以MC34063為例概述DC/DC轉換控制電路測試方法

摘 要：目前，DC/DC轉換器廣泛應用于遠程及數(shù)據通信?計算機?辦公自動化設備?工業(yè)儀器儀表?軍事?航天等領域，涉及到國民經濟的各行各業(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成的升壓電路的測試方法，并解析其測試原理和升壓電路設計中的注意事項，對DC/DC轉換器的分析測試和量產測試提供一些借鑒?

　　1 引言

　　目前，DC/DC轉換器廣泛應用于各行各業(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，由于價格便宜，開關峰值電流達1.5 A，電路簡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（MCU）為基礎的系統(tǒng)里?本文就以MC34063電路為例，探討一下DC/DC轉換電路的測試方法?

　　2 MC34063電路簡介

　　MC34063電路由具有溫度自動補償功能的基準電壓發(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，由它構成的DC/DC變換器使用簡單可靠，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，輸出電壓可調范圍為1.25~40 V，輸出電流可達1.5 A，工作頻率最高可達180 kHz，低靜態(tài)電流，短路電流限制，可實現(xiàn)升壓或降壓電源變換器?

　　基本結構及引腳功能如圖1:Pin1：開關管T1集電極引出端;Pin2：開關管T1發(fā)射極引出端;Pin3：定時電容CT接線端，調節(jié)CT可使工作頻率在100~100 kHz范圍內變化;Pin4：電源地;Pin5：

　　電壓比較器反相輸入端，同時也是輸出電壓取樣端， 使用時應外接兩個精度不低于1%的精密電阻;Pin6：電源端; Pin7：負載峰值電流（Ipk）取樣端;6?7腳之間電壓超過300 mV時，芯片將啟動內部過流保護功能;Pin8：驅動管T2集電極引出端?

　　工作原理：振蕩器通過恒流源對外接在CT管腳（3腳）上的定時電容不斷地充電和放電，以產生振蕩波形?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電容的容量?與門的C輸入端在振蕩器對外充電時為高電平;D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時為高電平?當C和D輸入端都變成高電平時，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關管導通?反之，當振蕩器在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復位，使得輸出開關管處于關閉狀態(tài)?電流限制檢測端Pin7通過檢測連接在VCC和Pin7之間電阻上的壓降來完成功能?當檢測到電阻上的電壓降接近超過300 mV時，電流限制電路開始工作?這時通過CT管腳（Pin3）對定時電容進行快速充電，以減少充電時間和輸出開關管的導通時間，結果是使得輸出開關管的關閉時間延長?

　　3 MC34063電路電參數(shù)測試說明

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

　　3.1 振蕩器部分

　　對振蕩器部分參數(shù)的測試包括振蕩器頻率（fosc）? 充電電流（Ichg）?放電電流（Idischg）?放電充電電流比（Idischg/Ichg）?電流限制檢測電壓（Vipk）;按測試條件施加電壓，輸入定時電容會產生如圖2的充放電三角波形，據此波形可知振蕩器頻率，根據公式I=C×ΔV/Δt，可計算出其充放電電流，置VCC=Vpin7=5 V，由圖2可知，定時電容充電過程明顯大于放電過程，往下微調VPin7電壓，直到電流限制電路開始工作，這時通過CT管腳（Pin3）對定時電容進行快速充電，以減少充電時間和輸出開關管的導通時間，結果使得放電時間和輸出開關管的關閉時間延長，當充電時間和放電時間相等時，VCC和Vpin7的壓差即為電流限制檢測電壓Vipk?

　　生如圖2的充放電三角波形，據此波形可知振蕩器頻率，根據公式I=C×ΔV/Δt，可計算出其充放電電流，置VCC=Vpin7=5 V，由圖2可知，定時電容充電過程明顯大于放電過程，往下微調VPin7電壓，直到電流限制電路開始工作，這時通過CT管腳（Pin3）對定時電容進行快速充電，以減少充電時間和輸出開關管的導通時間，結果使得放電時間和輸出開關管的關閉時間延長，當充電時間和放電時間相等時，VCC和Vpin7的壓差即為電流限制檢測電壓Vipk?

　　3.2 輸出開關部分

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

　　3.3 比較器部分

　　當Pin5輸入電壓低于內部Vref時，Pin2會輸出24~42 kHz的方波，VOL=0 V，VOH為VCC/2; Pin5輸入電壓高于內部Vref時，Pin2輸出為0 V?由此得出Vref值即為Vth?本測試連同振蕩器充放電頻率一同檢測完畢?Vth電參數(shù)表制定規(guī)格為1.21~1.29 V（工作溫度為 0~70 ℃），量產測試通常為常溫，考慮到測試中的誤差，可以將其規(guī)格定為1.225~1.275 V?

　　4 用MC34063搭建升壓電路的測試研究

　　DC/DC轉換器為轉變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉換器?其通常分為三類：升壓型DC/DC轉換器?降壓型DC/DC轉換器以及反向型DC/DC轉換器?下面就以MC34063構成的升壓電路的測試方法進行介紹?

　　4.1 升壓電路工作原理

　　MC34063組成的升壓電路原理如圖4，當芯片內開關管T1導通時，輸入電壓Vin經取樣電阻RSC?電感L?Pin1和Pin2接地，此時電感L開始存儲能量，而由CO對負載提供能量?當T1斷開時，輸入電壓Vin和電感L同時通過二極管1N5819給輸出負載和電容CO提供能量?電感L在釋放能量期間，由于其兩端的電動勢極性與輸入電壓Vin極性相同，相當于兩個電源串聯(lián)，且CO儲存來自電感L的電流，經多個開關周期以后（圖5），輸出電容CO的電壓升高，結果使得輸出電壓Vout高于輸入電壓Vin?開關管導通與關斷的頻率也是振蕩器部分OSC的工作頻率?只要此頻率相對于輸出負載的時間常數(shù)足夠高，輸出負載上便可獲得連續(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 測試方法及結果

　　該升壓電路測試參數(shù)見表1，線性調整率為在規(guī)定的條件下，當輸入電壓Vin從8 V變化到16 V時，所引起的輸出電壓Vout的相對變化量;負載調整率為在規(guī)定的條件下，調整輸出負載的大小，使輸出電流IO從75 mA變化到175 mA時，所引起的輸出電壓Vout的相對變化量;輸出紋波為在規(guī)定的條件下，調整輸出負載的大小，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，應注意外界干擾對紋波測量的影響，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林頓結構開關管，主要用于輸出電流較小的場合，工作電流可達幾十毫安至幾百毫安，測試結果表明，其輸出穩(wěn)定度高，轉換效率可達80%以上?

　　4.3 搭建該電路的注意事項

　　設計該測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應盡可能靠近被測電路，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的跡線長度，這樣能減小功耗并提高效率?輸出反饋電阻R2遠離電感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，就需要仔細查看被測電路頻率補償，并且在輸出電路端可能需要另加一額外電容?第三，因為電感L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計的關鍵?等效串聯(lián)電阻值低的電感，其轉換效率最佳?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頻率高?肖特基二極管平均電壓額定值應大于電路最大輸出電壓?

　　5 結束語

　　以上從MC34063電路的結構及工作原理的角度，對其基本電參數(shù)及其升壓電路的測試方法做了說明，為業(yè)界同行測試該類DC/DC電路提供一定參考，也可基于此類電路的測試原理進行相關測試平臺及測試程序的開發(fā)?已經通過測試并通過了國家重點項目的驗收?