低成本DC/DC轉換器34063的應用(圖)

   線性穩壓電源效率低，所以通常不適合于大電流或輸入、輸出電壓相差大的情況。開關電源的效率相對較高，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，因此在很多應用場合成為必然之選。開關電源按轉換方式可分為斬波型、變換器型和電荷泵式，按開關方式可分為軟開關和硬開關。

斬波型開關電源
   斬波型開關電源按其拓撲結構通?？梢苑譃?種：降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck-boost)。降壓型開關電源電路通常如圖1所示。
圖1中，T為開關管，L1為儲能電感，C1為濾波電容，D1為續流二極管。當開關管導通時，電感被充磁，電感中的電流線性增加，電能轉換為磁能存儲在電感中。設電感的初始電流為iL0，則流過電感的電流與時間t的關系為：
   iLt= iL1+(Vi-Vo-Vs)t/L，Vs為T的導通電壓。
   當T關斷時，L1通過D1續流，從而電感的電流線性減小，設電感的初始電流為iL1，則則流過電感的電流與時間t的關系：
   iLt=iL1-(Vo+Vf)t/L，Vf為D1的正向飽和電壓。

圖1 降壓型開關電源基本電路

34063的特殊應用
● 擴展輸出電流的應用
    DC/DC轉換器34063開關管允許的峰值電流為1.5A，超過這個值可能會造成34063永久損壞。由于通過開關管的電流為梯形波，所以輸出的平均電流和峰值電流間存在一個差值。如果使用較大的電感，這個差值就會比較小，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，輸出平均電流達到900mA，峰值電流為1200mA。

   單純依賴34063內部的開關管實現比900mA更高的輸出電流不是不可以做到，但可靠性會受影響。要想達到更大的輸出電流，必須借助外加開關管。圖2和圖3是外接開關管降壓電路和升壓電路。

圖2 升壓型達林頓及非達林頓接法

圖3  降壓型達林頓及非達林頓接法

   采用非達林頓接法，外接三極管可以達到飽和，當達到深度飽和時，由于基區存儲了相當的電荷，所以三極管關斷的延時就比較長，這就延長了開關導通時間，影響開關頻率。達林頓接法雖然不會飽和，但開關導通時壓降較大，所以效率也會降低?？梢圆捎每癸柡万寗蛹夹g，圖4所示，此驅動電路可以將Q1的Vce保持在  0.7V以上，使其導通在弱飽和狀態。

圖4  抗飽和驅動電路

   利用一片34063就可以產生三路電壓輸出，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2倍V_IN，-VO的輸出電壓可達-V_IN。需要注意的是，3路的峰值電路不能超過1.5A，同時兩路附加電源的輸出功率和必須小于V_IN·I·(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現升壓和負壓電源的成本。

● 具有關斷功能的34063電路
   34063本身不具有關斷功能，但可以利用它的過流飽和功能，增加幾個器件就可以實現關斷功能，同時還可以實現延時啟動。
圖6是具有關斷功能的34063電路，R4取510Ω，R6取3.9kΩ。當控制端加一個高電平，則34063的輸出就變成0V，同時不影響它的過流保護功能的正常工作。
將此電路稍加改動，就可以得到具有延時啟動功能的34063電路，如圖7所示。
取C11為1μF，R10為510Ω，就可以達到200～500ms的啟動延時(延時時間和輸入電壓有關)。這個電路的缺點就是當峰值電流過流時無法起到保護作用，只能對平均電流過流起保護作用。

● 恒流恒壓充電電路
    恒壓恒流充電電路如圖8所示，可用于給蓄電池進行充電，先以500mA電流恒流充電，充到13.8V后變為恒壓充電，充電電流逐漸減小。

34063的局限性
    由34063構成的開關電源雖然價格便宜、應用廣泛，但它的局限性也是顯而易見的。主要有以下幾點：
(1)效率偏低。對于降壓應用，效率一般只有70%左右，輸出電壓低時效率更低。這就使它不能用在某些對功耗要求嚴格的場合，比如USB提供電源的應用。
(2)占空比范圍偏小，約在15%～80%，這就限制了它的動態范圍，某些輸入電壓變化較大的應用場合則不適用。
(3)由于采用開環誤差放大，所以占空比不能鎖定，這給電路參數的選擇帶來麻煩，電感量和電容量不得不數倍于理論計算值，才能達到預期的效果。雖然34063有許多缺點，但對產品利潤空間十分有限的制造商來說，它還是設計開關電源的很好選擇。

圖6  具有關斷功能的34063電路

圖7  具有延時啟動功能的34063電路

圖8  恒壓恒流充電電路

開關電源的頻率和ADSL性能
    對于ADSL來說，上行信道分布在30～100kHz之間，下行信道分布在100kHz～1.1MHz之間。長線連接速率常常是衡量ADSL性能的一個重要指標，但在線路很長的時候，下行信道中高頻信道衰減得很厲害，所以此時下行低頻段的信噪比對長線連接速率就起著至關重要的作用。
開關電源的輸出含有開關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。如果開關頻率為20kHz，它的諧波為40kHz、60kHz、80kHz…。這樣，從100～300kHz的下行信道中就會有10個干擾的頻率點。而如果開關頻率為100kHz，則干擾點就下降為2個，如果開關頻率為1MHz，則下行信道就不會受到干擾，這樣就能極大提高下行信道的性能。

器件選擇要點
   (1)只如果外接開關管，最好選擇開關三極管或功率MOS 管，注意耐壓和功耗。
   (2)如果開關頻率很高，電感可選用多線并繞的，以降低趨膚效應的影響。
   (3)續流二極管一般選恢復時間短、正向導通電壓小的肖特基二極管，但要注意耐壓。如果輸出電壓很小(零點幾伏)，就必須使用MOS管續流。輸出濾波電容一般使用高頻電容，可減小輸出紋波同時降低電容的溫升。在取樣電路的上臂電阻并一個0.1～1μf電容，可以改善瞬態響應。

PCB布局和布線的要點
   開關導通和關斷都存在一個電流環路，這兩個環路都是高頻、大電流的環路，所以在布局和布線時都要將此二環路面積設計得最小。用于反饋的取樣電壓要從輸出電容上引出，并注意芯片或開關管的散熱。

參考文獻
1 張占松,蔡宣三．開關電源的原理與設計.電子工業出版社,1998
2 Motorola Inc.．MC34063A DC-DC Converter  Control Circiuts． Motorola Inc.,1996