摘  要： 基于DC/DC轉(zhuǎn)換芯片MC34063，設(shè)計(jì)了一種將正電壓轉(zhuǎn)化為負(fù)電壓的電源變換。詳細(xì)介紹了此電源轉(zhuǎn)換電路的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程及測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明，此電源轉(zhuǎn)化電路具有較小的紋波以及較高的穩(wěn)壓精度。

　　關(guān)鍵詞： MC34063；開關(guān)電源；DC/DC

0 引言

　　電源作為各種電子設(shè)備的動(dòng)力源，是各電子設(shè)備的重要組成部分[1]。開關(guān)電源源于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為穩(wěn)壓型電源的主流產(chǎn)品。開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制芯片和功率開關(guān)管構(gòu)成，通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)晶體管接通和關(guān)斷的時(shí)間比，對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)電壓變換。伴隨著電力電子與集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，開關(guān)電源正朝著小型化、高頻化、低損耗、低噪聲的方向不斷發(fā)展[2-3]。

　　DC/DC轉(zhuǎn)換器又叫直流斬波，屬于開關(guān)電源，可將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成不同的直流輸出電壓供用電電路使用。本文介紹一種基于DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程，核心器件采用MC34063，可將正的直流電源轉(zhuǎn)化成負(fù)的直流電源。該電源轉(zhuǎn)換電路不僅穩(wěn)定性高，且具有較大的輸出電流。

1 MC34063芯片簡(jiǎn)介

　　MC34063是一種單片雙極性集成電路，輸入電壓范圍為3~40 V，輸出電壓范圍為1.25~40 V，當(dāng)電路外部增加NPN或PNP及相應(yīng)擴(kuò)展電路時(shí)，MC34063的輸出電流可擴(kuò)展為1.5 A。片內(nèi)振蕩器的最高震蕩頻率為42 kHz。MC34063內(nèi)部含有DC/DC變換器所需的基本控制電路，并可與少量的外部元器件一起構(gòu)成升壓式變換器、降壓式變換器、反向器三種不同的DC/DC變換器。

　　MC34063具有DC/DC變換器所需要的主要功能，由溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器、RS觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)管等部分組成[2]。MC34063通常與開關(guān)管一起配合使用，外圍電路簡(jiǎn)單。MC34063的工作原理為：通過(guò)對(duì)輸出電壓取樣接至內(nèi)部誤差放大器反向輸入端，通過(guò)對(duì)取樣電壓與內(nèi)部1.25 V基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較，控制脈沖寬度，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的[3]。

2 電路參數(shù)設(shè)計(jì)

　　本文中將輸入電壓為8 V的直流電壓轉(zhuǎn)化為輸出電壓為-8.3 V，輸出最大電流1.5 A的直流電，設(shè)計(jì)的電路圖如圖1所示。圖中的D1采用型號(hào)為1N5819的二極管，此二極管為硅管，正向壓降為0.6 V。Q1是型號(hào)為2SA1020的PNP型三極管，其飽和壓降為1 V。下面介紹電路中其他參數(shù)的計(jì)算。

　　計(jì)算中所需的電源特性參數(shù)介紹如下。Vsat為開關(guān)管Q1的飽和電壓，由于設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為2SA1020的PNP管來(lái)擴(kuò)展電流，此管的飽和壓降Vsat為1 V。VF為整流二極管D1的正向壓降，1N5819型二極管正向壓降為0.6 V。VIN為輸入電壓標(biāo)稱值，本設(shè)計(jì)中取8 V。VOUT為輸出電壓標(biāo)稱值，設(shè)為-8.3 V。IOUT為電路的輸出電流值，設(shè)為200 mA。Vripple（pp）為輸出電壓紋波的峰峰值，由于紋波電壓將直接影響電路的線性調(diào)整和負(fù)載調(diào)整率，其產(chǎn)生的影響不可忽視，本設(shè)計(jì)中將Vripple（pp）的值設(shè)為100 mV。

　　2.1 定時(shí)電容設(shè)定

　　MC34063可在24~42 kHz的頻率范圍內(nèi)工作，其工作頻率可通過(guò)外部調(diào)節(jié)電容CT設(shè)置，本文選取此芯片的典型工作頻率33 kHz。將f為33 kHz代入如下4個(gè)公式中：

　　計(jì)算可得定時(shí)電容CT為532 pF，在實(shí)際應(yīng)用中，由于電容的等效串聯(lián)電阻以及印制電路板上布線等因素的影響，電容的取值應(yīng)比計(jì)算所得的值大一些，所以實(shí)際中選用容值為680 pF的定時(shí)電容。

　　2.2 限流保護(hù)設(shè)定

　　限流保護(hù)電路是指在電源過(guò)載或輸出短路時(shí)保護(hù)電源裝置，防止負(fù)載損壞。MC34063芯片可通過(guò)電阻RSC的阻值大小來(lái)控制最大電流以保護(hù)芯片。將計(jì)算得到的ton和toff以及IOUT、Vsat、VIN值帶入式（5）中，其中Vsat為開關(guān)管Q1的飽和電壓，由于設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為2SA1020的PNP管來(lái)擴(kuò)展電流，此管的飽和壓降Vsat為1 V。計(jì)算得峰值電流Ipk（switch）為720 mA。將Ipk（switch）為720 mA代入式（6）中，得到感應(yīng)電阻RSC為0.47 Ω，實(shí)際中選用阻值為0.02 Ω的精密電阻。

　　2.3 儲(chǔ)能電感及輸出電容的設(shè)定

　　將Vsat、VF、VIN、f、Vripple（pp）、IOUT的值代入式（7）可得儲(chǔ)能電感L（min）為203 H，實(shí)際中選取電感值為330 H的屏蔽電感。將已知值帶入式（8），計(jì)算得輸出電容CO為240 F，本設(shè)計(jì)中CO選取容值為470 F、耐壓為20 V的鉭電容。

　　2.4 輸出電壓設(shè)定

　　輸出電壓可由式（9）得到。芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源為1.25 V，反饋取樣電阻R1和R2決定了輸出電壓的大小。將VOUT為-8 V帶入式（9）可得。實(shí)際中取R1為800 Ω，則R2應(yīng)為4.5 kΩ，將R1和R2的值帶入式（9），可得VOUT為-8.28 V。

　　經(jīng)過(guò)以上步驟可得到圖1中所設(shè)計(jì)的電源轉(zhuǎn)換電路中每個(gè)元件的值。

3 測(cè)試結(jié)果

　　本文采用示波器對(duì)輸出電壓的紋波進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)負(fù)載為220 Ω時(shí)，利用示波器對(duì)輸出電壓進(jìn)行測(cè)試，電路輸出電壓測(cè)試圖如圖2所示。從圖2中可讀出輸出電壓為-8.32 V，輸出電壓紋波的峰峰值為400 mV，都與設(shè)定值相近。測(cè)試結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)電路滿足基本設(shè)計(jì)要求，不僅達(dá)到了電壓的極性變換，并且具有較小的紋波。

4 結(jié)論

　　本文利用開關(guān)電源芯片MC34063作為核心器件，采用少量的外部器件將其設(shè)置為反相器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種負(fù)電源產(chǎn)生電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此變換電路具有體積小、輸出電壓穩(wěn)定性高、紋波小的特點(diǎn)。文章詳細(xì)介紹了此電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)過(guò)程、電路測(cè)試結(jié)果及分析，對(duì)設(shè)計(jì)其他開關(guān)電源設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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