MC34063 DC/DC轉(zhuǎn)換控制電路測試方法概述

孫曦東，邢 壯

（中國電子科技集團公司第47研究所，沈陽 110032）

1 引言

目前，DC/DC轉(zhuǎn)換器廣泛應用于各行各業(yè)。其中，MC34063電路本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能，是一種雙極型線性集成單片控制電路，由于價格便宜，開關峰值電流達1.5 A，電路簡單且效率滿足一般要求，所以廣泛用于以微處理器（MPU）或單片機（MCU）為基礎的系統(tǒng)里。本文就以MC34063電路為例，探討一下DC/DC轉(zhuǎn)換電路的測試方法。

2 MC34063電路簡介

MC34063電路由具有溫度自動補償功能的基準電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R-S觸發(fā)器和大電流輸出開關電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構(gòu)成的DC/DC變換器使用簡單可靠，僅用少量的外部元器件。

主要特性：輸入電壓范圍為2.5～40 V，輸出電壓可調(diào)范圍為1.25～40 V，輸出電流可達1.5 A，工作頻率最高可達180 kHz，低靜態(tài)電流，短路電流限制，可實現(xiàn)升壓或降壓電源變換器。

基本結(jié)構(gòu)及引腳功能如圖1：Pin1：開關管T1集電極引出端；Pin2：開關管T1發(fā)射極引出端；Pin3：定時電容CT接線端，調(diào)節(jié)CT可使工作頻率在100～100 kHz范圍內(nèi)變化；Pin4：電源地；Pin5：電壓比較器反相輸入端，同時也是輸出電壓取樣端，使用時應外接兩個精度不低于1%的精密電阻；Pin6：電源端； Pin7：負載峰值電流（Ipk）取樣端；6、7腳之間電壓超過300 mV時，芯片將啟動內(nèi)部過流保護功能；Pin8：驅(qū)動管T2集電極引出端。

圖1 MC34063電路基本結(jié)構(gòu)圖

工作原理：振蕩器通過恒流源對外接在CT管腳（3腳）上的定時電容不斷地充電和放電，以產(chǎn)生振蕩波形。充電和放電電流都是恒定的，所以振蕩頻率僅取決于外接定時電容的容量。與門的C輸入端在振蕩器對外充電時為高電平；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)器被復位，使得輸出開關管處于關閉狀態(tài)。電流限制檢測端Pin7通過檢測連接在VCC和Pin7之間電阻上的壓降來完成功能。當檢測到電阻上的電壓降接近超過300 mV時，電流限制電路開始工作。這時通過CT管腳（Pin3）對定時電容進行快速充電，以減少充電時間和輸出開關管的導通時間，結(jié)果是使得輸出開關管的關閉時間延長。

3 MC34063電路電參數(shù)測試說明

對該電路的測試包含有振蕩器部分、輸出開關部分、比較器部分和器件總體，以及升壓等應用部分進行測試。下面就各部分主要參數(shù)的測試方法做說明。

3.1 振蕩器部分

對振蕩器部分參數(shù)的測試包括振蕩器頻率（fosc）、 充電電流（Ichg）、放電電流（Idischg）、放電充電電流比（Idischg/Ichg）、電流限制檢測電壓（Vipk）；按測試條件施加電壓，輸入定時電容會產(chǎn)生如圖2的充放電三角波形，據(jù)此波形可知振蕩器頻率，根據(jù)公式I=C×ΔV/Δt，可計算出其充放電電流，置VCC=Vpin7=5 V，由圖2可知，定時電容充電過程明顯大于放電過程，往下微調(diào)VPin7電壓，直到電流限制電路開始工作，這時通過CT管腳（Pin3）對定時電容進行快速充電，以減少充電時間和輸出開關管的導通時間，結(jié)果使得放電時間和輸出開關管的關閉時間延長，當充電時間和放電時間相等時，VCC和Vpin7的壓差即為電流限制檢測電壓Vipk。

圖2 充放電三角波形圖

3.2 輸出開關部分

為了滿足開關峰值電流1.5 A的要求，通常采用達林頓接法。由Pin5到T1管的CE兩極輸出，涉及振蕩器、與門、R-S觸發(fā)器，如果要T1管處于導通狀態(tài)，振蕩器輸出信號就必須保持在邏輯1的狀態(tài)，圖3為達林頓兩種接法的典型值。

圖3 達林頓兩種接法的典型值

3.3 比較器部分

當Pin5輸入電壓低于內(nèi)部Vref時，Pin2會輸出24～42 kHz的方波，VOL=0 V，VOH為VCC/2； Pin5輸入電壓高于內(nèi)部Vref時，Pin2輸出為0 V。由此得出Vref值即為Vth。本測試連同振蕩器充放電頻率一同檢測完畢。Vth電參數(shù)表制定規(guī)格為1.21～1.29 V（工作溫度為 0～70 ℃），量產(chǎn)測試通常為常溫，考慮到測試中的誤差，可以將其規(guī)格定為1.225～1.275 V。

4 用MC34063搭建升壓電路的測試研究

DC/DC轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。其通常分為三類：升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以及反向型DC/DC轉(zhuǎn)換器。下面就以MC34063構(gòu)成的升壓電路的測試方法進行介紹。

4.1 升壓電路工作原理

MC34063組成的升壓電路原理如圖4，當芯片內(nèi)開關管T1導通時，輸入電壓Vin經(jīng)取樣電阻RSC、電感L、Pin1和Pin2接地，此時電感L開始存儲能量，而由CO對負載提供能量。當T1斷開時，輸入電壓Vin和電感L同時通過二極管1N5819給輸出負載和電容CO提供能量。電感L在釋放能量期間，由于其兩端的電動勢極性與輸入電壓Vin極性相同，相當于兩個電源串聯(lián)，且CO儲存來自電感L的電流，經(jīng)多個開關周期以后（圖5），輸出電容CO的電壓升高，結(jié)果使得輸出電壓Vout高于輸入電壓Vin。開關管導通與關斷的頻率也是振蕩器部分OSC的工作頻率。只要此頻率相對于輸出負載的時間常數(shù)足夠高，輸出負載上便可獲得連續(xù)的直流電壓。輸出的電壓由分壓器R1和R2分壓后輸入比較器，并與基準電壓一起去控制脈沖寬度，由此而獲得所需要的電壓，即Vout=Vref×（R1/R2+1）。

圖4 MC34063組成的升壓電路原理圖

圖5 開關周期

4.2 測試方法及結(jié)果

該升壓電路測試參數(shù)見表1，線性調(diào)整率為在規(guī)定的條件下，當輸入電壓Vin從8 V變化到16 V時，所引起的輸出電壓Vout的相對變化量；負載調(diào)整率為在規(guī)定的條件下，調(diào)整輸出負載的大小，使輸出電流IO從75 mA變化到175 mA時，所引起的輸出電壓Vout的相對變化量；輸出紋波為在規(guī)定的條件下，調(diào)整輸出負載的大小，使輸出電流IO=175 mA，用示波器讀出輸出電壓Vout中所包含的交流分量峰-峰值，應注意外界干擾對紋波測量的影響，可以使示波器接地端與MC34063地端之間的接地線盡可能短，一般不超過10 cm，或者采用外電路補償?shù)牡刃мk法；效率即輸出功率與輸入功率的百分比。

表1 電路測試參數(shù)

該升壓電路未外接大功率達林頓結(jié)構(gòu)開關管，主要用于輸出電流較小的場合，工作電流可達幾十毫安至幾百毫安，測試結(jié)果表明，其輸出穩(wěn)定度高，轉(zhuǎn)換效率可達80%以上。

4.3 搭建該電路的注意事項

設計該測試電路需要特別注意的地方（見圖4）：首先，在PCB板布局上，CI和CO應盡可能靠近被測電路，這樣可以減小影響Vin和Vout紋波的銅跡線電阻。盡量減小連接電感L和輸出二極管1N5819的跡線長度，這樣能減小功耗并提高效率。輸出反饋電阻R2遠離電感L可以將噪聲影響降至最小。其次，電容的選擇上，由于該升壓電路的輸入為三角形電壓波形，因此要求輸入電容CI必須減小輸入紋波和噪聲。紋波的大小與輸入電容值的大小成反比，電容值越大，紋波越小。如果輸出負載變化很小，并且輸出電流小，使用小容量輸入電容也很安全。如果被測電路的輸入電壓與源輸出相差很小，也可選小體積電容。如果要求電路對輸入電壓源紋波干擾很小，就可能需要大容量電容，并（或）減小等效串聯(lián)電阻。輸出電容CO的選擇決定于輸出電壓紋波。在大多數(shù)場合，要使用等效串聯(lián)電阻值低的電容，如陶瓷和聚合物電解電容。否則，就需要仔細查看被測電路頻率補償，并且在輸出電路端可能需要另加一額外電容。第三，因為電感L的大小影響輸入和輸出紋波電壓和電流，所以電感的選擇也是設計的關鍵。等效串聯(lián)電阻值低的電感，其轉(zhuǎn)換效率最佳。要使電感飽和電流額定值大于電路的穩(wěn)態(tài)電感電流峰值。最后，要選擇快速肖特基整流二極管（如1N5819）。與普通二極管相比，肖特基二極管功耗低且開關頻率高。肖特基二極管平均電壓額定值應大于電路最大輸出電壓。

5 結(jié)束語

以上從MC34063電路的結(jié)構(gòu)及工作原理的角度，對其基本電參數(shù)及其升壓電路的測試方法做了說明，為業(yè)界同行測試該類DC/DC電路提供一定參考，也可基于此類電路的測試原理進行相關測試平臺及測試程序的開發(fā)。

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