MC34063A在嵌入式寬電壓輸入中的應用

朱小瑜+李津

摘 要： 電源是電子系統中重要的組成部分，電源的穩定性直接影響到整個系統的性能和使用壽命。嵌入式系統中的核心電壓多為+5 V，而使用環境往往不能隨時提供+5 V電壓。為了使嵌入式系統具有更廣泛的適應性，在此根據MC34063A芯片的原理，介紹了一種依據此芯片進行的降壓型寬電壓輸入電源電路的設計。通過計算電路外圍器件的參數，完成具體電路的設計；最后對系統的幾個重要性能指標進行了測試，測試結果驗證了該寬電源輸入電路具有良好的穩定性和實用性。相對于其他方式的寬電壓，該設計具有更廣范的適應性以及精確性。

關鍵詞： MC34063A； 寬電壓輸入； 降壓型電路； 嵌入式系統

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）04?0142?03

Application of switching power chip MC34063A in embedded wide voltage input devices

ZHU Xiao?yu， LI Jin

（College of Sciences， Henan Institute of Engineering， Zhengzhou 451191， China）

Abstract： Power supply is an important component of electronic system. The stability of the power supply affects the performance and service life of the whole system directly. The core voltage of embedded systems is usually + 5 V. In order to make sure the system have a wider adaptability， the step?down wide voltage input circuit designed according to the principle of the switching power chip MC34063A is introduced. The circuit design was completed by parameter calculation of its peripheral devices. The several important performance indexes of the system were tested. The good stability and practicability of the wide voltage input circuit were verified by the tested results. Compared with other wide voltage modes， this design has a wider adaptability and accuracy.

Keywords： MC34063A； wide voltage input； step?down circuit； embedded system

0 引 言

嵌入式的檢測設備核心電壓多為+3.3 V或+5 V，其往往被帶到各種環境下進行檢測工作，而每一種環境能夠提供的電壓標準常常不一致。雖然每一個器件都有其工作電壓上限和下限，但在非正常電壓下工作，器件極易損壞，從而造成整個設備的故障。一個在各種電壓標準下都能夠正常工作的寬電源電路設計就顯得很有必要。MC34063A能夠在很寬的電壓范圍內正常工作，保持輸出穩定可靠。

1 MC34063A芯片介紹

MC34063A是一種單片雙極型線性集成電路，能夠實現升壓和降壓效果，專用于直流-直流變換器控制部分，片內包含有溫度補償帶隙基準源、一個占空比周期控制振蕩器驅動器和大電流輸出開關，能輸出1.5 A的開關電流。它能使用最少的外接元件構成開關式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。

具有以下特點：

（1） 能在3～40 V的輸入電壓下工作；

（2） 帶有短路電流限制功能；

（3） 低靜態工作電流；

（4） 輸出開關電流可達1.5 A（無外接三極管）；

（5） 輸出電壓可調；

（6） 工作振蕩頻率從100 Hz～100 kHz；

（7） 可構成升壓降壓或反向電源變換器。

管腳及內部結構圖如圖1所示。

2 MC34063A的降壓型寬電壓輸入應用電路

一個比較精確地嵌入式硬件電路應該對模塊進行焊接、調試，避免遇到問題時無從下手檢查。由于系統中每個電路模塊都需要接入輸入電源，如果電源輸入不當，則會使輸出結果不當甚至燒壞系統。因此電路的設計至關重要，本系統的電路設計如下文所示。

圖1 MC34063A管腳及內部結構圖

2.1 電路原路圖

如圖2所示，是采用MC34063A芯片構成的降壓型寬電壓輸入電路。

圖2 降壓型寬電壓輸入電路

Vin可以在7～40 V的范圍內變化，而Vcc保持不變。其原理是當芯片內部開關管T1導通時，電流經MC34063A的1腳、2腳給電感L4、定時電容C4以及負載供電，同時電感L4存儲能量；當T1斷開時，續流二極管D2導通，此時由電感L4繼續給電容C4和負載供電。由于電源間歇供電，所以輸出電壓低于電源電壓。這樣只要芯片的工作頻率相對負載的時間常數足夠高，負載上便可獲得連續直流電壓[1]。

2.2 電阻參數計算

根據芯片手冊可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是輸出電壓與輸入電壓Vin沒有直接關系（Vin>VCC），只需要選好R1和R2的參數即可保證在輸入變化的情況下輸出保持穩定不變。

通過計算和實際比較，R1選用[103]kΩ（即3個10 kΩ并聯），R2選用10 kΩ。這樣：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10為限流電阻，當電流值超過1 A時起作用，通常選取0.33 Ω。

2.3 電容電感的選取

電感L4是存儲電能的作用，其計算公式為：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin為輸入電壓的最小值；Ton為導通時間；Ipk為輸出電流。

電容C4=0.000 4Ton，Ton為開關管的導通時間[2]。通常選取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 輸出特性性能分析

寬電源的輸出特性主要技術指標有：誤差分析、穩定性分析、溫度影響量分析。本小節測試所使用的測量儀器為HP34401臺式數字萬用表[3]。

3.1 誤差分析

寬電壓輸入設備的基本要求就是輸入電壓可以在一定范圍內變化而輸出保持基本不變，誤差要達到要求。經過測量，本設計的輸出電壓如表1所示。

表1 25℃室溫下輸出與輸入測量值 V

由表1可以計算出最大相對誤差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]為最大絕對誤差；A為理論輸出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

綜合，最大相對誤差為0.4 %，達到嵌入式系統對輸入電壓的要求范圍。

3.2 穩定性分析

穩定性主要是指給定一個穩定的輸入量，在任何時間下輸出都保持穩定的狀態。本部分測試所給定的輸入電壓為9 V，每間隔15 min對輸出進行一次測量[4]。測得的數據如表2所示（室溫25 ℃）。

表2 穩定性測量

穩定性的計算公式為：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

根據上式代入數值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

穩定度較好，達到嵌入式系統的電源要求。

3.3 溫度影響量分析

溫度影響量主要是指在穩定的輸入條件下，調節環境溫度，測試輸出量。輸出量變化越小，則系統的溫度穩定性越高。本測試在保持輸入為+12 V的條件下，逐步改變環境溫度對輸出電壓進行測量[5]。

測試的結果如表3所示。

表3 溫度影響量測量

根據表3可知，在不同的環境溫度下系統的輸出值會產生一定的波動，但總體保持穩定。根據穩定度的計算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

可以計算出溫度穩定度為0.03。達到嵌入式系統所要求的范圍[6]。

4 結 論

本設計電路使用了很少的元器件達到了很寬的輸入電壓目的，并且通過測試，在不同的輸入電壓下，電源輸出穩定可靠，誤差在許可范圍內。可以在嵌入式系統中可靠應用。相對于其他的寬電壓，本設計的精度更高，穩定性更可靠。

參考文獻

[1] 李躍忠，李昌喜.多功能智能調節儀開關電源設計[J].東華理工學院學報，2005，28（3）：278?281.

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[3] 管小明，李躍忠，王曉娟.基于MC34063的便攜式儀器電源電路設計[J].東華理工大學學報，2010，33（1）：97?100.

[4] 張占松，蔡宜三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業出版社，2010.

[5] 郭忠銀，高飛燕.基于MC34063的開關電源設計[J].工業控制計算機，2010（6）：40?43.

[6] 孫智，張道信.基于MC34063的大電流負電源設計[J].微型機與應用，2009（11）：90?92.

[7] 張建民，姚佶，何怡剛，等.基于ATmega16單片機的電能收集充電器設計[J].現代電子技術，2013，36（2）：135?136.

[8] 李斌.一種實用高性價比太陽能移動電話充電器的設計[J].現代電子技術，2006，29（24）：30?32.

[9] 金永鎬，姜欣欣 . 基于MK6A11P單片機的寬電壓智能型爆閃燈的設計[J].現代電子技術，2010，33（10）：46?48.

2.2 電阻參數計算

根據芯片手冊可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是輸出電壓與輸入電壓Vin沒有直接關系（Vin>VCC），只需要選好R1和R2的參數即可保證在輸入變化的情況下輸出保持穩定不變。

通過計算和實際比較，R1選用[103]kΩ（即3個10 kΩ并聯），R2選用10 kΩ。這樣：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10為限流電阻，當電流值超過1 A時起作用，通常選取0.33 Ω。

2.3 電容電感的選取

電感L4是存儲電能的作用，其計算公式為：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin為輸入電壓的最小值；Ton為導通時間；Ipk為輸出電流。

電容C4=0.000 4Ton，Ton為開關管的導通時間[2]。通常選取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 輸出特性性能分析

寬電源的輸出特性主要技術指標有：誤差分析、穩定性分析、溫度影響量分析。本小節測試所使用的測量儀器為HP34401臺式數字萬用表[3]。

3.1 誤差分析

寬電壓輸入設備的基本要求就是輸入電壓可以在一定范圍內變化而輸出保持基本不變，誤差要達到要求。經過測量，本設計的輸出電壓如表1所示。

表1 25℃室溫下輸出與輸入測量值 V

由表1可以計算出最大相對誤差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]為最大絕對誤差；A為理論輸出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

綜合，最大相對誤差為0.4 %，達到嵌入式系統對輸入電壓的要求范圍。

3.2 穩定性分析

穩定性主要是指給定一個穩定的輸入量，在任何時間下輸出都保持穩定的狀態。本部分測試所給定的輸入電壓為9 V，每間隔15 min對輸出進行一次測量[4]。測得的數據如表2所示（室溫25 ℃）。

表2 穩定性測量

穩定性的計算公式為：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

根據上式代入數值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

穩定度較好，達到嵌入式系統的電源要求。

3.3 溫度影響量分析

溫度影響量主要是指在穩定的輸入條件下，調節環境溫度，測試輸出量。輸出量變化越小，則系統的溫度穩定性越高。本測試在保持輸入為+12 V的條件下，逐步改變環境溫度對輸出電壓進行測量[5]。

測試的結果如表3所示。

表3 溫度影響量測量

根據表3可知，在不同的環境溫度下系統的輸出值會產生一定的波動，但總體保持穩定。根據穩定度的計算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

可以計算出溫度穩定度為0.03。達到嵌入式系統所要求的范圍[6]。

4 結 論

本設計電路使用了很少的元器件達到了很寬的輸入電壓目的，并且通過測試，在不同的輸入電壓下，電源輸出穩定可靠，誤差在許可范圍內。可以在嵌入式系統中可靠應用。相對于其他的寬電壓，本設計的精度更高，穩定性更可靠。

參考文獻

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[3] 管小明，李躍忠，王曉娟.基于MC34063的便攜式儀器電源電路設計[J].東華理工大學學報，2010，33（1）：97?100.

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[8] 李斌.一種實用高性價比太陽能移動電話充電器的設計[J].現代電子技術，2006，29（24）：30?32.

[9] 金永鎬，姜欣欣 . 基于MK6A11P單片機的寬電壓智能型爆閃燈的設計[J].現代電子技術，2010，33（10）：46?48.

2.2 電阻參數計算

根據芯片手冊可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是輸出電壓與輸入電壓Vin沒有直接關系（Vin>VCC），只需要選好R1和R2的參數即可保證在輸入變化的情況下輸出保持穩定不變。

通過計算和實際比較，R1選用[103]kΩ（即3個10 kΩ并聯），R2選用10 kΩ。這樣：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10為限流電阻，當電流值超過1 A時起作用，通常選取0.33 Ω。

2.3 電容電感的選取

電感L4是存儲電能的作用，其計算公式為：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin為輸入電壓的最小值；Ton為導通時間；Ipk為輸出電流。

電容C4=0.000 4Ton，Ton為開關管的導通時間[2]。通常選取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 輸出特性性能分析

寬電源的輸出特性主要技術指標有：誤差分析、穩定性分析、溫度影響量分析。本小節測試所使用的測量儀器為HP34401臺式數字萬用表[3]。

3.1 誤差分析

寬電壓輸入設備的基本要求就是輸入電壓可以在一定范圍內變化而輸出保持基本不變，誤差要達到要求。經過測量，本設計的輸出電壓如表1所示。

表1 25℃室溫下輸出與輸入測量值 V

由表1可以計算出最大相對誤差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]為最大絕對誤差；A為理論輸出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

綜合，最大相對誤差為0.4 %，達到嵌入式系統對輸入電壓的要求范圍。

3.2 穩定性分析

穩定性主要是指給定一個穩定的輸入量，在任何時間下輸出都保持穩定的狀態。本部分測試所給定的輸入電壓為9 V，每間隔15 min對輸出進行一次測量[4]。測得的數據如表2所示（室溫25 ℃）。

表2 穩定性測量

穩定性的計算公式為：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

根據上式代入數值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

穩定度較好，達到嵌入式系統的電源要求。

3.3 溫度影響量分析

溫度影響量主要是指在穩定的輸入條件下，調節環境溫度，測試輸出量。輸出量變化越小，則系統的溫度穩定性越高。本測試在保持輸入為+12 V的條件下，逐步改變環境溫度對輸出電壓進行測量[5]。

測試的結果如表3所示。

表3 溫度影響量測量

根據表3可知，在不同的環境溫度下系統的輸出值會產生一定的波動，但總體保持穩定。根據穩定度的計算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

可以計算出溫度穩定度為0.03。達到嵌入式系統所要求的范圍[6]。

4 結 論

本設計電路使用了很少的元器件達到了很寬的輸入電壓目的，并且通過測試，在不同的輸入電壓下，電源輸出穩定可靠，誤差在許可范圍內。可以在嵌入式系統中可靠應用。相對于其他的寬電壓，本設計的精度更高，穩定性更可靠。

參考文獻

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