低成本DC/DC轉(zhuǎn)換器34063的應(yīng)用

34063由于價(jià)格便宜，開(kāi)關(guān)峰值電流達(dá)1.5A，電路簡(jiǎn)單且效率滿足一般要求，所以得到廣泛使用。在ADSL應(yīng)用中，34063的開(kāi)關(guān)頻率對(duì)傳輸速率有很大影響，在器件選擇及PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要仔細(xì)考慮。

線性穩(wěn)壓電源效率低，所以通常不適合于大電流或輸入、輸出電壓相差大的情況。開(kāi)關(guān)電源的效率相對(duì)較高，而且效率不隨輸入電壓的升高而降低，電源通常不需要大散熱器，體積較小，因此在很多應(yīng)用場(chǎng)合成為必然之選。開(kāi)關(guān)電源按轉(zhuǎn)換方式可分為斬波型、變換器型和電荷泵式，按開(kāi)關(guān)方式可分為軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)。

斬波型開(kāi)關(guān)電源
斬波型開(kāi)關(guān)電源按其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常可以分為3種：降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck-boost)。降壓型開(kāi)關(guān)電源電路通常如圖1所示。
圖1中，T為開(kāi)關(guān)管，L1為儲(chǔ)能電感，C1為濾波電容，D1為續(xù)流二極管。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感被充磁，電感中的電流線性增加，電能轉(zhuǎn)換為磁能存儲(chǔ)在電感中。設(shè)電感的初始電流為iL0，則流過(guò)電感的電流與時(shí)間t的關(guān)系為：
iLt= iL1+(Vi-Vo-Vs)t/L，Vs為T(mén)的導(dǎo)通電壓。
當(dāng)T關(guān)斷時(shí)，L1通過(guò)D1續(xù)流，從而電感的電流線性減小，設(shè)電感的初始電流為iL1，則則流過(guò)電感的電流與時(shí)間t的關(guān)系：
iLt=iL1-(Vo+Vf)t/L，Vf為D1的正向飽和電壓。

圖1 降壓型開(kāi)關(guān)電源基本電路

34063的特殊應(yīng)用
● 擴(kuò)展輸出電流的應(yīng)用
DC/DC轉(zhuǎn)換器34063開(kāi)關(guān)管允許的峰值電流為1.5A，超過(guò)這個(gè)值可能會(huì)造成34063永久損壞。由于通過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流為梯形波，所以輸出的平均電流和峰值電流間存在一個(gè)差值。如果使用較大的電感，這個(gè)差值就會(huì)比較小，這樣輸出的平均電流就可以做得比較大。例如，輸入電壓為9V，輸出電壓為3.3V，采用220μH的電感，輸出平均電流達(dá)到900mA，峰值電流為1200mA。

單純依賴34063內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)比900mA更高的輸出電流不是不可以做到，但可靠性會(huì)受影響。要想達(dá)到更大的輸出電流，必須借助外加開(kāi)關(guān)管。圖2和圖3是外接開(kāi)關(guān)管降壓電路和升壓電路。

圖2 升壓型達(dá)林頓及非達(dá)林頓接法

圖3 降壓型達(dá)林頓及非達(dá)林頓接法

采用非達(dá)林頓接法，外接三極管可以達(dá)到飽和，當(dāng)達(dá)到深度飽和時(shí)，由于基區(qū)存儲(chǔ)了相當(dāng)?shù)碾姾?，所以三極管關(guān)斷的延時(shí)就比較長(zhǎng)，這就延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，影響開(kāi)關(guān)頻率。達(dá)林頓接法雖然不會(huì)飽和，但開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)壓降較大，所以效率也會(huì)降低。可以采用抗飽和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，圖4所示，此驅(qū)動(dòng)電路可以將Q1的Vce保持在 0.7V以上，使其導(dǎo)通在弱飽和狀態(tài)。

圖4 抗飽和驅(qū)動(dòng)電路

利用一片34063就可以產(chǎn)生三路電壓輸出，如圖5所示。

圖5 輸出3路電壓的34063電路

+VO的輸出電壓峰值可達(dá)2倍V_IN，-VO的輸出電壓可達(dá)-V_IN。需要注意的是，3路的峰值電路不能超過(guò)1.5A，同時(shí)兩路附加電源的輸出功率和必須小于V_INI(1-D)，其中I為主輸出的電流，D為占空比。在此兩路輸出電流不大的情況下，此電路可以很好地降低實(shí)現(xiàn)升壓和負(fù)壓電源的成本。

● 具有關(guān)斷功能的34063電路
34063本身不具有關(guān)斷功能，但可以利用它的過(guò)流飽和功能，增加幾個(gè)器件就可以實(shí)現(xiàn)關(guān)斷功能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)啟動(dòng)。
圖6是具有關(guān)斷功能的34063電路，R4取510Ω，R6取3.9kΩ。當(dāng)控制端加一個(gè)高電平，則34063的輸出就變成0V，同時(shí)不影響它的過(guò)流保護(hù)功能的正常工作。
將此電路稍加改動(dòng)，就可以得到具有延時(shí)啟動(dòng)功能的34063電路，如圖7所示。
取C11為1μF，R10為510Ω，就可以達(dá)到200～500ms的啟動(dòng)延時(shí)(延時(shí)時(shí)間和輸入電壓有關(guān))。這個(gè)電路的缺點(diǎn)就是當(dāng)峰值電流過(guò)流時(shí)無(wú)法起到保護(hù)作用，只能對(duì)平均電流過(guò)流起保護(hù)作用。

● 恒流恒壓充電電路
恒壓恒流充電電路如圖8所示，可用于給蓄電池進(jìn)行充電，先以500mA電流恒流充電，充到13.8V后變?yōu)楹銐撼潆姡潆婋娏髦饾u減小。

34063的局限性
由34063構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源雖然價(jià)格便宜、應(yīng)用廣泛，但它的局限性也是顯而易見(jiàn)的。主要有以下幾點(diǎn)：
(1)效率偏低。對(duì)于降壓應(yīng)用，效率一般只有70%左右，輸出電壓低時(shí)效率更低。這就使它不能用在某些對(duì)功耗要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，比如USB提供電源的應(yīng)用。
(2)占空比范圍偏小，約在15%～80%，這就限制了它的動(dòng)態(tài)范圍，某些輸入電壓變化較大的應(yīng)用場(chǎng)合則不適用。
(3)由于采用開(kāi)環(huán)誤差放大，所以占空比不能鎖定，這給電路參數(shù)的選擇帶來(lái)麻煩，電感量和電容量不得不數(shù)倍于理論計(jì)算值，才能達(dá)到預(yù)期的效果。雖然34063有許多缺點(diǎn)，但對(duì)產(chǎn)品利潤(rùn)空間十分有限的制造商來(lái)說(shuō)，它還是設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的很好選擇。

圖6 具有關(guān)斷功能的34063電路

圖7 具有延時(shí)啟動(dòng)功能的34063電路

圖8 恒壓恒流充電電路

開(kāi)關(guān)電源的頻率和ADSL性能
對(duì)于ADSL來(lái)說(shuō)，上行信道分布在30～100kHz之間，下行信道分布在100kHz～1.1MHz之間。長(zhǎng)線連接速率常常是衡量ADSL性能的一個(gè)重要指標(biāo)，但在線路很長(zhǎng)的時(shí)候，下行信道中高頻信道衰減得很厲害，所以此時(shí)下行低頻段的信噪比對(duì)長(zhǎng)線連接速率就起著至關(guān)重要的作用。
開(kāi)關(guān)電源的輸出含有開(kāi)關(guān)頻率基頻及其諧波的紋波成分，一般從基波到10次諧波的能量都比較大。如果開(kāi)關(guān)頻率為20kHz，它的諧波為40kHz、60kHz、80kHz…。這樣，從100～300kHz的下行信道中就會(huì)有10個(gè)干擾的頻率點(diǎn)。而如果開(kāi)關(guān)頻率為100kHz，則干擾點(diǎn)就下降為2個(gè)，如果開(kāi)關(guān)頻率為1MHz，則下行信道就不會(huì)受到干擾，這樣就能極大提高下行信道的性能。

器件選擇要點(diǎn)
(1)只如果外接開(kāi)關(guān)管，最好選擇開(kāi)關(guān)三極管或功率MOS 管，注意耐壓和功耗。
(2)如果開(kāi)關(guān)頻率很高，電感可選用多線并繞的，以降低趨膚效應(yīng)的影響。
(3)續(xù)流二極管一般選恢復(fù)時(shí)間短、正向?qū)妷盒〉男ぬ鼗O管，但要注意耐壓。如果輸出電壓很小(零點(diǎn)幾伏)，就必須使用MOS管續(xù)流。輸出濾波電容一般使用高頻電容，可減小輸出紋波同時(shí)降低電容的溫升。在取樣電路的上臂電阻并一個(gè)0.1～1μf電容，可以改善瞬態(tài)響應(yīng)。

PCB布局和布線的要點(diǎn)
開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷都存在一個(gè)電流環(huán)路，這兩個(gè)環(huán)路都是高頻、大電流的環(huán)路，所以在布局和布線時(shí)都要將此二環(huán)路面積設(shè)計(jì)得最小。用于反饋的取樣電壓要從輸出電容上引出，并注意芯片或開(kāi)關(guān)管的散熱。

參考文獻(xiàn)
1張占松,蔡宣三．開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社,1998
2Motorola Inc.．MC34063A DC-DC ConverterControl Circiuts． Motorola Inc.,1996