上一回我們介紹了MC34063A 內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及幾個(gè)主要區(qū)塊的功能。這一回我們要繼續(xù)介紹 MC34063A 的電路設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)時(shí)的各種考慮。

我們先來(lái)看一個(gè)實(shí)際的電路。

典型的電路

上圖是一個(gè)用 MC34063A 構(gòu)成的 boost 電源電路。如果有看過(guò)之前文章的讀者，應(yīng)該可以隱約看到一些熟悉的零件，我刻意沒(méi)有標(biāo)示零件數(shù)值，是因?yàn)樵诓煌碾娐分校@些零件的數(shù)值差異會(huì)非常大。

L1 叫做 switching inductor，也就是 boost 電路的核心儲(chǔ)能組件，我們將能量?jī)?chǔ)存在 L1 的磁場(chǎng)中，再利用它電流變化率反轉(zhuǎn)時(shí)電壓會(huì)反轉(zhuǎn)的特性，讓 L1 上的電壓與電源電壓串聯(lián)，產(chǎn)生比電源電壓還高的輸出電壓。

D1 是整流二極管，在某些教科書(shū)中也被稱作飛輪二極管（flywheel diode），它的共享是避免電感 L1 在透過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管充電時(shí)，輸出電容 C1 內(nèi)的電荷逆流回電感。當(dāng)電感在充電周期時(shí)，D1 會(huì)處在逆偏壓的狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載就只能靠 C1 里面的電荷供電。當(dāng)電感在放電周期時(shí)，D1 會(huì)進(jìn)入順偏壓，電感上的能量就會(huì)流過(guò) D1 對(duì) C1 充電，同時(shí)也供應(yīng)后方的負(fù)載。

C1 是濾波電容，在交換式電源當(dāng)中濾波電容是個(gè)不可或缺的零件。因?yàn)椴还苁巧龎旱?boost 還是降壓的 buck 電路，來(lái)自前方交換電路的電流都是不連續(xù)的，我們需要一個(gè)可以儲(chǔ)存能量的裝置讓電流可以連續(xù)輸出到負(fù)載，而濾波電容就是這個(gè)水庫(kù)。

這個(gè)電路里面沒(méi)看到開(kāi)關(guān)晶體管，因?yàn)?MC34063A 除了電壓偵測(cè)和控制電路之外，還附贈(zèng)這個(gè)晶體管。MC34063A 的 SWE 和 SWC 這兩只腳，就是它內(nèi)部開(kāi)關(guān)晶體管的射極（emitter）和集極（collector）。

MC34063A 里面附贈(zèng)的開(kāi)關(guān)晶體管是一個(gè)達(dá)靈頓架構(gòu)的電路，這種電路的特性就是 gain 非常大，因此可以輕易、快速地讓主要的開(kāi)關(guān)晶體管 Q1 進(jìn)入飽和區(qū)，將電感的一端接地、對(duì)電感充電。這個(gè)晶體管最大可以耐 1.5 A 的電流，這個(gè)電流是對(duì)電感的充電電流，并不是最后輸出的電流。至于 1.5 A 的切換電流可以做出多少輸出電流，則跟 duty cycle、升壓比例等有關(guān)，我們之后會(huì)再詳細(xì)討論。

以上幾個(gè)零件是 boost 升壓電路的關(guān)鍵零件，接下來(lái)則是跟 MC34063A 有關(guān)的零件。

R3、R4 是用來(lái)產(chǎn)生回授電壓的分壓電阻。MC34063A 的內(nèi)部的參考電壓是 1.25 V，因此不管你想要產(chǎn)生什么輸出電壓，R3 和 R4 的分壓輸出就應(yīng)該是 1.25 V。

C2 叫做 timing capacitor，我們上一回有介紹過(guò)，MC3406A內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，用來(lái)控制整個(gè) boost 電路工作的頻率。這個(gè)電容器越小，MC34063A 的切換頻率就越高；這個(gè)電容越大，MC34063A 的切換頻率就越低。C2 是 0.001 uF 時(shí)，根據(jù) MC34063 的 datasheet，切換頻率大概是 33 KHz，不過(guò)因?yàn)?MC34063A 有另一個(gè)功能是可以偵測(cè)電感上的電流，在必要時(shí)提早結(jié)束充電的周期，所以實(shí)際的震蕩頻率有可能會(huì)比理論的頻率要高。

R1 就是 MC34063A 用來(lái)偵測(cè)電流的電阻。流過(guò)電感的電流會(huì)經(jīng)過(guò)這個(gè)電阻，但供應(yīng) MC34063A 電源（接腳 6，V+）的電流則不會(huì)經(jīng)過(guò)這個(gè)電阻，因此藉由測(cè)量第 6 腳 V+ 和第 7 腳 SEN 之間的電壓差，除以電阻的大小，就可以知道電流。

根據(jù) MC34063A 的的 datasheet，它用來(lái)偵測(cè)電流過(guò)大的門坎是 300 mV，因此觸發(fā)過(guò)電流保護(hù)、提早結(jié)束充電周期的電流就會(huì)是：I = 300 mV / R1

因此假設(shè)我要限制電感上的最大電流是 1.5 A，R1 的數(shù)值就會(huì)是：

1.5 = 0.3 / R1

R1 = 0.3 / 1.5 = 0.2 ?

由于 MC34063A 內(nèi)部的晶體管最大只能耐 1.5 A 的切換電流，因此理論上 R1 不能比 0.2 ? 小。不過(guò) MC34063A 的電路設(shè)計(jì)也可以使用外部的開(kāi)關(guān)晶體管來(lái)切換更大的電流，在這種設(shè)計(jì)之下 R1 就可以使用比 0.2 ? 更小的值。

跟其它零件比起來(lái)，R2 就是個(gè)沒(méi)那么重要的零件，它其實(shí)只是 MC34063A 內(nèi)部達(dá)靈頓電路的第一顆晶體管的集極電阻。這個(gè)電阻可以用來(lái)限制達(dá)靈頓驅(qū)動(dòng)電路的功耗，在某些電源電壓不高的電路中，將 SWC 接腳直接跟電源相接也沒(méi)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)迭代

交換式電源的設(shè)計(jì)很少能一次到位，整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程往往需要多次迭代。根據(jù)我們需要的輸入電壓、輸出電壓、電流，先選定一些主要的設(shè)計(jì)參數(shù)如交換頻率、電感的大小，然后經(jīng)過(guò)試算，再根據(jù)某些試算之后的結(jié)果回頭去修正某些零件的參數(shù)，再反復(fù)試算，直到整個(gè)設(shè)計(jì)可以滿足我們的需求為止。

以 MC34063A 的 boost 電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，通常我們的設(shè)計(jì)條件就是輸入電壓與輸出電壓，再加上最大的輸出電流。直到輸入電壓和輸出電壓之后我們就可以知道電感切換的 duty cycle，也就是充電周期和放電周期的比例。我們?cè)谇皟苫赜兄v過(guò)，這個(gè)比例 D 與輸入、輸出電壓的關(guān)系是：VOUT /VIN= 1 / 1 – D。

當(dāng)然我們不能無(wú)限制地增增大輸出電壓，太大的升壓比會(huì)讓 duty cycle 太大、斜率太陡，而讓回授控制變得很不穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，我們會(huì)限制單級(jí)的 boost 電路升壓比控制在 10 倍以內(nèi)。如果要超過(guò) 10 倍的話，可以用多級(jí) boost 串聯(lián)，或是在 boost 電路的后方增加倍壓整流來(lái)輔助。

決定升壓比例之后，我們還需要決定交換頻率。MC34063A 的最大交換頻率是 100KHz，但我們通常不會(huì)讓它工作到太接近 100 KHz 的頻率，其中一個(gè)主要的原因是它里面的開(kāi)關(guān)晶體管其實(shí)不是速度非?？斓木w管，從截止進(jìn)入到飽和區(qū)的過(guò)程中會(huì)有一小段時(shí)間在線性區(qū)里，而晶體管在線性區(qū)時(shí)的功耗會(huì)比截止和飽和時(shí)要大得多。停留在線性區(qū)的時(shí)間大致上是固定的，不會(huì)隨著交換頻率而改變；因此交換頻率越高，晶體管在線性區(qū)停留的時(shí)間所占的比例就越高。開(kāi)關(guān)晶體管停留在線性區(qū)時(shí)所造成的額外功耗叫做交換式電源的 switching loss，也就是交換損失。我們會(huì)希望 switching loss 盡可能的小，這樣電源的效率才會(huì)高。

那么如果我們將交換頻率降得很低，是不是就可以讓 switching loss 變得很小？沒(méi)錯(cuò)，大致上是這樣?？梢援?dāng)交換頻率很低時(shí)，電感每一個(gè)周期的充電、放電時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)就會(huì)變長(zhǎng)。比方說(shuō)，如果我們決定交換頻率是 10KHz，那每一次充放電的周期總時(shí)間就是 1 / 10,000 = 0.1 ms，而如果升壓比是 5 倍，充電和放電時(shí)間的比例就是：TON/TOFF =(VOUT – VIN)/ VIN = (5 – 1 )/ 1 = 4。

所以在 10 KHz 的交換頻率下，電感要充電 0.08 ms、放電 0.02 ms。

接下來(lái)，我們可以根據(jù)需要的最大輸出電流，算出開(kāi)關(guān)晶體管上的最大電流，以及電感上會(huì)流過(guò)的最大電流。而接著最關(guān)鍵的，就是要用電感上的最大電流以及充電周期的時(shí)間，計(jì)算出適合的最小電感值。

MC34063A 的 datasheet 上有告訴我們這個(gè)電感值（它的推導(dǎo)過(guò)程可以寫(xiě)一萬(wàn)字，在次先略過(guò)），它是：LMIN =（VIN/IPEAK） *TON。其中 IPEAK就是電感上的最大電流，而 VIN 則是輸入電壓。從上面這個(gè)式子看得出來(lái)，充電周期的時(shí)間 TON 直接正比于最小的電感值。

所謂「最小」意思就是這個(gè)值以上的電感都可以用。對(duì)，在交換式電源的設(shè)計(jì)上，如果只考慮電感的感值，不考慮電感的直流電阻或其它特性，一般來(lái)說(shuō)只有電感最小值的限制，沒(méi)有最大的限制。用太大的電感只是浪費(fèi)而已。

使用的電感如果太小，會(huì)有電感飽和的問(wèn)題。而因?yàn)?MC34063A 有偵測(cè)電流、避免電感飽和的功能，當(dāng)電感一飽和，MC34063A 就會(huì)提早結(jié)束充電周期、進(jìn)入放電周期，這會(huì)導(dǎo)致 duty cycle 無(wú)法達(dá)到預(yù)期的比例，結(jié)果就是無(wú)法達(dá)成預(yù)期的升壓比。

電感的體積、重量通常跟感值呈正比。但有時(shí)候我們算出來(lái)的最小電感值如果太大，可能會(huì)導(dǎo)致零件本身的體積太大，不切實(shí)際。這時(shí)候我們就得回頭去修改交換頻率。改用一個(gè)比較高的交換頻率，可以讓 TON 的時(shí)間縮短，就可以改用較小的電感。但代價(jià)就是因?yàn)?switching loss 占比的增加，而損失一點(diǎn)效率。

交換式電源的設(shè)計(jì)往往就是這樣試算、修正的迭代過(guò)程。當(dāng)你了解零件數(shù)值與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系、取舍之后（比方像電感大小與交換頻率之間的取舍），經(jīng)過(guò)幾次的試算就可以找到適合的設(shè)計(jì)參數(shù)。

小結(jié)

這次我們以 MC34063A 的實(shí)際電路說(shuō)明了電路中各個(gè)零件的功能，并簡(jiǎn)單介紹了設(shè)計(jì)這樣的電路時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程的各種迭代與考慮。下一回我們要介紹一些可以輔助我們?cè)O(shè)計(jì)的工具，并實(shí)際用這些工具設(shè)計(jì)出一個(gè)可以運(yùn)作的電路。

編輯：黃飛

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