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. MC34063 DC/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
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300 mV 时,电流限制电路开始工作,这时通过CT 管脚(3 脚) 1
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
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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。
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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
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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
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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
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公式:Vout=(1+R4/R5)*1.25V 电路中限流电阻取值为0.15?,因此输入电流被限流在0.3V/0.15?=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0.3?,因此输入电流被限流在0.3V/0.3?=1A。
电路中限流电阻取值为0.3?,因此输入电流被限流在0.3V/0.3?=1A。
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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。
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输入电 压
输出电 压
输出电 流
输出电
压波纹
系数
工作频 率
V V mA mV(pp) 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=0.000 004*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CW34063(国产) MC33063 Motorola9
输入电压 Vin 输出电压 Vout 最大输出电流 Iomax 最高工作频率 f
功率 P
Ta 工作温度
在实际应用中的注意:
V V A kHz W 度
Motorola公司)
2.5~40V 1.25~40V 1.5A 0.1~100KHZ 1.25W 0~70度
2.5~40V 1.25~40V 1.5A 0.1~100KHZ 1.25W 0~70度
公司 2.5~40V 1.25~40V 1.8A 0.1~100KHZ
0.9W -40~80度
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。
1. MC34063 DC/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
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3 MC34063应用电路图:
3.1 MC34063大电流降压变换器电路
3.2 MC34063大电流升压变换器电路
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3.3 MC34063反向变换器电路
3.4 MC34063降压变换器电路
3.5 MC34063升压变换器电路
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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300 mV 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。
带隔离输出的DC-DC变换电路方案
电路原理
电路原理如图2 所示,该电路是在MC34063典型的降压电路上,用开关变压器取代自感线圈实现的。利用开关变压器以获取隔离直流电源的能量供给。开关变压器的副边交变电压经BR1的全波整流,C19 、C20 的滤波,L2 、L3 的高频遏制及U7 、U8 线性稳压器的稳压,便可获取稳定的直流输出。在确定的硬件系统中,用于向数字系统 13
供电的VCC 电源负荷是稳定的,通过开关变压器的交变方波的占空比也是稳定的,因此,根据+ 5 V、- 5 V 的负荷情况,恰当的选择开关变压器的铁芯、骨架参数及原、副边匝数,便可获得与供电电源、数字电路电源VCC隔离的+ 5 V 、- 5 V直流输出。
图2 带隔离输出的DC-DC 变换电路原理图
电路参数及实验数据
开关变压器参数
铁芯形式: EI22B ,磁导率:2000 H/ m ,骨架参数: EI22210P ,原边线圈匝数: 60 匝,副边线圈匝数:40 匝。 电源拉偏实验参数
在规定范围内改变输入电压,用万用表测输出端电压,数据如表1 。
负荷调整实验参数
对3 组直流电源分别接入不同负载,用万用表测取输出电压,数据如表2 。
纹波系数
在一定负荷下用示波器观察输出电压,测取纹波电压(峰2峰值) < 5mV ,纹波系数= 5/5000×100 % = 0.1%。满足一般硬件电路对电源的要求。
结 论
该电路使用元件少,结构简单,可靠实用。在数据采集器的14位A/ D转换器中,采用上述电源,实验室长期试运行表明:供电稳定,无跳码,检测精度不低于0.1%。该电路适用于微处理器的模拟电路与数字电路的混合硬件系统中,需要低压、小功率、供电场合,如温度巡检仪、数据采集器等装置
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