shè)計是在芯片內(nèi)部完成

12、的，不需要在芯片外部再作額外的頻 LT1111內(nèi)的振蕩器的啟動時間和關(guān)閉時間均為7八 另外，當比較 振蕩器及其它各功耗較高的電路都會被關(guān)閉，使得LT1111的靜態(tài)電流 圖1中的增益模塊 質(zhì)上是一個比較簡單的 PNP輸入的運算放大 器，它的正輸入管腳連 在SET管腳上，而其負 輸入管腳連接到芯片內(nèi) 部集成的1.25V基準參 考源上。A2的輸出結(jié)構(gòu) 為漏極開路輸出，它可 配置為電池欠壓檢測 器、線性后置調(diào)整器， 或是誤差放大器。如果不作這些用途，A2就可以懸空不用。其中的電池欠壓檢測器是在芯 片的ViN和GND管腳之間連接一個電阻分壓器 （R1+R2）,該分壓器的中點與 SET管腳相連, 以提供A

13、2的翻轉(zhuǎn)觸發(fā)電壓。A2翻轉(zhuǎn)后，其輸出 A0可以吸收300 uA的電流，用于外部控 制。原理圖見圖 2。 A2實 圖1 : LT1111的原理框圖。 圖2中的電阻R1、R2 的阻值應(yīng)盡可能小，以 使SET管腳上的偏置電 流的偏差盡可能小。R3 的最佳取值范圍在 1M-10MQ之間，主要作 用是產(chǎn)生一點延遲時 間，以便增益模塊能較 準確地捕捉到觸發(fā)點。 不過，加入R3后電路的 觸發(fā)點會有少許變化， 設(shè)計工程師應(yīng)當注意到 這一點。 VflAT LT1111 % REF AQ SET GNO 1 R1 圖2 :增益模塊配置為電池 欠壓檢測器的典型接法。 圖3就是LT1111的典型 應(yīng)用，圖中連接Ili

14、m管腳和ViN管腳之間的電阻 的最大電流。如果開關(guān)電流超過這個預(yù)設(shè)值，則 不再輸出），以確保開關(guān)電流不會超過LT1111 似的器件所不具備的， 劉處理暮 VLB-1.g5V /注亙電池tt技點 R2 = 33kil R3 = 1.6MU R3用于設(shè)置LT1111內(nèi)的功率開關(guān)可通過 開關(guān)周期將提前結(jié)束（即開關(guān)關(guān)閉，振蕩器 所能承受的最大值。這一特性是其它原理類 而且該特性允許變換器的輸入電壓范圍擴展得很寬，也不會令電感進 R3選擇了恰當?shù)淖柚?，可以保證開關(guān)電流在整個輸入電壓范 R3可以省掉，只須 入飽和狀態(tài)。換言之，如果給 圍內(nèi)都被限制在指定的范圍以內(nèi)。如果電源電路的工作電流不大，那么 將Ili

15、m腳和Vin腳直接相連。 5V 和 12V。 管腳）應(yīng)該與 LT1111-5 和LT1111-12 在功能上和 LT1111是完全相同的，只是 LT1111-5 和LT1111-12 的版本在片內(nèi)已經(jīng)集成了設(shè)定輸出電壓為5V和12V的電阻，其輸出電壓固定為 也就是說，在-5和-12這種固定輸出電壓 LT1111上，其管腳8（即FB/SENSE 輸出電壓管腳直接相連，而不再需要任何外部電阻。 降壓變換器的工作原理 LT1111配置成降壓變換器的典型電路見圖 由功率開關(guān)的發(fā)射極來驅(qū)動外部電感。 4。 LT1111 內(nèi)功率開關(guān)的集電極與 VIN相連，而 當LT1111片內(nèi)的比較器 升高到（V|N-V

16、sw）,這樣，電壓（Vin-Vsw-Vout）將降落在 到開關(guān)即將關(guān)閉前，流經(jīng) A1觸發(fā)振蕩器開始調(diào)整動作, 并打開功率開關(guān)時，SW2管腳電壓 L1上。顯然，L1中將出現(xiàn)一個電流。 L1的電流值為: FEAK =；f (W 當開關(guān)關(guān)閉時，SW2管腳的電壓快速下降到比地 電位還低。當SW2電壓下降到比地電位還低 0.4V 時，D1導通，這是因為 SW2管腳的電壓絕不允許低于-0.5V , D1是用來箝位的。注意， D1必須選用肖特基二極管。若選用硅基的肖特基二極管（如1N4933），可以允許SW2腳上 的電壓低至-0.8V，不過這么低的值可能在LT1111內(nèi)部產(chǎn)生過大的功耗。此時變換器的輸 出電

17、壓可表示為： 齊w二（/+普 H/25V） 電阻R3的加入限定了流經(jīng)功率開關(guān)的最大電流。 這只電阻在那些輸入電壓范圍很寬的應(yīng)用中是非 常重要而且是必須加入的。如果不加入R3，則開關(guān)打開后將在每個周期中都持續(xù)一段固定 長度的時間，在某些情況下，流經(jīng)L1的電流可能會過大，甚至超過開關(guān)的承受范圍，并可 能使電感進入飽和狀態(tài)。這只100Q的電阻可以確保開關(guān)在電流達到700mA左右時關(guān)閉。 值得注意的是，使用 LT1111構(gòu)造降壓變換器時，該變換器的輸出電壓不能超過6.2V。如 果用戶需要產(chǎn)生更高一點的電壓，可以取一只二極管 1N5818與SW2腳串聯(lián)（1N5818的正 極連SW2管腳）。 如果負載需要

18、更大的電 流來驅(qū)動，可以使用一 只分立的PNP晶體管來 放大降壓變換器的輸出 電流，如圖5所示。 4 C2 凰3 100U Ilim Wn SWI FS LT1111 L1 swa 圖4 : LT1111配置為降壓變換器的典型電路。 圖5所示的電路可使最 大可通過的開關(guān)電流提 升至2A。計算電感值的 公式在下文-降壓變換 器中電感的選擇”中再作 說明，式中的Vsw可引 用下面的相對保守一點 的公式來計算： 1,0 V 電阻R2的作用是構(gòu)成關(guān)閉 Q1的電流通路，R3是Q1的基極驅(qū)動，R4、R5用來設(shè)置輸出 電壓。 1. 如何選擇電感 DC-DC變換器的本質(zhì)是將電能以 磁通量的形式儲存在電感中，然

19、后再將該能量轉(zhuǎn)移到負載 上。正因為儲存的是磁通量，而不是充電電荷，所以只要選擇恰當?shù)拈_關(guān)策略，就能使輸出 電壓比輸入電壓高、 低或者極性相反。為實現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)移，配合LT1111使用的電感應(yīng) 該滿足三個要求：首先，電感的感應(yīng)系數(shù)應(yīng)當很小，以保證在最差情況下（輸入電壓最低、 其次，電感必須能夠存得下需求的磁通量，也就是電感不能進入飽 的常規(guī)設(shè)計中，可以使用鐵氧體工藝制造的可表面貼裝的小型電感， 300mA1A，同時直流電阻小于 0.4 Q的條件；最后，電感的直 因為這會使電感產(chǎn)生過多熱量。在 功率開關(guān)打開的時間最短）電感中能存儲到足夠的能量，但感應(yīng)系數(shù)也不是越小越好，因為 還要保證在另一極端情

20、況下 （輸入電壓最高、開關(guān)打開時間最長 兒T1111及電感的最大（開關(guān)） 電流指標不至于被突破； 和狀態(tài)。在基于LT1111 只要它們滿足飽和電流為 般圓弧形狀的電感對減少電磁干擾有比較好的作 就是在選擇電感前一定要先確定整個電源電路的輸入電壓、輸 流電阻越小越好，以保證電感線圈不會消耗過多的能量， 選用電感時還應(yīng)考慮到電磁干擾的問題， 用。還有一點也是最重要的， 出電壓、輸出電流的最 小值和最大值。 di 圖5 :大電流輸岀的 LT1111降壓變換器 在降壓變換器設(shè)計中如何選擇電感 降壓變換器與升壓變換器不同，在充電和放電期間，電感的電流都流經(jīng)負載。 在降壓模式下， LT1111的開關(guān)電流應(yīng)

21、限制在 650mA左右。如果需要獲得更大的電流值，可參考圖5所示 在不同的輸入電壓條件下，控制好 Ilim管腳是最重要的。 的擴流電路。換言之， 如果定好了輸出電壓、 輸出電流和輸入電壓范圍，則最大的開關(guān)電流可依下式計算: 2人川丁 = _* X - -h b, 式中，DC為占空比（一般取0.50） , Vsw為降壓模式下功率開關(guān)上的壓降，Vd為二極管上的 壓降（1N5818肖特基二極管可取 0.5V） , Iout為輸出電流，Vout為輸出電壓，Vin為輸入電 壓的最小值。經(jīng)實測得知，Vsw實際上是開關(guān)電流的函數(shù)，而開關(guān)電流又是Vin、L、時間、 VOUT 的函數(shù)。為了簡化計算，可以認為Vs

22、w的值為1.5V，實際上這個取值是比較保守的。 一旦 IpEAK值確定了，就能算出所需的電感值: =5燈 般取值為 其中，toN為開關(guān)打開的時間（LT1111 7卩S。 然后可以選定用于限制 IPEAK電流的串聯(lián)電阻 Rlim的阻值了。這個電阻可以保證當輸入電壓 增加時最大開關(guān)電流仍保持不變。 例如，假設(shè)我們要設(shè)計一個輸入電壓為 降壓變換器，則首先可求出： 12V24V、輸出電壓為5V、輸出電流為 300mA 的 2(3()()RkV 0.501乙1.5+05 =6(K)wvl 接下來可以求出電感值: L = H X 7/.V = 64“ 600nvl產(chǎn) 64 H的那 LT1111 的 特性曲

23、線上選擇 Rlim的值，本例中，當 用戶可以采用小于 64 H、但又最接近 個工業(yè)標準值（即56卩H）。之后可以從 IPEAK 為 600mA 時，Rlim 可取 56 Q。 2. 如何選擇電容 如果這個濾波電容選擇得不好，那么變換 我們通常使用的普通鋁電解電容，雖然比 （ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）的特性都比較差， 變換器設(shè)計的ESR值較小的鋁 ESR值可以做得很小。鉭電容 LT1111的變換器中，使用上述 500mA），不同的電容表現(xiàn)是不 120mV，而使用專用鋁電解電 選擇合適的輸出電容和選擇合適的電感同等重要。 器的效率可能會降低，輸出紋波也有可能比較大。 較便宜而且容易買到，但它的等效串聯(lián)阻抗 不適合配合LT1111使用。市場上有專為開關(guān)式的DC-DC 電解電容，它們的特性比普通的鋁電解電容好很多，特別是 的特性也非常好，只是價格比較高。通過實驗得知，在基于 三種容量均為100卩F的電容（假設(shè)變換