MC34063A在嵌入式宽电压输入中的应用

朱小瑜+李津

摘 要： 电源是电子系统中重要的组成部分，电源的稳定性直接影响到整个系统的性能和使用寿命。嵌入式系统中的核心电压多为+5 V，而使用环境往往不能随时提供+5 V电压。为了使嵌入式系统具有更广泛的适应性，在此根据MC34063A芯片的原理，介绍了一种依据此芯片进行的降压型宽电压输入电源电路的设计。通过计算电路外围器件的参数，完成具体电路的设计；最后对系统的几个重要性能指标进行了测试，测试结果验证了该宽电源输入电路具有良好的稳定性和实用性。相对于其他方式的宽电压，该设计具有更广范的适应性以及精确性。

关键词： MC34063A； 宽电压输入； 降压型电路； 嵌入式系统

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 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

嵌入式的检测设备核心电压多为+3.3 V或+5 V，其往往被带到各种环境下进行检测工作，而每一种环境能够提供的电压标准常常不一致。虽然每一个器件都有其工作电压上限和下限，但在非正常电压下工作，器件极易损坏，从而造成整个设备的故障。一个在各种电压标准下都能够正常工作的宽电源电路设计就显得很有必要。MC34063A能够在很宽的电压范围内正常工作，保持输出稳定可靠。

1 MC34063A芯片介绍

MC34063A是一种单片双极型线性集成电路，能够实现升压和降压效果，专用于直流-直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5 A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。

具有以下特点：

（1） 能在3～40 V的输入电压下工作；

（2） 带有短路电流限制功能；

（3） 低静态工作电流；

（4） 输出开关电流可达1.5 A（无外接三极管）；

（5） 输出电压可调；

（6） 工作振荡频率从100 Hz～100 kHz；

（7） 可构成升压降压或反向电源变换器。

管脚及内部结构图如图1所示。

2 MC34063A的降压型宽电压输入应用电路

一个比较精确地嵌入式硬件电路应该对模块进行焊接、调试，避免遇到问题时无从下手检查。由于系统中每个电路模块都需要接入输入电源，如果电源输入不当，则会使输出结果不当甚至烧坏系统。因此电路的设计至关重要，本系统的电路设计如下文所示。

图1 MC34063A管脚及内部结构图

2.1 电路原路图

如图2所示，是采用MC34063A芯片构成的降压型宽电压输入电路。

图2 降压型宽电压输入电路

Vin可以在7～40 V的范围内变化，而Vcc保持不变。其原理是当芯片内部开关管T1导通时，电流经MC34063A的1脚、2脚给电感L4、定时电容C4以及负载供电，同时电感L4存储能量；当T1断开时，续流二极管D2导通，此时由电感L4继续给电容C4和负载供电。由于电源间歇供电，所以输出电压低于电源电压。这样只要芯片的工作频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续直流电压[1]。

2.2 电阻参数计算

根据芯片手册可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是输出电压与输入电压Vin没有直接关系（Vin>VCC），只需要选好R1和R2的参数即可保证在输入变化的情况下输出保持稳定不变。

通过计算和实际比较，R1选用[103]kΩ（即3个10 kΩ并联），R2选用10 kΩ。这样：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10为限流电阻，当电流值超过1 A时起作用，通常选取0.33 Ω。

2.3 电容电感的选取

电感L4是存储电能的作用，其计算公式为：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin为输入电压的最小值；Ton为导通时间；Ipk为输出电流。

电容C4=0.000 4Ton，Ton为开关管的导通时间[2]。通常选取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 输出特性性能分析

宽电源的输出特性主要技术指标有：误差分析、稳定性分析、温度影响量分析。本小节测试所使用的测量仪器为HP34401台式数字万用表[3]。

3.1 误差分析

宽电压输入设备的基本要求就是输入电压可以在一定范围内变化而输出保持基本不变，误差要达到要求。经过测量，本设计的输出电压如表1所示。

表1 25℃室温下输出与输入测量值 V

由表1可以计算出最大相对误差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]为最大绝对误差；A为理论输出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

综合，最大相对误差为0.4 %，达到嵌入式系统对输入电压的要求范围。

3.2 稳定性分析

稳定性主要是指给定一个稳定的输入量，在任何时间下输出都保持稳定的状态。本部分测试所给定的输入电压为9 V，每间隔15 min对输出进行一次测量[4]。测得的数据如表2所示（室温25 ℃）。

表2 稳定性测量

稳定性的计算公式为：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

根据上式代入数值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

稳定度较好，达到嵌入式系统的电源要求。

3.3 温度影响量分析

温度影响量主要是指在稳定的输入条件下，调节环境温度，测试输出量。输出量变化越小，则系统的温度稳定性越高。本测试在保持输入为+12 V的条件下，逐步改变环境温度对输出电压进行测量[5]。

测试的结果如表3所示。

表3 温度影响量测量

根据表3可知，在不同的环境温度下系统的输出值会产生一定的波动，但总体保持稳定。根据稳定度的计算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

可以计算出温度稳定度为0.03。达到嵌入式系统所要求的范围[6]。

4 结 论

本设计电路使用了很少的元器件达到了很宽的输入电压目的，并且通过测试，在不同的输入电压下，电源输出稳定可靠，误差在许可范围内。可以在嵌入式系统中可靠应用。相对于其他的宽电压，本设计的精度更高，稳定性更可靠。

参考文献

[1] 李跃忠，李昌喜.多功能智能调节仪开关电源设计[J].东华理工学院学报，2005，28（3）：278?281.

[2] 李真芳，李世雄.MC34063在嵌入式电源设计中的应用[J].国外电子元器件，2005（6）：73?74.

[3] 管小明，李跃忠，王晓娟.基于MC34063的便携式仪器电源电路设计[J].东华理工大学学报，2010，33（1）：97?100.

[4] 张占松，蔡宜三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5] 郭忠银，高飞燕.基于MC34063的开关电源设计[J].工业控制计算机，2010（6）：40?43.

[6] 孙智，张道信.基于MC34063的大电流负电源设计[J].微型机与应用，2009（11）：90?92.

[7] 张建民，姚佶，何怡刚，等.基于ATmega16单片机的电能收集充电器设计[J].现代电子技术，2013，36（2）：135?136.

[8] 李斌.一种实用高性价比太阳能移动电话充电器的设计[J].现代电子技术，2006，29（24）：30?32.

[9] 金永镐，姜欣欣 . 基于MK6A11P单片机的宽电压智能型爆闪灯的设计[J].现代电子技术，2010，33（10）：46?48.

2.2 电阻参数计算

根据芯片手册可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是输出电压与输入电压Vin没有直接关系（Vin>VCC），只需要选好R1和R2的参数即可保证在输入变化的情况下输出保持稳定不变。

通过计算和实际比较，R1选用[103]kΩ（即3个10 kΩ并联），R2选用10 kΩ。这样：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10为限流电阻，当电流值超过1 A时起作用，通常选取0.33 Ω。

2.3 电容电感的选取

电感L4是存储电能的作用，其计算公式为：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin为输入电压的最小值；Ton为导通时间；Ipk为输出电流。

电容C4=0.000 4Ton，Ton为开关管的导通时间[2]。通常选取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 输出特性性能分析

宽电源的输出特性主要技术指标有：误差分析、稳定性分析、温度影响量分析。本小节测试所使用的测量仪器为HP34401台式数字万用表[3]。

3.1 误差分析

宽电压输入设备的基本要求就是输入电压可以在一定范围内变化而输出保持基本不变，误差要达到要求。经过测量，本设计的输出电压如表1所示。

表1 25℃室温下输出与输入测量值 V

由表1可以计算出最大相对误差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]为最大绝对误差；A为理论输出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

综合，最大相对误差为0.4 %，达到嵌入式系统对输入电压的要求范围。

3.2 稳定性分析

稳定性主要是指给定一个稳定的输入量，在任何时间下输出都保持稳定的状态。本部分测试所给定的输入电压为9 V，每间隔15 min对输出进行一次测量[4]。测得的数据如表2所示（室温25 ℃）。

表2 稳定性测量

稳定性的计算公式为：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

根据上式代入数值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

稳定度较好，达到嵌入式系统的电源要求。

3.3 温度影响量分析

温度影响量主要是指在稳定的输入条件下，调节环境温度，测试输出量。输出量变化越小，则系统的温度稳定性越高。本测试在保持输入为+12 V的条件下，逐步改变环境温度对输出电压进行测量[5]。

测试的结果如表3所示。

表3 温度影响量测量

根据表3可知，在不同的环境温度下系统的输出值会产生一定的波动，但总体保持稳定。根据稳定度的计算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

可以计算出温度稳定度为0.03。达到嵌入式系统所要求的范围[6]。

4 结 论

本设计电路使用了很少的元器件达到了很宽的输入电压目的，并且通过测试，在不同的输入电压下，电源输出稳定可靠，误差在许可范围内。可以在嵌入式系统中可靠应用。相对于其他的宽电压，本设计的精度更高，稳定性更可靠。

参考文献

[1] 李跃忠，李昌喜.多功能智能调节仪开关电源设计[J].东华理工学院学报，2005，28（3）：278?281.

[2] 李真芳，李世雄.MC34063在嵌入式电源设计中的应用[J].国外电子元器件，2005（6）：73?74.

[3] 管小明，李跃忠，王晓娟.基于MC34063的便携式仪器电源电路设计[J].东华理工大学学报，2010，33（1）：97?100.

[4] 张占松，蔡宜三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5] 郭忠银，高飞燕.基于MC34063的开关电源设计[J].工业控制计算机，2010（6）：40?43.

[6] 孙智，张道信.基于MC34063的大电流负电源设计[J].微型机与应用，2009（11）：90?92.

[7] 张建民，姚佶，何怡刚，等.基于ATmega16单片机的电能收集充电器设计[J].现代电子技术，2013，36（2）：135?136.

[8] 李斌.一种实用高性价比太阳能移动电话充电器的设计[J].现代电子技术，2006，29（24）：30?32.

[9] 金永镐，姜欣欣 . 基于MK6A11P单片机的宽电压智能型爆闪灯的设计[J].现代电子技术，2010，33（10）：46?48.

2.2 电阻参数计算

根据芯片手册可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是输出电压与输入电压Vin没有直接关系（Vin>VCC），只需要选好R1和R2的参数即可保证在输入变化的情况下输出保持稳定不变。

通过计算和实际比较，R1选用[103]kΩ（即3个10 kΩ并联），R2选用10 kΩ。这样：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10为限流电阻，当电流值超过1 A时起作用，通常选取0.33 Ω。

2.3 电容电感的选取

电感L4是存储电能的作用，其计算公式为：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin为输入电压的最小值；Ton为导通时间；Ipk为输出电流。

电容C4=0.000 4Ton，Ton为开关管的导通时间[2]。通常选取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 输出特性性能分析

宽电源的输出特性主要技术指标有：误差分析、稳定性分析、温度影响量分析。本小节测试所使用的测量仪器为HP34401台式数字万用表[3]。

3.1 误差分析

宽电压输入设备的基本要求就是输入电压可以在一定范围内变化而输出保持基本不变，误差要达到要求。经过测量，本设计的输出电压如表1所示。

表1 25℃室温下输出与输入测量值 V

由表1可以计算出最大相对误差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]为最大绝对误差；A为理论输出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

综合，最大相对误差为0.4 %，达到嵌入式系统对输入电压的要求范围。

3.2 稳定性分析

稳定性主要是指给定一个稳定的输入量，在任何时间下输出都保持稳定的状态。本部分测试所给定的输入电压为9 V，每间隔15 min对输出进行一次测量[4]。测得的数据如表2所示（室温25 ℃）。

表2 稳定性测量

稳定性的计算公式为：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

根据上式代入数值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

稳定度较好，达到嵌入式系统的电源要求。

3.3 温度影响量分析

温度影响量主要是指在稳定的输入条件下，调节环境温度，测试输出量。输出量变化越小，则系统的温度稳定性越高。本测试在保持输入为+12 V的条件下，逐步改变环境温度对输出电压进行测量[5]。

测试的结果如表3所示。

表3 温度影响量测量

根据表3可知，在不同的环境温度下系统的输出值会产生一定的波动，但总体保持稳定。根据稳定度的计算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

可以计算出温度稳定度为0.03。达到嵌入式系统所要求的范围[6]。

4 结 论

本设计电路使用了很少的元器件达到了很宽的输入电压目的，并且通过测试，在不同的输入电压下，电源输出稳定可靠，误差在许可范围内。可以在嵌入式系统中可靠应用。相对于其他的宽电压，本设计的精度更高，稳定性更可靠。

参考文献

[1] 李跃忠，李昌喜.多功能智能调节仪开关电源设计[J].东华理工学院学报，2005，28（3）：278?281.

[2] 李真芳，李世雄.MC34063在嵌入式电源设计中的应用[J].国外电子元器件，2005（6）：73?74.

[3] 管小明，李跃忠，王晓娟.基于MC34063的便携式仪器电源电路设计[J].东华理工大学学报，2010，33（1）：97?100.

[4] 张占松，蔡宜三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5] 郭忠银，高飞燕.基于MC34063的开关电源设计[J].工业控制计算机，2010（6）：40?43.

[6] 孙智，张道信.基于MC34063的大电流负电源设计[J].微型机与应用，2009（11）：90?92.

[7] 张建民，姚佶，何怡刚，等.基于ATmega16单片机的电能收集充电器设计[J].现代电子技术，2013，36（2）：135?136.

[8] 李斌.一种实用高性价比太阳能移动电话充电器的设计[J].现代电子技术，2006，29（24）：30?32.

[9] 金永镐，姜欣欣 . 基于MK6A11P单片机的宽电压智能型爆闪灯的设计[J].现代电子技术，2010，33（10）：46?48.