基于MC34063 的直流穩壓可調電源設計

周碧英

（渭南師范學院 數學與信息科學學院， 陜西 渭南714000）

各種電子設備的大量應用給人們的生產和生活帶來的極大便利，但是各種電子設備都必須依賴穩定的電源。 電源是各種電子裝置的工作基礎，其性能直接影響到系統與設備的工作質量和效率，在電子電路中通常都需要電壓穩定的直流電源供電[1－3]，直流穩壓電源是一種性能接近理想電壓源的直流電源。 小到袖珍計算器，大到超級計算機，所有的電子設備都必須在穩壓電源的支持下才能正常工作。 電子設備對電源的要求就是能夠提供持續穩定、 滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩定的直流電能。 直流可調穩壓電源以其廣泛的應用場合及其簡單便攜的優點得到青睞，如何提高直流穩壓電源的穩壓性能及電源效率是電源技術研究要解決的首要問題。

1 幾種系統設計方案的比較

針對某實驗室場合的需求， 穩壓電源系統設計要求為：輸入電壓為6～9 V；輸出電壓在9～17 V 內連續可調；最大輸出電流為1 A；電壓調整率小于1%；波紋電壓小于0.5%。

方案1：采用線性集成穩壓芯片LM317 設計。 LM317 作為輸出電壓可變的集成三端穩壓模塊， 是一種使用較為方便、應用較多的集成穩壓模塊，具有輸出電壓范圍廣、外圍電路簡單的優點。穩壓電源的輸出電壓可用下式計算，。輸出電壓的設定是通過改變R2與R1的比值來調節的， 為了電路的穩定工作，還需要接二極管作為保護電路，防止電路中的電容放電時出現的高壓損壞現象。 但LM317 功耗比較大，長時間工作芯片發熱量大， 需借助較大的散熱片才可穩定工作。由于LM317 芯片為線性穩壓芯片， 采用LM317 設計的可調直流穩壓電源的電源效率較低， 不符合能源節約的要求，在電源效率要求比較高的場合難以滿足要求。

方案2：采用單片集成穩壓芯片LM2576 設計。 單片集成電路LM2576 提供了降壓開關穩壓器的基本功能。可在1.23～37 V 的范圍內連續可調輸出，最大輸出電流1A。 LM2576 內部集成了部頻率補償和固定頻率振蕩器， 外圍電路設計簡單。 由于LM2576 功耗低，從而大大減少了散熱片大小。 但在使用時受到局部條件限制，如需要旁路電容防止輸入端出現瞬時過電壓；二極管的選擇上需要開關速度快、正向壓降低、反向恢復時間短的肖特基二極管；要求有高的通流量和對應的電感值；需要等效串連電阻低的電容防止器件損壞，提高環路的穩定性。

方案3： 采用開關型集成穩壓芯片MC34063 設計。MC34063 是一單片開關型集成穩壓電路， 專用于DC/DC 變換器控制部分，電路簡單且效率較高能滿足一般要求。 器件具有溫度自動補償功能的基準電壓發生器， 靜態電流低，對短路電流能進行限制， 工作振蕩頻率從100 Hz 到100 kHz。可以外接三極管、MOS 管等器件來提高輸出功率， 輸入輸出電壓在40 V 以下時能安全穩定工作。 圖1 為MC34063 引腳電路。

圖1 MC34063 引腳電路Fig. 1 MC34063 pin circuit

圖中①為開關管集電極口，②為開關管發射極，③為定時電容，④為地，⑤為比較器反向，⑥為v+，⑦為電流檢測，⑧驅動管集電極。

采用MC34063 設計直流可調穩壓電源具有成本低、電路簡單、電源效率高等諸多優點[4]，該器件可作為升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心。

2 應用電路分析

斬波型開關穩壓電源]按其拓撲結構通常可以分為3 種：降壓型（Buck）、升壓型（Boost）、升降壓型（Buck-boost）。 升壓型（Boost）典型電路如圖2 所示。

圖2 升壓電路Fig. 2 Boost circuit

當開關T 導通時，二極管承受反壓截止，能量從直流電源輸入并儲存到電感L 中，電感電流線性增長；當開關T 關斷時，二極管導通，由于電感電流不能突變，產生感應電動勢阻止電流減小。 控制開關管T 的開關頻率，就能控制電感的電量，從而穩定電容兩端的壓降，持續不斷的打開和關閉開關管就能使得電容兩端有一個持續的穩定的高于輸入電壓的一個壓降。

在鑒于直流可調穩壓電源輸出電壓范圍較廣，輸出電壓值較高，該直流可調穩壓電源采用升壓電路設計以滿足在較低的輸入電壓下有較高的輸出電壓范圍[5-6]。

圖3 為MC34063 集成開關穩壓芯片典型升壓應用電路。應用電路輸出電壓固定為15 V，為滿足設計要求需要在此電路的基礎上進行電路的修改與完善，通過對電路的分析得到以下結論：

1） 其輸出電壓值是通過改變R4和R5電阻值來調整的，其輸出電壓符合以下的公式：

2）電路中限流電阻取值為0.3 Ω，因此輸入電流限制公式為：

3）MC34063 在不加三極管擴展電流的情況下其輸出最大電流值為1.5 A， 增加三極管可以使MC34063 的輸出電流得到很大提高。

圖3 MC34063 集成開關穩壓芯片升壓應用電路Fig. 3 MC34063 integrated switching regulator chip boost applications circuit

3 系統硬件電路設計

鑒于以上分析，對圖3 進行電路設計和完善，開關SW2調控輸入電壓， 保證輸入一個持續穩定的一個直流電壓，二極管1N4007 整流，電解電容C3、C4實現輸出電壓的濾波用來保證輸出電壓有較小的紋波輸出。 LED 燈為輸出電壓的指示，電阻R1用來限流以保證LED 燈的工作電流，電位器RP1用來調整輸出電壓值，電阻R3用來限制最大的輸出電流值，系統硬件電路如圖4 所示。

振蕩電路： 振蕩器是通過恒流電源對外接在CT 管腳上的定時電容不斷地充電與放電以產生振蕩波形。 充電和放電的電流都是恒定的，振蕩頻率僅僅取決于外接定時電容。

濾波電路：濾波電路通常是由具有儲能特性的電容、電感及其他元件組成， 它能將脈動直流電流中的脈動交流成分濾除掉，從而使輸出的電壓變為比較平滑的直流電壓。 但是，當電網的電壓或負載以及溫度發生變化時，濾波器輸出的直流電壓的值也會隨之變化，因此，此時的直流電壓并不穩定。

穩壓電路：穩壓電路是利用能夠自動調整輸出電壓變化的電路來使輸出的電壓不隨電網電壓、溫度或負載的變化而變化，從而達到穩定輸出電壓的目的。 一般穩壓電路分為并聯型、串聯型線性穩壓電路和開關型穩壓電路等。 本次所用的為固定集成穩壓器，該穩壓器本身不能產生功率，而是將輸入端功率取出傳送給負載，通過控制該功率的大小使輸出電壓不變。

輸出電壓電路：輸出電壓電路是采用改變LED 的亮度來實現， 在輸出電壓連續可調的過程中，LED 的亮度會跟隨輸出電壓的變化而變化，輸出電壓增大LED 亮度則變亮，輸出電壓減小LED 亮度則變暗。

限流電阻Rsc為：

電感Lmin為：

決定輸出電壓波紋系數的濾波電容為：

4 系統軟件設計

程序設計主要包括了A/D 及D/A 轉換模塊、誤差處理模塊等。 為了提高精度，針對外接負載變化引起的輸出電壓偏移現象，通過偏移反饋予以消除。 通過改變數字電位計阻值來調整輸出電壓，滿足誤差小于0.03 V 的條件，其程序流程如圖6 所示。

圖5 程序流程Fig. 5 Program flow

通過軟件來調節輸出電壓在很大程度上的節約了系統硬件資源，可以達到很高的精度。

5 結果測試及分析

將直流穩壓可調電源裝置接到6 V 到9 V 的直流電源上，通過調節電位器來改變輸出電壓，觀察負載LED 指示燈的明暗亮度，通過測量電壓表驗證輸出的電壓范圍是否在設定的范圍內，表1 為直流穩壓可調電源裝置在輸入電壓為6 V，負載為10 Ω 時的測試數據。

表1 直流穩壓可調電源測試數據Tab. 1 Adjustable DC power supply unit test data

從測量數據來看，所提出的直流穩壓可調電源實現了設計設計的要求，輸出電壓可在9～17 V 之間連續調節，輸出最大電流為1.1 A，輸出最大功率為21.87 W，輸出效率在85%以上。

6 結束語

設計的過程中考慮到了用電過程中交直流轉換情況和電壓大小情況，根據具體情況實現了相應的功能。 在完備可靠的硬件資源的基礎上，充分利用MC34063 的可調節三端正電穩壓以及高精度功能； 設計系統同時還中融入了LED 顯示，給使用者帶來了極大的方便。 通過實驗測量，表明可調式直流穩壓電源具有工作穩定、精度高、可控性、性價比高等優勢，解決了小型電子設備的直流用電需求。

[1] 周園，譚功全. 數字可調式直流穩壓電源設計[J]. 電子設計工程，2013，21（11）:120-122.

[2] 張洪潤. 電子線路與電子技術[M]. 北京:清華大學出版社，2005.

[3] 謝自美. 電子線路設計、實驗與測試[M]. 武漢:華中科技大學出版社，2008.

[4] 黃毅良，屈國普，胡創業. 數字可調式高壓直流穩壓電源的設計[J]. 南華大學學報，2005，19（9）:63-66.

[5] 黃兆林，吳文彤，景曉軍，等. 精密數控直流電源設計[J].工礦自動化，2011（8）:134-136.

[6] 張洪潤. 電子線路與電子技術[M]. 北京:清華大學出版社，2010.