34063降压电路设计报告

摘要：该降压电源变换器电路采用MC34063芯片作为其电路构成的核心部分，用以对12V的输入电压经过降压电源电路降至5V；定时电容Ct用以控制振荡器的频率，电感L和电阻R1、R2则是用以控制输出端电压；调节电感L的电感量以及电阻R2与R1比值即可控制输出端的电压输出，该电路设计则是输出端的电压降至5V；且要求在输出端带负载时的电压压降在0——0.5V之间，同时要求输出端的纹波尽量小。

关键字：降压型变换电源    MC34063        12V降至5V

English subject：Buck type transform power supply

Abstract:The buck power converter circuit adopts MC34063 chip as its core part of a circuit to the input voltage of the 12 V power supply circuit after step-down down to 5 V; Timing capacitance Ct can control the oscillator frequency, inductance L and resistance R1, R2 is used to control the output voltage of the; Adjust the inductance load and inductance L resistance and can control the ratio R2 R1 is the output voltage output, this circuit design is the output voltage drop to 5 V; And require in the output voltage of the load to bring pressure drop in 0-between 0.5 V, also asked the output ripple as low as possible.

Keywords:Buck type transform power supply     MC34063     12 V down to 5 V

目录

一.理论分析    2

1、MC34063芯片简介：    2

1.1.1  MC34063的结构组成：    2

1.1.2  MC34063的内部结构图：    3

1.1.3  MC34063的引脚：    3

1.1.4  MC34063的内部电路原理：    4

1.1.5 MC34063芯片的主要电路应用有以下几个方面：    4

2.用MC34063制作的降压型变换电源的设计思路    5

1.2.1  设计题目基本要求：    5

1.2.2 用MC34063制作降压型变换电源的设计思路    5

二.方案设计与论证    7

2.1.1、设计12V/5V降压电源变换器的思路    7

2.1.2    、12V/5V降压电源变换器的电路原理图设计    7

2.1.3 、12V/5V降压电源变换器电路相关参数计算    7

三. 系统硬件电路设计和实现    9

四.系统测试    9

4.1.1、调试中用到的仪器：    9

4.1.2、调试方法：    9

4.1.3、调试中出现的问题：    10

4.1.4、调试问题的解决方案：    10

4.1.5、误差分析：    10

五. 结论    11

六. 系统使用说明    11

七. 参考文献    12

一.理论分析

1、MC34063芯片简介：

1.1.1  MC34063的结构组成：

MC34063是一种开关型高效DC/DC变换集成电路。内设置有大电流的电源开关，34063能够控制的开关电流达到1.5A；它的内部含有具有温度补偿的基准电压源、比较器、具有限电流电路的占空比可控的振荡器、驱动器和大电流输出开关管。参考电压源是温度补偿的带隙基准源，振荡器的振荡频率有3脚的外接定时电容决定；开关晶体管由比较器反向输入端与振荡器相连的逻辑控制线路置成ON，并由与振荡器输出同步的下一个脉冲设置成OFF。

1.1.2  MC34063的内部结构图：

MC34063的内结构图如下图所示： 

图1.1.2   MC34063内部结构图

1.1.3  MC34063的引脚：

1脚：开关管T1集电极引出端；

2脚：开关管T1发射极引出端；

3脚：定时电容CT的接线端，调节电容Ct的电容值可以使工作频率在100—100KHz之间变化；

4脚：GND：

5脚：电压比较器反相输入端同时也是电压输出取样端，使外接电阻精度不低于1%的精度电阻；

6脚：Vcc；

7脚：负载峰值电流取样端，6.7脚之间的电压超过300mV时芯片启动内部过流保护电路，起到过流保护的作用；

8脚：驱动管T2的集电极引出端。

1.1.4  MC34063的内部电路原理：

内部框图中所表示的电路解释如下：

振荡器通过恒流源对外接在CT管脚（3脚）上的定时电容不断的充电和放电以产生振荡波形，充电和放电的电流都是恒定的，所以振荡频率取决于外接定时电容的的容量，与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阀值电平时为高电平；当C和D端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通，反之，当振荡器在放电期间C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态；

电流SI检测端（5脚）通过检测连接在正电源和5脚之间的电阻上压降来完成功能，当检测到电阻上的电压降接近于300mV时，电流电路开始工作，这时通过CT管脚对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间结果是使输出开关的关闭时间延长。

1.1.5 MC34063芯片的主要电路应用有以下几个方面：

（1）、MC34063大电流降压变化器电路、大电流升压变换器电路；

（2）、MC34063反向变换器电路；

（3）、MC34063降压变化器电路、升压变换器电路。

2.用MC34063制作的降压型变换电源的设计思路

1.2.1  设计题目基本要求：

此次设计的主要设计要求是要求设计用MC34063芯片制作降压型变换电源，因此可以选用上述MC34063芯片应用中的第三个方面；具体设计电路原理图如下图所示，但根据设计要求必须对相关参数进行调整方可实现设计要求的基本功能。

基本要求:

1)、要求将12V的输入电源电压经过降压使得输出电压为5V，输出端的电流在200mA左右；

2)、要求振荡器的频率为70KHz，因此需要计算与振荡器频率有关的CT端的电容值；

3)、要求降压后的输出电压的最小误差在4.5V以上，且在带负载的情况下输出电压的压降值不能够太大，使其精度越小越好；

4)、在不带负载的情况下用示波器观测器输出端的纹波的大小，以及带负载后的纹波的大小，要求纹波越小越好；

5)、误差的允许范围：要求输出端的输出为5V的电压，那么输出端的输出电压的误差范围要求应该在0V——4.5V 之间，输出端输出的最大允许电流为300mA.

1.2.2 用MC34063制作降压型变换电源的设计思路

1、 参考MC34063芯片的基本电路应用，用MC34063芯片组成的基本降压电路如下图所示：

2、如上图所示，工作过程分析如下：

1）、比价器的反相输入端（5脚）通过外界分压电阻R1、R2监视输出电压。其中，输出电压Uo=1.25（1+R2/R1），由公式可知输出电压仅与R1、R2数值有关，因为1.25V的基准电压恒定不变,若R1、R2阻值稳定，则Uo也稳定。

2)、5脚电压与基准电压1.25V同时送入内部比较器进行电压比较。当5脚的电压值低于内部基准电压1.25V时，比较器输出为跳变电压，开启R-S触发器的S脚控制门，R-S触发器在内部振荡器的驱动下，Q端为“1”状态（高电平），驱动管T2导通，开关管T1也导通，使输出电压Ui向输出滤波器电容Co充电以提高Uo，达到自动控制Uo稳定的作用。

3）、当5脚的电压值高于内部基准电压（1.25V）时，R-S触发器的S脚控制门，Q端为“0”状态（低电平），T2截止，T1也截止。

4）、振荡器的Ipk输入（引脚7）用于监听开关管T1的峰值电流，以控制振荡器的脉冲到R-S触发器Q端。

5）、3脚外接振荡器所需要的定时电容Co电容值的大小决定振荡器频率的高低，也决定开关管T1的通断时间。

二.方案设计与论证

2.1.1、设计12V/5V降压电源变换器的思路

根据上述关于34063芯片的相关介绍以及降压电路的基本设计可得到如下图所示的12V/5V降压电源变换器电路。由于3端的时间电容影响到MC34063芯片的内部振荡器的频率，因此在设计时需要对其进行具体的计算设计；而检测电阻以及后面的电感的值都会影响到具体电路的设计，因此也需要具体的设计计算；电阻R1、R2的参数则决定降压后的伏值，因此需要根据具体电路要求进行具体计算。如下图所示就是此次设计的基本电路原理图设计，其中的参数有待计算。

2.1.2    、12V/5V降压电源变换器的电路原理图设计

由上述的相关论述得出如下的12V/5V降压电源变换器的电路原理图，具体原理图如下图所示：

图2.1.2   12V/5V降压变化器设计原理图

2.1.3 、12V/5V降压电源变换器电路相关参数计算

1）、所设计的降压电源变换器是要求将12V的电压降至5V,且输出端的电流要求是在200mA左右，因此有如下计算：

由Uo=1.25*（1+R2/R1），得 R2/R1=3，因此可以看出输出端电压只与电阻R1、R2有关，故只要电阻R1、R2符合上述比值即可得到输出端电压为5V的要求，但当电阻R1、R2的阻值太小时，该支路的分流效果将会增大，从而使得输出端的带负载能力降低，因此需要选择适当的阻值；

2）、由于设计要求振荡器的频率为70KHz，Vin=12V,Vout=5V,Io=200mA；因此需要计算3端所接的电容Ct的电容值来估算振荡器的频率，相关计算如下：

由 式 Ton/Toff=|（Vout+Vf）/（Vin（max）-Vs-Vout）|得，

Ton=（5/12）*T(T为振荡周期，其中Vs、Vf在计算中可以忽略不计)

又要求的振荡频率为70KHz，因此周期T=1/70KHz，将周期T带入上述计算式中得到Ton=1/（12*14*1000）

由Ct=（4/100000）*Ton 得，Ct=238pF，因此可以选用瓷片电容201（200pF）的电容来作为该电路中的时间电容；

3）、电感量的相关计算如下：

由Ipk=2*Iout（max），及要求输出端的电流是200mA左右，因此假设最大的输出电流为300mA,故有Ipk=2*Iout（max）=600mA；

则L(min)=[(Vin(max)-Vs)/Ipk]*Ton(max)=119.05uH,因此选用的电感至少要大于120uH；

4)、检测电阻Rsc的相关计算如下：VIpk/Ipk=0.33V/600mA=0.55欧姆，因此在电路设计中可以选用1欧姆的电阻作为检测电阻；

以上均为电路相关参数的具体计算参数，但考虑到需对电路参数留有余量，因此具体的电路参数定为以下的规格：

电阻R1、R2分别选用1.2K的电阻和5K 的电位器；电容Ct选用瓷片电容201（200pF）的电容来作为该电路中的时间电容；电感采用自行绕制的电感，测量其电感值为117uH,接近计算值，可以采用；检测电阻Rsc选用1欧姆的电阻；但由于实验室提供的是2欧姆的电阻，因此用之取代。

3.系统硬件电路设计和实现    

根据上述电路设计方案中的相关叙述，以及电路参数的计算最终确立此次设计的12V/5V降压变换器的具体电路图，电路原理图如图2.1.2所示。

根据设计好的电路原理图焊接电路，等待调试。

四.系统测试

该设计电路中只涉及到硬件电路，因此只需要对硬件电路进行调试。此次调试的基本组成部分有以下几个方面：调试过程中需要用到的仪器，调试的方法、调试中出现一些问题以及调试中出现的问题的解决方案等部分。

4.1.1、调试中用到的仪器：

示波器、数字万用表、负载；

4.1.2、调试方法：

将焊接好的电路根据电路原理图对电路进行连接，由于输入端电压要求是12V的电压源，因此可选用之前设计电路中的12V稳压电源。首先在不带负载的情况下用数字万用表对其输出端电压进行测量，看是否能够达到5V的输出电压，同时用示波器对其输出端的纹波进行观察；其次在带10欧姆的负载的情况下用数字万用表对其输出端电压进行测量，看是否能够达到5V的输出电压，如果达不到5V，那么压降有多大，同时还要用示波器观察此刻的输出端的纹波的大小；最后在带20欧姆负载的情况下用数字万用表对其输出端电压进行测量，看是否能够达到5V的输出电压，如果达不到5V，那么压降又是多大，同时还要用示波器观察此刻的输出端的纹波的大小。调试时输出端电压的压降越小越好，纹波越小越好。

4.1.3、调试中出现的问题：

调试中发现在不带负载的情况下能够使其输出端的电压达到5V，但是当带上负载后发现输出端的压降降的比较大，输出端的电压只有1.78V，因此不能够实现预期的目标。

4.1.4、调试问题的解决方案：

1)、经检测发现如果采用2欧姆的检测电阻则不能够实现预期的目标，Rsc检测电阻的阻值应该小于1个欧姆，因此在Rsc两端并联了一个1欧姆的电阻，然后再次进行调试发现输出端的压降没有开始的时候降低的多，但是还是不能够实现预期的目的；因此又采用更换电感进行测试；发现也不能实现预期的目标，最终将检测电阻Rsc短路，并采用117uH的电感进行调试，仍然不能够准确的实现预期的效果，但是带上负载后输出端的电压压降变小，更改后的输出端的输出电压为2.28V左右；

2)、在以上电路的修改下继续检查电路发现电路中所采用的R2滑动变阻器并不是502（5K的变位器），而是302（3K的变位器），且采用的R1电阻也只是200欧姆的电阻；故在R1、R2电阻支路的分流效果比较大，因此在负载的情况下很难使输出端的输出电压稳定在5V；因此需要更换掉电阻R1和电位器R2，用502的电位器代替302的电位器，用1K的电阻代替R1；同时为了更好的稳定电压和使输出端的纹波尽量小，因此将普通的二极管更换为快速开关二极管；更改完电路后重新调试电路，电感仍然用自己制作的117uH的电感；调试电路发现能够实现预期的降压变换器电路的基本要求，在带负载的情况下输出端的电压压降也很小，在0.15——0.28V之间，并且纹波比较大，大致纹波范围在50——175毫伏之间，解决方案是可以改变C3的电容值的大小，由220uF改为470uF即可减小纹波。

4.1.5、误差分析：

调试结果记录：

如下表所示为此设计电路的调试结果记录表格，记录降压电路输出端的输出电压在不同的负载情况下的变化；从而可以根据记录结果对该电路设计的误差进行分析。

表一    调试结果记录

要求输出端的输出电压值为5V，电流Io为200mA；因此有以下的误差分析。

空载时的误差=（|5-5.02|/5）*100%=0.4%，即此时的误差为千分之四；

带10欧姆的负载时，误差=（|5-4.99|/5）*100%=0.2%，即误差为千分之二；

带20欧姆的负载时，误差=（|5-4097|/5）*100%=0.6%，即误差为千分之六。

5.结论

在这次的降压电源变换器的电路设计中，我们的设计完成电路设计的基本要求，如电压可以达到要求的5V，且在外接负载的情况下输出端的电压压降也比较小，同时误差的范围也达到了一定的要求；此次设计中最为成功的一点就是输出端的纹波比较小，输出端电压的精度相对也比较高。基本上达到了预期的目标，但是扩展功能不够完善，也有一些没有解决的问题需要进一步的考虑。

6.系统使用说明

硬件电路共引出四根导线用于检测调试电路，其中两端作为12V电源的输入端，一根接12V的正电源，另一根接12V正电源的地；另外两端作为+5V的输出端，与万用表连接，用于检测降压电路的输出端的电压是否为+5V（接近+5V），其中一端接万用表的正，另一端接地；将示波器的其中一个通道接入输出端，用以检测输出端的纹波的大小。

7.参考文献

[1]王松武. 电子创新设计与实践. 北京：国防工业出版社，2005年

[2]黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京电子工业出版社，2005年

[3]杨立功. 电子技术实验实习教程. 昆明：云南科技出版社，2004年