基于MC34063的BOOST電路設計與實現

張德樹 ，宮 強，吳乃海

（1.滁州職業技術學院 信息工程系，安徽 滁州 239000；2.滁州市第六中學，安徽 滁州239000）

在太陽能路燈、電視機和電動汽車等設備，以及人們最常用的手機和太陽能供電的行車紀錄儀等便攜式電器中，需要對電能進行變換的電路有AC變換成DC，也有DC變換成AC.如手機等便攜裝置中，最常用的是DC-DC變換電路，這種將恒定的直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電的電路叫斬波電路.

基于MC34063芯片，設計了一種用于升壓斬波電路，該設計具有外圍電路簡單、電路可靠等優點，能夠將5 V直流變換為約12 V穩定直流輸出.

1 BOOST電路簡介

1.1 斬波電路的種類

直流斬波電路的6種基本斬波電路分別為：降壓斬波電路(Buck變換器)、升壓斬波電路(Boost變換器)、降升壓斬波電路(Buck-Boost變換器)、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路.

1.2 升壓斬波電路（Boost變換器）

本次電路設計使用的是Boost變換器，其基本工作原理圖如圖1.L是儲能電感，其電感量很大.V是開關元件絕緣柵雙極型晶體管(簡稱IGBT),C是保持輸出電壓穩定的電容，R為負載.

圖1 Boost斬波電路原理圖

1.3 Boost變換器的工作原理

當V的控制極柵極電流IG為正(流入G極)時：V處于通態，電源E向電感L充能，電感L兩端產生感應電動勢，電流I1流入一極為正極，流出一極為負極.感應電動勢大小約為電源電壓E.由于電感很大，充電電流基本恒定I1.此時二極管VD截止，電容C向負載R供電，輸出電壓Uo基本恒定.

設一個周期中，V的導通時間為Ton，此階段電感L上積蓄的能量為:E·I1·Ton.

當V的控制極柵極電流IG為負（流出G極）或為0時：V處于斷態,由于此時電感L在釋放能量，兩端產生感應電動勢，電流I1流出一極為正極，流入一極為負極.此時二極管VD導通，電源E和電感L兩端感應電動勢相加向電容C充電，并向負載R提供能量.如果電容C的容值足夠大，且對V的控制信號的頻率足夠高，電容C對輸出電壓具有平波作用，輸出電壓Uo基本恒定［1］.

設一個周期中，V的導通關斷的時間為toff，則此期間電感L在釋放能量，所釋放的能量表示為(UO-E)·

電路工作處于穩態時，一個周期T中電感L吸收的能量與釋放的能量相等，即：

控制電流IG與電容充電電流IO的關系見圖2.

2 基于MC34063的電路設計

圖2 IG與IO的關系圖

MC34063是一單片雙極型線性集成電路，專用于DC-DC變換器控制部分.MC34063芯片是DC-DC開關電源穩壓器，具有低功耗、高轉換效率的優點［2］.它是一單片雙極型線性集成電路，能夠實現DCDC變換器所需的主要功能.片內包含1.25 V溫度補償帶隙基準源、振蕩器、驅動器、開關晶體管、邏輯控制線路等［3］.該芯片可在外圍元器件較少的情況下用于升壓、降壓和倒相應用設計［4］.

MC34063芯片輸入電壓范圍為3～40 V，輸出電壓范圍為1.25～40 V，具有短路電流限制、低靜態電流、輸出電壓可調、工作振蕩頻率為102～105Hz等特點［5］.MC34063芯片內部結構原理圖如圖3所示.

2.1 MC34063芯片工作原理

MC34063的3腳接定時電容；調節外接的定時電容，可使內部振蕩器的工作頻率在102～105Hz范圍內變化；內部振蕩器產生的矩形信號通過內部的RS觸發器控制開關管Q1的通斷，開關管Q1相當于圖1中的V1.

MC34063內部還有一個比較器，比較器的同相輸入由MC34063內部的1.25 V基準電壓產生電路提供的1.25V電壓，比較器的反相輸入端接外接第5腳.

當MC34063的5腳輸入電壓大于1.25 V，比較器輸出為低電平，使與門輸出為低電平信號：若振蕩器輸出低電平信號，送給與門和RS觸發器后，使觸發器的Q端輸出低電平信號，使三極管Q1和Q2關斷，切斷了MC34063的1腳和2腳；若振蕩器輸出高電平信號，送給與門和RS觸發器后，使觸發器的Q端輸出保持原信號.

當MC34063的5腳輸入電壓小于1.25 V，比較器輸出為高電平信號，此高電平送給與門：若振蕩器輸出低電平信號，送給與門和RS觸發器后，使觸發器的Q端輸出低電平信號，使三極管Q1和Q2關斷，切斷了MC34063的1腳和2腳；若振蕩器輸出高電平信號，送給與門和RS觸發器后，使觸發器的Q端輸出高電平信號.

圖3 MC34063芯片內部結構原理圖

2.2 電路設計

2.2.1 設計電路

結合MC34063芯片的工作原理，設計以MC34063為核心的BOOST電路，該BOOST電路芯片內、外部之間關系如圖4.

圖4 MC34063內部結構與外部元件的關系圖

2.2.2 原理簡析

電路通電后，輸入的+5 V直流電壓通過MC34063芯片6腳向芯片供電，使內部的1.25 V基準電壓電路產生1.25 V電壓送給比較器.同時，在MC34063芯片3腳電容的控制下，內部振蕩器開始振蕩產生矩形波信號送給與門和RS觸發器.

由MC34063芯片工作原理可知，由比較器的輸出信號和振蕩器的輸出信號的控制，可使Q1管處于飽和導通或關斷狀態.

當電路處于穩定工作狀態時：

當芯片內開關管Q1導通時，輸入+5 V直流電源電壓經取樣電阻R1、電感L1、MC34063的1腳和2腳和Q1的C極和E極（此時相當于開關閉合）接地，二極管VD截止，此時電源開始向電感L1存儲能量（電感L1上感應電動勢極性是左正右負）.而在輸出端，電容C4對負載提供能量.

當芯片內開關管Q1斷開時，電感L1上感應電動勢極性是左負右正，電源電壓和電感電動勢是串聯相加關系，并同時向負載和電容C4提供能量.負載上得到的電壓是電源電壓和電感電動勢是串聯相加的量，高于電源電壓.所以BOOST電路的升壓原因是由于儲能電感的儲能作用使輸出電壓得到泵升的效果.

腳3外接定時電容C2影響內部振蕩器輸出信號的頻率，由于內部振蕩器輸出信號控制著開關管Q1的通斷.由此可知電容C2也影響和控制著Q1的周期和頻率.如果輸出電容C2容值足夠大，內部振蕩器輸出信號頻率足夠高，開關管Q1的通斷速度也足夠高，則負載上便可獲得脈動性很小的且連續的直流電壓.

MC34063芯片的7腳是負載峰值電流（Ipk）取樣端，用于監視開關管Q1的峰值電流.當MC34063芯片的6腳（電源輸入）和7腳間電壓超過300 mV時，MC34063芯片將啟動內部過流保護功能，使內部振蕩器輸出至與門和RS觸發器高電平時間變小.控制開關管Q1的導通時間，使IN端電源向儲能電感儲存的能量變小.

由圖4可知，比較器的反相輸入端(芯片5腳)的電壓與輸出電壓的關系是U_=Uo［R4/(R3+R4)］,即芯片5腳U_是由輸出電壓Uo通過電阻R3、R4分壓取樣而得，此電壓與內部基準電壓1.25 V同時送入比較器進行電壓比較.

當比較器的U_低于基準電壓1.25 V時：比較器輸出為高電平電壓，開啟RS觸發器的S腳控制門，RS觸發器在內部振蕩器的驅動下，觸發器Q端為高電平狀態，驅動管Q2導通，開關管Q1亦導通，使輸入電源電壓向電感L1存儲更多的能量，從而向輸出濾波器電容C4充電以提高Uo，進而提高比較器的U_端電壓.達到自動控制輸出電壓穩定的作用.

當比較器的U_高于基準電壓1.25 V時：比較器輸出為低電平電壓，RS觸發器的S腳控制門被封鎖，觸發器Q端為低電平狀態，Q2截止，Q1亦截止，從而減少輸入電源電壓向電感L1存儲的能量，向電容C4充電時的能量變小，使Uo減小，從而降低了比較器的U_端電壓，達到自動控制輸出電壓穩定的作用.

由于芯片內部的比較器由集成運算放大器構成，根據集成運算放大器“虛短”的特點可知：比較器的反相輸入端U_≈1.25 V=Uo［R4/(R3+R4)］，所以輸出電壓Uo=1.25(1+R3/R4)由公式可得輸出電壓.由于1.25 V為基準電壓，所以只要控制R3、R4阻值，即可控制輸出電壓，若R3、R4阻值穩定，Uo亦穩定.

3 結論

根據BOOST電路中MC34063內部結構與外部元件的關系，繪制設計的BOOST電路原理圖如圖5.

圖5 升壓斬波電路原理圖

根據電路的參數計算公式，該電路中，R4=1.2 KΩ，R3=10 KΩ，由Uo=1.25(1+R3/R4)可知，Uo≈11.67 V.經過電路組裝與測試，本電路參數正確.