以MC34063为例概述DC/DC转换控制电路测试方法

2013-09-28 14:00:32来源: 互联网

摘 要:目前,DC/DC转换器广泛应用于远程及数据通信?计算机?办公自动化设备?工业仪器仪表?军事?航天等领域,涉及到国民经济的各行各业?文章以其中有一定代表性的MC34063电路为例,扼要介绍其电特性和用其构成的升压电路的测试方法,并解析其测试原理和升压电路设计中的注意事项,对DC/DC转换器的分析测试和量产测试提供一些借鉴?

  1 引言

  目前,DC/DC转换器广泛应用于各行各业?其中,MC34063电路本身包含了DC/DC变换器所需要的主要功能,是一种双极型线性集成单片控制电路,由于价格便宜,开关峰值电流达1.5 A,电路简单且效率满足一般要求,所以广泛用于以微处理器(MPU)或单片机(MCU)为基础的系统里?本文就以MC34063电路为例,探讨一下DC/DC转换电路的测试方法?

  2 MC34063电路简介

  MC34063电路由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器?比较器?占空比可控的振荡器,R-S触发器和大电流输出开关电路等组成?该器件可用于升压变换器?降压变换器?反向器的控制核心,由它构成的DC/DC变换器使用简单可靠,仅用少量的外部元器件?

  主要特性:输入电压范围为2.5~40 V,输出电压可调范围为1.25~40 V,输出电流可达1.5 A,工作频率最高可达180 kHz,低静态电流,短路电流限制,可实现升压或降压电源变换器?

  基本结构及引脚功能如图1:Pin1:开关管T1集电极引出端;Pin2:开关管T1发射极引出端;Pin3:定时电容CT接线端,调节CT可使工作频率在100~100 kHz范围内变化;Pin4:电源地;Pin5:

  电压比较器反相输入端,同时也是输出电压取样端, 使用时应外接两个精度不低于1%的精密电阻;Pin6:电源端; Pin7:负载峰值电流(Ipk)取样端;6?7脚之间电压超过300 mV时,芯片将启动内部过流保护功能;Pin8:驱动管T2集电极引出端?

  截图47

  工作原理:振荡器通过恒流源对外接在CT管脚(3脚)上的定时电容不断地充电和放电,以产生振荡波形?充电和放电电流都是恒定的,所以振荡频率仅取决于外接定时电容的容量?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阈值电平时为高电平?当C和D输入端都变成高电平时,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?电流限制检测端Pin7通过检测连接在VCC和Pin7之间电阻上的压降来完成功能?当检测到电阻上的电压降接近超过300 mV时,电流限制电路开始工作?这时通过CT管脚(Pin3)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,结果是使得输出开关管的关闭时间延长?

  3 MC34063电路电参数测试说明

  对该电路的测试包含有振荡器部分?输出开关部分?比较器部分和器件总体,以及升压等应用部分进行测试?下面就各部分主要参数的测试方法做说明?

  3.1 振荡器部分

  对振荡器部分参数的测试包括振荡器频率(fosc)? 充电电流(Ichg)?放电电流(Idischg)?放电充电电流比(Idischg/Ichg)?电流限制检测电压(Vipk);按测试条件施加电压,输入定时电容会产生如图2的充放电三角波形,据此波形可知振荡器频率,根据公式I=C×ΔV/Δt,可计算出其充放电电流,置VCC=Vpin7=5 V,由图2可知,定时电容充电过程明显大于放电过程,往下微调VPin7电压,直到电流限制电路开始工作,这时通过CT管脚(Pin3)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,结果使得放电时间和输出开关管的关闭时间延长,当充电时间和放电时间相等时,VCC和Vpin7的压差即为电流限制检测电压Vipk?

  截图48

  生如图2的充放电三角波形,据此波形可知振荡器频率,根据公式I=C×ΔV/Δt,可计算出其充放电电流,置VCC=Vpin7=5 V,由图2可知,定时电容充电过程明显大于放电过程,往下微调VPin7电压,直到电流限制电路开始工作,这时通过CT管脚(Pin3)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,结果使得放电时间和输出开关管的关闭时间延长,当充电时间和放电时间相等时,VCC和Vpin7的压差即为电流限制检测电压Vipk?

  3.2 输出开关部分

  为了满足开关峰值电流1.5 A的要求,通常采用达林顿接法?由Pin5到T1管的CE两极输出,涉及振荡器?与门?R-S触发器,如果要T1管处于导通状态,振荡器输出信号就必须保持在逻辑1的状态,图3为达林顿两种接法的典型值?

  截图49

  3.3 比较器部分

  当Pin5输入电压低于内部Vref时,Pin2会输出24~42 kHz的方波,VOL=0 V,VOH为VCC/2; Pin5输入电压高于内部Vref时,Pin2输出为0 V?由此得出Vref值即为Vth?本测试连同振荡器充放电频率一同检测完毕?Vth电参数表制定规格为1.21~1.29 V(工作温度为 0~70 ℃),量产测试通常为常温,考虑到测试中的误差,可以将其规格定为1.225~1.275 V?

  4 用MC34063搭建升压电路的测试研究

  DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器?其通常分为三类:升压型DC/DC转换器?降压型DC/DC转换器以及反向型DC/DC转换器?下面就以MC34063构成的升压电路的测试方法进行介绍?

  4.1 升压电路工作原理

  MC34063组成的升压电路原理如图4,当芯片内开关管T1导通时,输入电压Vin经取样电阻RSC?电感L?Pin1和Pin2接地,此时电感L开始存储能量,而由CO对负载提供能量?当T1断开时,输入电压Vin和电感L同时通过二极管1N5819给输出负载和电容CO提供能量?电感L在释放能量期间,由于其两端的电动势极性与输入电压Vin极性相同,相当于两个电源串联,且CO储存来自电感L的电流,经多个开关周期以后(图5),输出电容CO的电压升高,结果使得输出电压Vout高于输入电压Vin?开关管导通与关断的频率也是振荡器部分OSC的工作频率?只要此频率相对于输出负载的时间常数足够高,输出负载上便可获得连续的直流电压?输出的电压由分压器R1和R2分压后输入比较器,并与基准电压一起去控制脉冲宽度,由此而获得所需要的电压,即Vout=Vref×(R1/R2+1)?

  截图50截图51

  4.2 测试方法及结果

  该升压电路测试参数见表1,线性调整率为在规定的条件下,当输入电压Vin从8 V变化到16 V时,所引起的输出电压Vout的相对变化量;负载调整率为在规定的条件下,调整输出负载的大小,使输出电流IO从75 mA变化到175 mA时,所引起的输出电压Vout的相对变化量;输出纹波为在规定的条件下,调整输出负载的大小,使输出电流IO=175 mA,用示波器读出输出电压Vout中所包含的交流分量峰-峰值,应注意外界干扰对纹波测量的影响,可以使示波器接地端与MC34063地端之间的接地线尽可能短,一般不超过10 cm,或者采用外电路补偿的等效办法;效率即输出功率与输入功率的百分比?

  截图52

  该升压电路未外接大功率达林顿结构开关管,主要用于输出电流较小的场合,工作电流可达几十毫安至几百毫安,测试结果表明,其输出稳定度高,转换效率可达80%以上?

  4.3 搭建该电路的注意事项

  设计该测试电路需要特别注意的地方(见图4):首先,在PCB板布局上,CI和CO应尽可能靠近被测电路,这样可以减小影响Vin和Vout纹波的铜迹线电阻?尽量减小连接电感L和输出二极管1N5819的迹线长度,这样能减小功耗并提高效率?输出反馈电阻R2远离电感L可以将噪声影响降至最小?其次,电容的选择上,由于该升压电路的输入为三角形电压波形,因此要求输入电容CI必须减小输入纹波和噪声?纹波的大小与输入电容值的大小成反比,电容值越大,纹波越小?如果输出负载变化很小,并且输出电流小,使用小容量输入电容也很安全?如果被测电路的输入电压与源输出相差很小,也可选小体积电容?如果要求电路对输入电压源纹波干扰很小,就可能需要大容量电容,并(或)减小等效串联电阻?输出电容CO的选择决定于输出电压纹波?在大多数场合,要使用等效串联电阻值低的电容,如陶瓷和聚合物电解电容?否则,就需要仔细查看被测电路频率补偿,并且在输出电路端可能需要另加一额外电容?第三,因为电感L的大小影响输入和输出纹波电压和电流,所以电感的选择也是设计的关键?等效串联电阻值低的电感,其转换效率最佳?要使电感饱和电流额定值大于电路的稳态电感电流峰值?最后,要选择快速肖特基整流二极管(如1N5819)?与普通二极管相比,肖特基二极管功耗低且开关频率高?肖特基二极管平均电压额定值应大于电路最大输出电压?

  5 结束语

  以上从MC34063电路的结构及工作原理的角度,对其基本电参数及其升压电路的测试方法做了说明,为业界同行测试该类DC/DC电路提供一定参考,也可基于此类电路的测试原理进行相关测试平台及测试程序的开发?已经通过测试并通过了国家重点项目的验收?

关键字:MC34063  DC  DC转换  控制电路  测试

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0928/article_19566.html
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