基于MC34063的开关电源设计

正文

一、设计任务与要求

2．掌握开关电源的设计、组装与调试方法。

3．研究开关电源的实现方法，并按照设计指标要求进行电路的设计与仿真。 具体要求如下：

分析、掌握该课题总体方案，广泛阅读相关技术资料，并提出见解。 掌握开关电源的工作原理。 主要技术指标

直流输入电压：15~30V； 输出电压：8V； 输出电流：0.5A； 效率：≥80%。

二．BUCK型电路

在实际应用中我们对电压有很重要的应用，而且很多时候我们对电压的值有十分严格的要求，所以 有时在电路中也要求我们使用一些方法来达到升压或者降压的目的，以完成自己设计的要求，故对升压与降压电源电路的认识有着重要的意义。

开关电源实质就是一个振荡电路，这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。

开关稳压电源分为三种，即BUCK型电路（降压）、 BOOST型电路(升压)、Buck-Boost型电路(降压-升压混合)。现在我对基本电路BUCK做简要说明，以方便大家对基于MC34063开关稳压电源设计的理解。

2.1.线路组成

图1（a）所示为由单刀双掷开关S、电感元件L和电容C组成的Buck变换器电路图。图1(b)所示为由以占空比D工作的晶体管Tr、二极管D1、电感L、电容C组成的Buck变换器电路图。电路完成把直流电压Vs转换成直流电压Vo的功能。

图１ Buck变换器电路

当开关S在位置a时，有图2 (a)所示的电流

流过电感线圈L，电流线性增加，在负

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载R上流过电流Io，两端输出电压Vo，极性上正下负。当is>Io时，电容在充电状态。这时二极管D1承受反向电压；经过时间D1Ts后（

，ton为S在a位时间，Ts是周期），

当开关S在b位时，如图2（b）所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，

以保持其电流iL不变。负载R两端电压仍是上正下负。在iL0，开关打开时，is=0，故is是脉动的，但输出电流Io，在L、D1、C作用下却是连续的，平稳的。

图２ Buck变换器电路工作过程

三、开关电源的分类：

（1） 按开关管的连接方式，开关电源可分为串联型开关电源和并联型开关电源。串联型开关电源的开关管是串联在输入电压和输出负载之间，属于降压式稳压电路；而并联型开关电源的开关管是在输入电压和输出负载之间并联的，属于升压式稳压电路。

（2） 按激励方式，开关电源可分为自激式和他激式。在自激式开关电源中，由开关管和高频变压器构成正反馈环路，来完成自激振荡，类似于间歇振荡器；而他激式开关电源必须附加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲加在开关管上，控制开关管的导通和截止，使开关电路工作并有直流电压输出。

（3） 按调制方式，开关电源可分为脉宽调制（PWM）方式和脉频调制（PFM）方式。PWM是通过改变开关脉冲宽度来控制输出电压稳定的方式，而PFM是当输出电压变化时，通过取样比较，将误差值放大后去控制开关脉冲周期（即频率），使输出电压稳定。

（4） 按输出直流值的大小，开关电源可分为升压式开关电源和降压式开关电源，也可分为高压开关电源和低压开关电源。

（5） 按输出波形，开关电源可分为矩形波和正弦波电路。

（6） 按输出性能，开关电源可分为恒压恒频和变压变频电路。

（7） 按开关管的个数及连接方式又可将开关电源分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式等。单端式仅用一只开关管，推挽式和半桥式采用两只开关管，全桥式则采用四只开关管。

（8） 开关电源按能量传递方式又可分为正激式和反激式。

（9） 按软开关方式分，开关电源有电流谐振型、电压谐振型、E类与准E类谐振型和部分谐振型等

四．MC34063的基本知识

该器件本身包含了DC／DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R—S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，

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由它构成的DC／DC变换器仅用少量的外部元器件。主要应用于以微处理器(MPU)或单片机(MCU)为基础的系统里。

5.1、MC34063的内部结构

图7 MC34063内部逻辑结构

1脚：开关管T1集电极引出端；

2脚：开关管T1发射极引出端；

3脚：定时电容ct接线端；调节ct可使工作频率在100—100kHz范围内变化；

4脚：电源地； 5脚：电压比较器反相输入端，同时也是输出电压取样端；使用时应外接两个精度不低于1％的精密电阻； 6脚：电源端；

7脚：负载峰值电流（Ipk）取样端；6，7脚之间电压超过300mV时，芯片将启动内部过流保护功能；

8脚：驱动管T2集电极引出端。

5.2、MC34063的主要参数与特点

★能在3.0V至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100HZ至100KHZ

★可构成升压、降压或反相电源变换器 5.3、MC34063的工作原理及内部电路说明

由于内置有大电流的电源开关，MC34063的能够控制的开关电流达到1.5A。该芯片由内部线路由参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制线路和开关晶体管等几部分组成（如图7所示）。

参考电压源是用于温度补偿的带隙基准源。振荡器的震荡频率由3脚的外接定时电容决定。开关晶体管由比较器的反向输入端与振荡器相连的逻辑控制线置路成ON，并由与震荡器输出同步的想下一个脉冲置成OFF。

振荡器通过恒流源对外接在CT管脚（3脚）上的定时电容不断的充电

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放电，以产生振荡波形。充电放电电流都是恒定的，所以振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的C输入端在振荡器的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的时候，触发器被置于高电平，输入管导通。反之，当振荡器在震荡放电期间，C输入为低电平，触发器被复位，使得输入开关管处于关闭状态。

电流限制SI检测端（5脚）通过检测连接在V+和5脚之间电阻上的压降来完成功能。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）对定时电容进行快读充电，以减少充电时间和输入开关管的导通时间，结果是使得输出开关管的输出开关管的关闭时间延长。

由MC34063组成的降压电路及计算参数：

MC34063组成的降压电路原理:

降压转换器

1.比较器的反相输入端(脚5)通过外接分压电阻R1、R2监视输出电压 。 其中， 输出电压U。=1.25(1+ R2/R1)由公式可知输出电压 。仅与R1、R2数值有关 因1．25V为基准电压，恒定不变。若R1、R2阻值稳定，U。亦稳定。

2.脚5电压与内部基准电压1．25V同时送人内部比较器进行电压比较。当脚的 电压值低于内部基准电压(1．25V)时，比较器输出为跳变电压，开启R—S触 发器的S脚控制门，R—S触发器在内部振荡器的驱动下，Q端为“1”状态(高电 平)，驱动管T2导通，开关管T1亦导通，使输入电压Ui向输出滤波器电容 Co充电以提高U。，达到自动控制U。稳定的作用。

3.当脚5的电压值高于内部基准电压(1．25V)时，R—S触发器的S脚控制门封 锁，Q端为“0”状态(低电平)，T2截止，T1亦截止。

4.振荡器的Ipk 输入(脚7)用于监视开关管T1的峰值电流，以控制振荡器的脉 冲输出到R—S触发器的Q端。

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5.脚3外接振荡器所需要的定时电容Co电容值的大小决定振荡器频率的高低，

亦决定开关管T1的通断时间。

如果对输出电流较大的要求，我们还可以在电路中加上一个扩流电路。现在我们以一个降压扩流电路为例，讲解实际降压电路。

降压电路技术要求为：输入24V，输出8V，最大负载电流2A(需扩流) 。 我们已经知道MC34063内部的达林顿管的极限饱和电流为1.5A，若要最大负载电流也要达到2A，那么在电流外部就必须要进行扩流，使得在从管脚1输出电流远小于2A的情况下，最大负载电流能够达到2A。电路如 图9。

图4 MC34063组成的降压扩流电路

降压扩流电路图如 图4，现在我们通过MC34063的外围电路元器件的计算方法来计算各元件的参数指标。元件参数计算表容易

电路的参数设计计算： 1.采样回路电阻R1和R2：

Uo(输出电压)：它的稳压值由R1和R2决定，其计算公式为 U。=1.25(1+ R2/R1 )。 由实际电路可知： 8=1.25(1+ R2/R1 ) R1=10k电位器 R2=10k电位器

用10K电位器调整参数 参数如下： V1=电压输出

V2=加负载的电压输出 A最大电流

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输入Rse为0.1R V1 V2 A 10 7.4 1.39 11 7.5 1.40 12 7.7 1.43 13 7.8 1.49 14 8 1.5 15 8 1.52 16 8.2 1.54 17 8.2 1.54 18 8.2 1.54 输入Rse为0.05R V1 V2 A 6.4 8 0.91 7.0 7.0 1.33 8 7.6 1.43 9 8.4 1.51 10 8.8 1.66 11 8.8 1.66 12 8.8 1.66 13 8.8 1.66 输入Rse为0.033R V1 V2 A 6.4 4.7 0.90 7 7.0 1.32 8 7.6 1.44 9 8.5 1.61 10 8.7 1.65 11 8.7 1.65 12 8.7 1.65 13 8.7 1.65 14 8.7 1.65

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由于一直稳不住2A 所以改变方案，如下

选择从TIP41改为TIP32，从NPN改为PNP，从而调整参数，进而得到如下参数

输入Rse为0.05R V1 V2 A 8 7.7 1.38 9 8.3 1.48 10 8.1 1.47 11 8.2 1.47 12 8.2 1.47 13 8.2 1.48 14 9.2 1.48 15 9.2 1.48

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输入Rse为0.033R V1 V2 A 8.4 8.2 1.58 9 8.7 1.68 10 9.3 1.69 11 9.5 1.70 12 9.5 1.70 13 9.5 1.70 14 9.5 1.70 15 9.5 1.70 输入Rse为0.025R V1 V2 A 8 7.7 1.76 8.5 8.2 1.83 9 8.5 1.90 9.5 8.7 1.94 10 8.9 1.97 11 8.9 1.98 12 8.9 1.98

实验结论：

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元件清单： 器件类别 型号参数 数量 电解电容 100uF/50v 1 电解电容 470uF/25v 1 瓷片电容 102 1 电阻 0.1R 4 10K 1 10K 1 1K 1 三极管 TIP32 1 稳压二极管 1n5819 1 电感 220uH 1 芯片 MC36063 1

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