MC34063 DCDC变换器特点及应用电子版本.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。MC34063 DCDC变换器特点及应用-MC34063DC/DC变换器特点及典型应用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。MC34063的封装形式为塑料双列8引线直插式。特点：能在3.0-40V的输入电压下工作短路电流限制低静态dianliu输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）输出电压可调工

2、作振荡频率从100Hz至100KHz可构成升压、降压或反向电源变换器内部框图电路原理振荡器通过恒流源对外接在CT管脚（3脚）上的定时电容不断的充电和放电，以产生振荡波形。充电和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SI检测端（5脚）通过检测连接在V+和5脚之间的电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压接近超过300mV时

3、，电流限制电流开始工作。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。极限参数典型应用电路升压变换器降压变换器升压变换器（大电流）降压变换器（大电流）反向变换器低成本DC/DC变换器芯片MC34063介绍MC34063是一块单片DC/DC变换控制电路，内含直流到直流变换器所要求的主要功能。这些功能有：带有温度补偿的基准电压源、比较器、带激励电流限制的占空比可控振荡器、驱动器和大电流输出开关等。该电路是专为降压、升压和倒相应用所设计的，应用时外围元器件少。特点3.040V输入工作电压低备用电流电流限止输出开关电流1.5A

4、100KHz工作频率基准精度2%封装形式：DIP8方框图和引出端功能引出端序号符号功能引出端序号符号功能1CSW开关集电极5INCOM比较器反相输入2ESW开关发射极6VCC电源3GT定时电容器7Ipk电流限止传感4GND地8CDR驱动器集电极极限参数（Tamb=25）参数符号数值单位电源电压Vcc40V比较器输入电源范围Vi(comp)-0.3+40V开关集电极电压Vc(sw)40V开关发射极电压Ve(sw)40V开关CE电压Vce(sw)40V驱动器集电极电压Vc(dr)40V驱动器集电极电流Ic-55100mA开关电流Isw1.5A功耗PD1.25W工作结温Tj150工作环境温度Tamb

5、070贮存温度Tstg-65150电特性（除非特别说明，Tamb=25,Vcc=5V）参数名称符号测试条件最小典型最大单位振荡器频率fOSCVpin=0V,CT=1.0243342kHz充电电流IchqVpin5=540V243542A放电电流IdischgVpin5=540V140190260A放电、充电电流之比KV7=Vcc5.26.17.5电流限止传感电压VIPK250300350mV输出开关饱和电压Vce(sat)达林顿联接Isw=1.0APin1toPin81.01.3V饱和电压Vce(sat)Isw=1.0ARpin8=820.450.7V直流电压增益hFEIsw=1.0A,Vce

6、=5.0V50120集电极OFF状态电流Ic(off)Vce=40.0V0.01100A门限电压VthTamb=251.2251.251.275VTamb=0701.211.29门限电压线路调整RegVcc=3.040V1.45.0mV输入偏置电流IIBVin=0V-40-400nA电感降压式DCDC变换器：电路原理框图如图所示。图电感降压式DCDC变换器原理框图图中，VIN为输入电压，VOUT为输出电压，L为储能电感，VD为续流二极管，C为滤波电容，R1、R2为分压电阻，经分压后产生误差反馈信号FB，用以稳定输出电压和调输出电压的高低。电源开关管V既可采用N沟道绝缘栅场效应管（MOSFET）

7、，也可采用P沟道场效应管，当然也可用NPN型晶体管或PNP型晶体管，实际应用中，一般采用P沟道场效应管居多。降压式DCDC变换器的基本工作原理是：V开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通时，FIN电压经开关管S、D极、储能电感L和电容C构成回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能电感L上产生左正、右负的电动势；开关管截止期间，由于储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是，L右端正的电压滤波电容C一续流二极管VDL左端构成放电回路，放电电流继续在C两端建立直流电压，C两端获得的直流电压为负载供电。因此，降压式DCDC变换器产生的输出电压不但

8、波纹小，雨且开关管的反峰电压低。LT1111是一种新型的多用途、低功耗、输出电压可调的DC-DC变换器，可以配置为升压、降压或反压变换器，特别适合低成本、电池供电的小型手持式设备的电源部分的设计。本文详细描述了基于LT1111的多种DC-DC变换器设计方法，并对电感、电容、二极管等外围元件的选择提供合理的建议。LT1111是凌特公司的一种新型多用途DC-DC变换器核心芯片，内部集成有72kHz的固定频率振荡器、1.25V基准参考源、两个比较器和输出驱动器(包括一个通过电流可达1A的功率开关)等部件。LT1111工作时其外部只需极少的元器件(一般应用只需要3个外围器件)，可以在2V30V输入电压

9、范围内工作，而且可以由用户设置功率开关的最大通过电流。LT1111能够以8脚的小封装、300A的静态功耗提供配置为升压、降压或反压变换器的能力，因而可以充分满足各种对成本和电路板空间有限制而又要求高性能、低功耗的应用的需要。LT1111的工作原理LT1111是一种门控振荡器型的开关电源调整芯片。这种结构消耗的电源电流非常小，因为只有当反馈脚的电压低于参考电压时LT1111中的开关才会启动调整工作。芯片具体的工作原理见图1。其中，比较器A1是调整器的核心，它的两个输入端分别连到反馈脚(FB)和芯片内置的1.25V基准参考电压上，A1将反馈脚(FB)上的电压(由输出端反馈回来)与1.25V参考电压

10、相比较。当FB脚上的电压低于1.25V时，A1就会启动芯片内部72kHz的振荡器；驱动放大器将振荡器的输出信号放大，以驱动输出级的NPN型功率开关。功率开关输出的结果是输出电压和FB脚上的电压都得到了提高。当FB脚上的电压大到可以触发比较器A1翻转的时候，振荡器就会被A1关闭。不过比较器A1会延迟一点时间后才翻转，这样可以令整个环路保持稳定。这个延迟设计是在芯片内部完成的，不需要在芯片外部再作额外的频率补偿。一般情况下，LT1111内的振荡器的启动时间和关闭时间均为7s。另外，当比较器输出为低的时候，振荡器及其它各功耗较高的电路都会被关闭，使得LT1111的静态电流降到300A。图1：LT11

11、11的原理框图。图1中的增益模块A2实质上是一个比较简单的PNP输入的运算放大器，它的正输入管脚连在SET管脚上，而其负输入管脚连接到芯片内部集成的1.25V基准参考源上。A2的输出结构为漏极开路输出，它可配置为电池欠压检测器、线性后置调整器，或是误差放大器。如果不作这些用途，A2就可以悬空不用。其中的电池欠压检测器是在芯片的VIN和GND管脚之间连接一个电阻分压器(R1+R2)，该分压器的中点与SET管脚相连，以提供A2的翻转触发电压。A2翻转后，其输出A0可以吸收300A的电流，用于外部控制。原理图见图2。图2：增益模块配置为电池欠压检测器的典型接法。图2中的电阻R1、R2的阻值应尽可能小

12、，以使SET管脚上的偏置电流的偏差尽可能小。R3的最佳取值范围在1M-10M之间，主要作用是产生一点延迟时间，以便增益模块能较准确地捕捉到触发点。不过，加入R3后电路的触发点会有少许变化，设计工程师应当注意到这一点。图3就是LT1111的典型应用，图中连接ILIM管脚和VIN管脚之间的电阻R3用于设置LT1111内的功率开关可通过的最大电流。如果开关电流超过这个预设值，则开关周期将提前结束(即开关关闭，振荡器不再输出)，以确保开关电流不会超过LT1111所能承受的最大值。这一特性是其它原理类似的器件所不具备的，而且该特性允许变换器的输入电压范围扩展得很宽，也不会令电感进入饱和状态。换言之，如果

13、给R3选择了恰当的阻值，可以保证开关电流在整个输入电压范围内都被限制在指定的范围以内。如果电源电路的工作电流不大，那么R3可以省掉，只须将ILIM脚和VIN脚直接相连。LT1111-5和LT1111-12在功能上和LT1111是完全相同的，只是LT1111-5和LT1111-12的版本在片内已经集成了设定输出电压为5V和12V的电阻，其输出电压固定为5V和12V。也就是说，在-5和-12这种固定输出电压LT1111上，其管脚8(即FB/SENSE管脚)应该与输出电压管脚直接相连，而不再需要任何外部电阻。降压变换器的工作原理LT1111配置成降压变换器的典型电路见图4。LT1111内功率开关的集

14、电极与VIN相连，而由功率开关的发射极来驱动外部电感。当LT1111片内的比较器A1触发振荡器开始调整动作，并打开功率开关时，SW2管脚电压升高到(VIN-VSW)，这样，电压(VIN-VSW-VOUT)将降落在L1上。显然，L1中将出现一个电流。到开关即将关闭前，流经L1的电流值为：当开关关闭时，SW2管脚的电压快速下降到比地电位还低。当SW2电压下降到比地电位还低0.4V时，D1导通，这是因为SW2管脚的电压绝不允许低于-0.5V，D1是用来箝位的。注意，D1必须选用肖特基二极管。若选用硅基的肖特基二极管(如1N4933)，可以允许SW2脚上的电压低至-0.8V，不过这么低的值可能在LT1

15、111内部产生过大的功耗。此时变换器的输出电压可表示为：电阻R3的加入限定了流经功率开关的最大电流。这只电阻在那些输入电压范围很宽的应用中是非常重要而且是必须加入的。如果不加入R3，则开关打开后将在每个周期中都持续一段固定长度的时间，在某些情况下，流经L1的电流可能会过大，甚至超过开关的承受范围，并可能使电感进入饱和状态。这只100的电阻可以确保开关在电流达到700mA左右时关闭。值得注意的是，使用LT1111构造降压变换器时，该变换器的输出电压不能超过6.2V。如果用户需要产生更高一点的电压，可以取一只二极管1N5818与SW2脚串联(1N5818的正极连SW2管脚)。图4：LT1111配置

16、为降压变换器的典型电路。如果负载需要更大的电流来驱动，可以使用一只分立的PNP晶体管来放大降压变换器的输出电流，如图5所示。图5所示的电路可使最大可通过的开关电流提升至2A。计算电感值的公式在下文-“降压变换器中电感的选择”中再作说明，式中的VSW可引用下面的相对保守一点的公式来计算：电阻R2的作用是构成关闭Q1的电流通路，R3是Q1的基极驱动，R4、R5用来设置输出电压。1.如何选择电感DC-DC变换器的本质是将电能以磁通量的形式储存在电感中，然后再将该能量转移到负载上。正因为储存的是磁通量，而不是充电电荷，所以只要选择恰当的开关策略，就能使输出电压比输入电压高、低或者极性相反。为实现高效的

17、能量转移，配合LT1111使用的电感应该满足三个要求：首先，电感的感应系数应当很小，以保证在最差情况下(输入电压最低、功率开关打开的时间最短)电感中能存储到足够的能量，但感应系数也不是越小越好，因为还要保证在另一极端情况下(输入电压最高、开关打开时间最长)LT1111及电感的最大(开关)电流指标不至于被突破；其次，电感必须能够存得下需求的磁通量，也就是电感不能进入饱和状态。在基于LT1111的常规设计中，可以使用铁氧体工艺制造的可表面贴装的小型电感，只要它们满足饱和电流为300mA1A，同时直流电阻小于0.4的条件；最后，电感的直流电阻越小越好，以保证电感线圈不会消耗过多的能量，因为这会使电感

18、产生过多热量。在选用电感时还应考虑到电磁干扰的问题，一般圆弧形状的电感对减少电磁干扰有比较好的作用。还有一点也是最重要的，就是在选择电感前一定要先确定整个电源电路的输入电压、输出电压、输出电流的最小值和最大值。图5：大电流输出的LT1111降压变换器在降压变换器设计中如何选择电感降压变换器与升压变换器不同，在充电和放电期间，电感的电流都流经负载。在降压模式下，LT1111的开关电流应限制在650mA左右。如果需要获得更大的电流值，可参考图5所示的扩流电路。换言之，在不同的输入电压条件下，控制好ILIM管脚是最重要的。如果定好了输出电压、输出电流和输入电压范围，则最大的开关电流可依下式计算：式中

19、，DC为占空比(一般取0.50)，VSW为降压模式下功率开关上的压降，VD为二极管上的压降(1N5818肖特基二极管可取0.5V)，IOUT为输出电流，VOUT为输出电压，VIN为输入电压的最小值。经实测得知，VSW实际上是开关电流的函数，而开关电流又是VIN、L、时间、VOUT的函数。为了简化计算，可以认为VSW的值为1.5V，实际上这个取值是比较保守的。一旦IPEAK值确定了，就能算出所需的电感值：其中，tON为开关打开的时间(LT1111一般取值为7s)。然后可以选定用于限制IPEAK电流的串联电阻RLIM的阻值了。这个电阻可以保证当输入电压增加时最大开关电流仍保持不变。例如，假设我们要

20、设计一个输入电压为12V24V、输出电压为5V、输出电流为300mA的降压变换器，则首先可求出：接下来可以求出电感值：用户可以采用小于64H、但又最接近64H的那个工业标准值(即56H)。之后可以从LT1111的特性曲线上选择RLIM的值，本例中，当IPEAK为600mA时，RLIM可取56。2.如何选择电容选择合适的输出电容和选择合适的电感同等重要。如果这个滤波电容选择得不好，那么变换器的效率可能会降低，输出纹波也有可能比较大。我们通常使用的普通铝电解电容，虽然比较便宜而且容易买到，但它的等效串联阻抗(ESR)和等效串联电感(ESL)的特性都比较差，不适合配合LT1111使用。市场上有专为开

21、关式的DC-DC变换器设计的ESR值较小的铝电解电容，它们的特性比普通的铝电解电容好很多，特别是ESR值可以做得很小。钽电容的特性也非常好，只是价格比较高。通过实验得知，在基于LT1111的变换器中，使用上述三种容量均为100F的电容(假设变换器的最大开关电流为500mA)，不同的电容表现是不一样的。使用普通铝电解电容的变换器的输出过冲最高达到120mV，而使用专用铝电解电容及钽电容的变换器的输出过冲最高就只有35mV左右。设计工程师应该充分利用ILIM特性来降低输出纹波的幅值。以变换器工作于连续模式为例，如果是升压变换器，其连续工作模式的条件是：一旦输入、输出电压满足上式的关系，在开关关闭时

22、电感的电流就不会回到零。而等到开关再次打开时，电感中的电流将从这个非零值开始增长。电感中的电流在比较器关闭振荡器之前已经增长到一个相当高的值了，这个较高的电流值将会造成输出纹波过大，这显然需要更大的输出滤波电容和电感来抑制。不过，由于有了ILIM特性的支持，开关电流可以在到达一个用户预先设定的值处触发功率开关关闭。这样，输出纹波就能减小到最小的程度，对输出滤波电容的要求也就会低得多。3.如何选择二极管在LT1111的应用中，选择箝位二极管时必须遵循的三条准则包括开关速度、正向导通时的压降、漏电流。我们通常用来作整流器的二极管，如1N4001是绝不适于开关型电压变换器的，它们的额定电流虽然可以达

23、到1A，但开关时间却长达10s50s，这是不可接受的。如果用户使用这种整流管，那么变换效率将受到严重影响，甚至完全不能工作。大多数LT1111的应用电路中可以使用1N5818肖特基二极管，或是它的可表面贴装的互换型号MBRS130T3。1N5818在通过1A电流的情况下，其正向导通时的压降为500mV，1N5818的开关时间较快，漏电流只有4A10A，这使得1N5818比较适合LT1111的需要。如果变换器的最大开关电流不超过100mA，那么用户也可以选择1N4148，这种二极管在25时的漏电流只有1nA5nA，而且比1N5818更便宜，只是它的通过电流较小，因而不允许在1A的开关电流下工作。-