以MC34063為例概述DC/DC轉(zhuǎn)換控制電路測(cè)試方法

摘 要：目前，DC/DC轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通信?計(jì)算機(jī)?辦公自動(dòng)化設(shè)備?工業(yè)儀器儀表?軍事?航天等領(lǐng)域，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)?文章以其中有一定代表性的MC34063電路為例，扼要介紹其電特性和用其構(gòu)成的升壓電路的測(cè)試方法，并解析其測(cè)試原理和升壓電路設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器的分析測(cè)試和量產(chǎn)測(cè)試提供一些借鑒?

　　1 引言

　　目前，DC/DC轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)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(jià)格便宜，開關(guān)峰值電流達(dá)1.5 A，電路簡(jiǎn)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(jī)（MCU）為基礎(chǔ)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(cè)試方法?

　　2 MC34063電路簡(jiǎn)介

　　MC34063電路由具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)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(guān)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(jiǎn)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(dá)1.5 A，工作頻率最高可達(dá)180 kHz，低靜態(tài)電流，短路電流限制，可實(shí)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(guān)管T1集電極引出端;Pin2：開關(guān)管T1發(fā)射極引出端;Pin3：定時(shí)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(shí)也是輸出電壓取樣端， 使用時(shí)應(yīng)外接兩個(gè)精度不低于1%的精密電阻;Pin6：電源端; Pin7：負(fù)載峰值電流（Ipk）取樣端;6?7腳之間電壓超過300 mV時(shí)，芯片將啟動(dòng)內(nèi)部過流保護(hù)功能;Pin8：驅(qū)動(dòng)管T2集電極引出端?

　　工作原理：振蕩器通過恒流源對(duì)外接在CT管腳（3腳）上的定時(shí)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(shí)電容的容量?與門的C輸入端在振蕩器對(duì)外充電時(shí)為高電平;D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時(shí)為高電平?當(dāng)C和D輸入端都變成高電平時(shí)，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導(dǎo)通?反之，當(dāng)振蕩器在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)?電流限制檢測(cè)端Pin7通過檢測(cè)連接在VCC和Pin7之間電阻上的壓降來完成功能?當(dāng)檢測(cè)到電阻上的電壓降接近超過300 mV時(shí)，電流限制電路開始工作?這時(shí)通過CT管腳（Pin3）對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，結(jié)果是使得輸出開關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)?

　　3 MC34063電路電參數(shù)測(cè)試說明

　　對(duì)該電路的測(cè)試包含有振蕩器部分?輸出開關(guān)部分?比較器部分和器件總體，以及升壓等應(yīng)用部分進(jìn)行測(cè)試?下面就各部分主要參數(shù)的測(cè)試方法做說明?

　　3.1 振蕩器部分

　　對(duì)振蕩器部分參數(shù)的測(cè)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(cè)電壓（Vipk）;按測(cè)試條件施加電壓，輸入定時(shí)電容會(huì)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(jì)算出其充放電電流，置VCC=Vpin7=5 V，由圖2可知，定時(shí)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(shí)通過CT管腳（Pin3）對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，結(jié)果使得放電時(shí)間和輸出開關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)充電時(shí)間和放電時(shí)間相等時(shí)，VCC和Vpin7的壓差即為電流限制檢測(cè)電壓Vipk?

　　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(jì)算出其充放電電流，置VCC=Vpin7=5 V，由圖2可知，定時(shí)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(shí)通過CT管腳（Pin3）對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，結(jié)果使得放電時(shí)間和輸出開關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)充電時(shí)間和放電時(shí)間相等時(shí)，VCC和Vpin7的壓差即為電流限制檢測(cè)電壓Vipk?

　　3.2 輸出開關(guān)部分

　　為了滿足開關(guān)峰值電流1.5 A的要求，通常采用達(dá)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(dǎo)通狀態(tài)，振蕩器輸出信號(hào)就必須保持在邏輯1的狀態(tài)，圖3為達(dá)林頓兩種接法的典型值?

　　3.3 比較器部分

　　當(dāng)Pin5輸入電壓低于內(nèi)部Vref時(shí)，Pin2會(huì)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(shí)，Pin2輸出為0 V?由此得出Vref值即為Vth?本測(cè)試連同振蕩器充放電頻率一同檢測(cè)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(cè)試通常為常溫，考慮到測(cè)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(cè)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(cè)試方法進(jìn)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(dāng)芯片內(nèi)開關(guān)管T1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vin經(jīng)取樣電阻RSC?電感L?Pin1和Pin2接地，此時(shí)電感L開始存儲(chǔ)能量，而由CO對(duì)負(fù)載提供能量?當(dāng)T1斷開時(shí)，輸入電壓Vin和電感L同時(shí)通過二極管1N5819給輸出負(fù)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(dòng)勢(shì)極性與輸入電壓Vin極性相同，相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián)，且CO儲(chǔ)存來自電感L的電流，經(jīng)多個(gè)開關(guān)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(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率也是振蕩器部分OSC的工作頻率?只要此頻率相對(duì)于輸出負(fù)載的時(shí)間常數(shù)足夠高，輸出負(fù)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(zhǔn)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）?

　　4.2 測(cè)試方法及結(jié)果

　　該升壓電路測(cè)試參數(shù)見表1，線性調(diào)整率為在規(guī)定的條件下，當(dāng)輸入電壓Vin從8 V變化到16 V時(shí)，所引起的輸出電壓Vout的相對(duì)變化量;負(fù)載調(diào)整率為在規(guī)定的條件下，調(diào)整輸出負(fù)載的大小，使輸出電流IO從75 mA變化到175 mA時(shí)，所引起的輸出電壓Vout的相對(duì)變化量;輸出紋波為在規(guī)定的條件下，調(diào)整輸出負(fù)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(yīng)注意外界干擾對(duì)紋波測(cè)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(bǔ)償?shù)牡刃мk法;效率即輸出功率與輸入功率的百分比?

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

　　4.3 搭建該電路的注意事項(xiàng)

　　設(shè)計(jì)該測(cè)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(yīng)盡可能靠近被測(cè)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(zhǎng)度，這樣能減小功耗并提高效率?輸出反饋電阻R2遠(yuǎn)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(fù)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(cè)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(duì)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(chǎng)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(xì)查看被測(cè)電路頻率補(bǔ)償，并且在輸出電路端可能需要另加一額外電容?第三，因?yàn)殡姼蠰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(shè)計(jì)的關(guān)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(guān)頻率高?肖特基二極管平均電壓額定值應(yīng)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(duì)其基本電參數(shù)及其升壓電路的測(cè)試方法做了說明，為業(yè)界同行測(cè)試該類DC/DC電路提供一定參考，也可基于此類電路的測(cè)試原理進(jìn)行相關(guān)測(cè)試平臺(tái)及測(cè)試程序的開發(fā)?已經(jīng)通過測(cè)試并通過了國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的驗(yàn)收?