目錄
1、MC34063芯片特點
MC34063是一款集Boost變換器、BUCK變換器、電源反向器於一身的電源芯片,該芯片在實際應用當中很廣泛,不僅由於自身獨有的特點,同時也因爲價格不是很高,因此得到很多應用。
輸入電壓:2.5~40V
輸出電壓:1.25~40V
最大輸出電流:1.5A
工作頻率範圍:100HZ~100KHZ
工作溫度:0℃~70℃
2、芯片內部框架圖
介紹引腳之前先看一下芯片內部框架圖
引腳分配情況:
1腳SC:內部開關管Q1集電極C極引出端;
2腳SE:內部開關管Q1發射極E引出端;
3腳TC:定時電容CT引出端,調節電容大小可使工作頻率在100—100kHz範圍內變化;
4腳GND:電源接地端;
5腳COMP:比較器反相輸入端/輸出電壓取樣端;
6腳VCC:電源接線端;
7腳IS:與振盪器相連接,峯值電流取樣端;
8腳DC:內部開關管Q2集電極C引出端。
3、5V輸出原理圖
下面是24V輸入、5V輸出的具體原理圖,工作過程:
首先取樣電阻R1以及R2對輸出電壓波動進行監控,引腳5 COMP輸入得到的電壓與1.25V參考源進行電壓比較。例如當引腳5 COMP電壓值低於1.25V時,觸發器觸發,開關管Q2導通,繼而Q1導通,使24V輸入電壓不斷向電容充電,最終達到控制電壓穩定輸出目的,其他情況類似。
其中:
①電容C1:由於是24V輸入,耐壓要大於24V,這裏取兩倍於輸入電壓;
②限流電阻R:這個電阻調節輸出負載電流同時當6,7腳之間電壓超過300mV時,內部限流功能將開啓;
③電容CT:這個電容與GND相連接,決定工作頻率;
④二極管D1:這個一般用快速開關二極管,但是對於在高效率應用時候必須使用肖特基二極管
⑤電感L1:儲能電感
⑥取樣電阻R1、R2:輸出電壓Vout=1.25V(1+R2/R1),共同決定輸出電壓大小
⑦電容C2:輸出電容,耐壓足夠就可以了,電容要大一點
⑧電阻R4:放電電阻,電阻越大放電越慢
4、外圍器件標稱含義和他們的取值公式
外圍元件標稱含義和它們取值的計算公式:
Vout(輸出電壓)=1.25V(1+R1/R2 )
Ct( 定時電容):決定內部工作頻率。Ct=0.000 004*Ton(工作頻率)
Ipk=2*Iomax*T/toff
Rsc( 限流電阻):決定輸出電流。Rsc=0.33/Ipk
Lmin (電感):Lmin=(Vimin-Vces)*Ton/ Ipk
Co(濾波電容):決定輸出電壓波紋係數,Co=Io*ton/Vp-p(波紋係數)
固定值參數:
ton/toff=(Vo+Vf-Vimin)/(Vimin-Vces)
Vces=1.0V
Vimin:輸入電壓範圍的最小值
Vf=1.2V 快速開關二極管正向壓降
5、在實際應用中需要注意的事
1、快速開關二極管可以選用IN4148,在要求高效率的場合必須使用 IN5819(貼片爲SS14);
2、34063能承受的電壓,即輸入輸出電壓絕對值之和不能超過40V,否則不能安全穩定的工作;
3、輸出功率達不到要求的時候,比如>1A時,可以通過外接擴功率管的方法擴大輸出電流,三極管、雙極型或MOS管均可,一般的芯片PDF資料上都會有典型擴流電路介紹;
6、各個參數的含義
注:Ipk升壓變換的公式是Ton+Toff,不是Ton-Toff。
7、設計流程
8、關於dc-dc的頻率
34063的頻率爲24k-42k 典型工作在33k,頻率太高,和太低,效率都降低。
DC/DC的開關頻率取得越高則紋波容易去除,電感、電容都可以取值小,有利於減小體積降低成本。不過頻率太高也有缺點,就是損耗會增加,電源效率下降。(轉換器的損耗主要就在開關切換的過渡過程中。)
9、紋波抑制
對於開關紋波,理論上和實際上都是一定存在的。通常抑制或減少它的做法有五種:
(1)加大電感和輸出電容濾波
根據開關電源的公式,電感內電流波動大小和電感值成反比,輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。
同樣,輸出紋波與輸出電容的關係:vripple=Imax/(Co×f)。可以看出,加大輸出電容值可以減小紋波。
通常的做法,對於輸出電容,使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好,而且ESR 也比較大,所以會在它旁邊並聯一個陶瓷電容,來彌補鋁電解電容的不足。
同時,開關電源工作時,輸入端的電壓Vin 不變,但是電流是隨開關變化的。這時輸入電源不會很好地提供電流,通常在靠近電流輸入端(以BucK 型爲例,是SWITcH 附近),並聯電容來提供電流。
上面這種做法對減小紋波的作用是有限的。因爲體積限制,電感不會做的很大;輸出電容增加到一定程度,對減小紋波就沒有明顯的效果了;增加開關頻率,又會增加開關損失。所以在要求比較嚴格時,這種方法並不是很好。關於開關電源的原理等,可以參考各類開關電源設計手冊。
(2)二級濾波,就是再加一級LC 濾波器
LC 濾波器對噪紋波的抑制作用比較明顯,根據要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構成濾波電路,一般能夠很好的減小紋波。
採樣點選在LC 濾波器之前(Pa),輸出電壓會降低。因爲任何電感都有一個直流電阻,當有電流輸出時,在電感上會有壓降產生,導致電源的輸出電壓降低。而且這個壓降是隨輸出電流變化的。
採樣點選在LC 濾波器之後(Pb),這樣輸出電壓就是我們所希望得到的電壓。但是這樣在電源系統內部引入了一個電感和一個電容,有可能會導致系統不穩定。關於系統穩定,很多資料有介紹,這裏不詳細寫了。
(3)開關電源輸出之後,接LDO 濾波
這是減少紋波和噪聲最有效的辦法,輸出電壓恆定,不需要改變原有的反饋系統,但也是成本最高,功耗最高的辦法。任何一款LDO 都有一項指標:噪音抑制比。是一條頻率-dB 曲線。
對減小紋波。開關電源的PCB 佈線也非常關鍵,這是個很赫手的問題。有專門的開關電源PCB 工程師,對於高頻噪聲,由於頻率高幅值較大,後級濾波雖然有一定作用,但效果不明顯。這方面有專門的研究,簡單的做法是在二極管上並電容C 或RC,或串聯電感。
(4)在二極管上並電容C 或RC
二極管高速導通截止時,要考慮寄生參數。在二極管反向恢復期間,等效電感和等效電容成爲一個RC 振盪器,產生高頻振盪。爲了抑制這種高頻振盪,需在二極管兩端並聯電容C或RC 緩衝網絡。電阻一般取10Ω-100Ω,電容取4.7pF-2.2nF。
在二極管上並聯的電容C 或者RC,其取值要經過反覆試驗才能確定。如果選用不當,反而會造成更嚴重的振盪。
對高頻噪聲要求嚴格的話,可以採用軟開關技術。關於軟開關,有很多書專門介紹。
(5)二極管後接電感(EMI 濾波)
這也是常用的抑制高頻噪聲的方法。針對產生噪聲的頻率,選擇合適的電感元件,同樣能夠有效地抑制噪聲。需要注意的是,電感的額定電流要滿足實際的要求。
10、損耗
開關電源的損耗一般在:(1)開關器件的損耗 (2)二極管傳導損耗 (3)開關動態損耗