基于MC34063芯片DC-DC(20-5)降压型变换电路

目录

基于MC34063芯片的DC-DC(20/5)降压型变换电路 (2)

1 引言 (3)

2 设计要求及分析 (4)

2.1、设计要求 (4)

2.2、设计分析 (4)

3 MC34063芯片介绍 (5)

3.1、MC34063的引脚图及引脚介绍 (5)

3.2、MC34063内部组成及示意图 (5)

3.3、MC4063芯片特点 (6)

4 系统整体方案的论证与选择 (6)

4.1、外接开关管方案 (6)

4.2、不外接开关管方案 (8)

5 基于MC34063变换电路的工作原理 (9)

5.1、DC-DC开关电源的电路组成及工作原理 (9)

5.2、基于MC34063降压变换电路原理 (11)

6 电路仿真 (20)

6.1、proteus仿真软件介绍 (20)

6.2、仿真电路及测试图 (20)

7 实物测试及结论分析................................................................................. 错误！未定义书签。

7.1、实物及测试结果............................................................................ 错误！未定义书签。

7.2、结果分析........................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献.. (22)

附录 .............................................................................................................. 错误！未定义书签。致谢 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。

基于MC34063芯片的DC-DC(20/5)降压型变换电路

摘要：本文设计了一种基于稳压开关芯片MC34063的DC-DC电源变换电路，可将DC/20V 变为DC/5V，且输出电压准确、稳定，具有低噪声、低功耗性能。鉴于MC34063芯片具有周期性占空比可控、可实现直流到直流变换的特点，借助于芯片的开关作用，实现将一定幅值的直流输入电压转变为间断特性的脉动直流输出。采用电感、电容组成滤波电路，并在输出端设置由电阻R1、R2组成的取样反馈电路进行实时监测输出端的电压并将信号反馈到开关芯片，进而调节开关的占空比使输出电压准确。运用proteus仿真软件对整体电路及其关键指标进行了优化模拟，并搭建实物电路，经测试。最终电路输出稳定的直流电压5.07V，无明显波动，测试精确度约2%，基本达到设计要求。

关键字：占空比可控；脉动直流；MC34063芯片

Abstract:Is designed based on the regulator switch chip MC34063 DC-DC power conversion circuits, can be DC/20V into DC/5V, and the output voltage accuracy, stability, low noise, low power consumption performance. In view of the MC34063 chip, can be achieved that the DC to DC transform the characteristics of periodic duty cycle controlled by means of the chip switch role in achieving a certain amplitude of the DC input voltage into a pulsating DC output intermittent characteristics. By inductance, capacitance to form a filter circuit, and set in the output sampling feedback circuit composed of resistors R1 and R2, real-time monitoring of output voltage and the signal fed back to the switch chip, and then adjust the duty cycle of the switch so that the output voltage accurately. The use of the Proteus simulation software optimized analog circuit as a whole and its key indicators, and build a physical circuit, has been tested. The stability of the final circuit output DC voltage of 5.07V, no significant fluctuations, test the accuracy of about 2%, basically meet the design requirements.

Keywords: duty cycle controlled; pulsating direct; MC34063 chip

1 引言

近代关于降压电源基本上有开关电源和线性电源两种，线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，将直流电转化为高频率的脉冲电流，同时提供给变压器或者整流电路进行变压，从而产生所需要的直流电压，这样的转化往往是高频的。转化为高频电流的原因是高频电流在变压电路中的效率要比50Hz高很多。一般开关电源的控制部分都是在集成片上完成而且工作时不是很热。下面就线性电源与开关电源的效率、经济、适用性等方面作简单的介绍。

线性电源的工作过程是输入电源先经预稳压电路进行初步交流稳压后，通过主工作变压器隔离整流变换成直流电源，再经过控制电路和单片微处理控制器的智能控制下对线性调整元件进行精细调节，使之输出高精度的直流电压源。线性电源功率器件工作在线性状态，也就是说它一用起来功率器件就是一直在工作，所以也就导致它的工作效率低，一般效率在50%~60%已经可以说是效率很好的线性电源。线性电源的工作方式，从高压变低压必须有降压装置，一般的都是变压器，再经过整流输出直流电压。这样一来它的体积也就很大、笨重、效率低、发热量也大。它也有的优点有纹波小，调整率好，对外干扰小。

开关电源是利用控制开关晶体管导通和关断的时间比率，使维持稳定的输出电压，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制部分和开关器件（MOSFET、BJT等）构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断的创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关电源的功率器件工作在频率非常快开关状态，这样它的损耗就小，效率也就相对提高，效率可高达80％～90％。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

总之，随着电力电子技术的高速发展，在电力电子设备与人们的工作生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。从20世纪80年代后期计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入20

世纪90年代，开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，这促进了开关电源技术的迅速发展。并且开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

2 设计要求及分析

2.1、设计要求

本设计要求采用MC34063芯片为核心设计一个由20V变换成5V的DC-DC降压型变换电路，并且要输出的电压准确，性能稳定、低噪声、低功耗。

2.2、设计分析

MC34063芯片为一单片双极型线性集成电路，专用于DC-DC开关型变换器控制部分，既可以用于DC-DC升压又可以用于DC-DC降压。此外芯片本身带有过流保护作用，所以在出现大电流是会自动启动保护功能，安全性较高。

设计理论方面：由于MC34063是属于开关电源控制部分的芯片之一，所以在设计电路之前应对开关电源的工作原理认真研究，并了解到开关电源是通过改变调整管的开和关的时间即占空比来改变输出电压的，并在此基础上在就针对MC34063芯片内部构成及工作原理做详细分析。最后，设计出以MC34063芯片为核心的DC-DC降压型变换器整体电路，并对整体电路的工作流程及输出电压由哪些量来决定，使得最终仿真的实际值尽可能与理论值相符合。

设计实践方面：要使得输出的电压准确、性能稳定、低噪声、低功耗就要在弄明白由于什么原因造成输出误差，对于开关电源的噪声产生主要由于整流谐波、开关频率产生的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变所产生的浪涌。其产生电磁干扰是开关电源本身的特点所决定的，是难以避免的，关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度。本设计在输入电压端接有滤波电容用于抑制开关电源产生噪声并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。对于输出纹波是由于随着开关管的开、关，电感中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的，所以在输出端也会出现一个与开关管同频率的纹波。所以开关纹波，理论上和实际上都是存在的。通常抑制或减少它的做法有加大电感和输出电容，这是根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成

反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹

波，而且这样可以有效地减小电路的功率消耗使得输出低功耗、性能稳定、准确

的电压。

3 MC34063芯片介绍

3.1、MC34063的引脚图及引脚介绍

1

）图7为对MC34063芯片引脚图和对应引脚的名称

图7 MC34063引脚名称及引脚图 2）关于MC34063各引脚的简单介绍

1脚：开关管T 1集电极引出端； 2脚：开关管T 1发射极引出端；

3脚：定时电容C t 接线端； 4脚：电源地；

5脚：电压比较器反相输入端； 6脚：电源端；

7脚：负载峰值电流取样端； 8脚：驱动管T 2集电极引出端。

3.2、MC34063内部组成及示意图

MC34063芯片内部包括：一个温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制

振荡器、一个比较器、一个与门、一个R-S 触发器、两个三极管及一个电阻共

8个元件 组成该芯片内部电路，其电路如图8所示。

引脚号

名称 1

开关管集电极 2

开关管发射极 3

定时电容 4

GND （接地） 5

比较器反相输入 6

V CC （电压输入） 7

I PK (峰值电流)检测 8 驱动管集电极

图8 MC34063内部结构

3.3、MC4063芯片特点

MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于DC-DC变换器控制部分。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。其芯片特点有①能在3.0-40V的输入电压下工作②短路电流限制③低静态电流④输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）⑤输出电压可调⑥工作振荡频率从100HZ到100KHZ（关于MC34063芯片的详细极限参数、电参数、设计规范表、典型参数曲线见附录）。

4 系统整体方案的论证与选择

4.1、外接开关管方案

方案结构框图如图1所示，

此方案将20V的直流电压输入

到MC34063进行线性变换，由

于MC34063自带的开关管允许

的峰值电流为1.5A，超过这个

值可能会造成MC34063永久损

坏。由于通过开关管的电流为梯

形波，所以输出的平均电流和峰

值电流间存在一个差值，为了使图1 方案一结构图

这个差值尽可能减小可以使用较大的外接电感，使电感上储存更多的能量这样就

使这个差值变的比较小，使得输出的平均电流就可以做得比较大。即使输出的电

流即使没有超过1.5A ，但可靠性会受影响。为此要使达到更大的输出电流，就

须借助外加开关管。

外接的的开关管主要是指外接一个三极管，且与MC34063里的自带的开关

管一起构成了复合管，可等效为一个三极管，其放大倍数是两个三极管放大倍

数的乘积。此方案采用复合连接方式来达到输出较大的电流。由于外接三

极管接在MC34063的内置晶体三极管的集电极或射极上都具有放大电流的

作用，所以说就有两种不同的接法，如下图2和图3为分别外接于集电极的

PNP 管和外接与射极的NPN 管的电路图。

图2 集电极接法 图3 射极接法

虽说这样的接法可以达到输出大电流的目的但也有不利的影响，图2的接法

所组成的组合管的输入电阻R be 等于前一个三极管的输入的电阻R be1，那么外接

三极管易达到饱和，当达到深度饱和时，由于基区存储了相当的电荷，所以三极

管关断被延时，这就相当于延长了开关导通时间，影响开关频率，使得输出地电

压波纹比较大且效率不高。图3接法的组合管的输入电阻R be 为2

11)1(be be R R β++由于它的输入电阻很大那么在前一个三极管上的压降就比较大，这就是说此接法

虽然不易达到饱和，但开关导通时压降较大，输出的电压不稳定，效率也会降低。

其次由于外接的开关管使得信号的传输的时间延长，导致启动时间比较长，并且

负载的大小也不同程度影响了启动时间，这样对于一些要求比较严格的供电设备

而言会影响设备的寿命。通过仿真软件proteus 对外接三极管降压电路进行模拟，

测试结果出现了较明显的波动如图4所示，其结果与理论分析存在的问题吻合。

4.2、不外接开关管方案

方案将20V的直流电压输入到

MC34063进行线性变换，并通

过自身的开关管使得输出符合

要求，由此图5可以看出方案二

的结构框图简单，没有外加开关

管，本设计要求对电流没有严格

的要求，同时MC34063芯片本图5 方案二结构图

身就能够满足1.5A之内的电流，并且一般都运用在低电流电压的方面，只要求输出的电压准确，性能稳定、低噪声、低功耗，而外加三极管开关抗干扰能力比较差并且不能带大的负载，为了让性能更加稳定且尽可能少添加外部开关使得输出比较稳定、低噪声、低功耗且能够承载大负载。本设计综合考虑选择方案二作为采用MC34063芯片设计一个由20V变换成5V的DC-DC降压型变换电路，

下面图6是具体的电路图。

图6 方案二电路图

5 基于MC34063变换电路的工作原理

对于MC34063芯片本身属于开关电源类芯片，那么以它为核心的的DC-DC 变换的工作原理也符合开关电源的工作原理，下面就先对开关电源具体工作原理做一介绍。

5.1、DC-DC开关电源的电路组成及工作原理

DC-DC开关电源是利用现代电力电子技术，通过控制开关管开通和关断的时间比率，使输出维持稳定电压。下面就开关电源工作原理做详细说明。

开关型稳压电路大致由开关调整管、滤波电路、脉冲调制电路、比较放大器、基准电压和采样电路构成，一般在开关电源的电路中三极管T做为工作在开关状态的调整管，电感L和C组成滤波电路，二极管D1称为续流二极管。脉冲宽度调制由比较器输出和产生三角波的振荡器输出共同来决定。比较器的反相输入端由两电阻R1、R2组成采样电路。

电路的工作原理分析：开关电路是采用脉冲宽度调制方式（PWM）来控制输出的。采样电路得到的电压U f与基准电压进行比较并放大以后得到U a，传送到比较器的反相输入端。振荡器产生的三角波U t则加在比较器的同相输入端。当U

>U a时，比较器输出高电平；当U a

管T的基极电压U b成为高、低电平交替的脉冲波形。工作流程图及其脉冲波形可用图9近似去表示输出效果。

图9 开关电源工作逻辑和脉冲输出

当调整管处于开关工作状态即一开一闭的开关式状态。它的发射极电位U e 也是高、低电平交替的脉冲波形。在经过滤波电路的滤波处理，就可以可以得到比较平滑的输出电压U o。在理想情况下，输出电压U o是调整管发射极电压U e 的平均值。在一定的直流输入电压U i之下，占空比D的值越大，则开关型稳压电路的输出电压U o愈高。当由于电网电压或负载电流的变化使输出电压U o升高，则经过采样电阻以后得到的采样电压U f也随之升高，此电压与基准电压比较以后再放大得到的电压U a也将升高，U a送到比较器的反相输入端，由上图所示的波形，当U a升高时，将使开关调整管基极电压U b的波形中高电平的时间缩短，而低电平的时间加长，于是调整在一个周期中饱和导电的时间减少，截止的时间增加，则其发射极电压U e脉冲波形的占空比减小，从而使输出电压的平均值U o 减小，最终保持输出电压基本不变。从上面的分析了解到开关电源的电路组成及

工作方式，并据此可知开关式稳压电源的基本电路框图如图10所示。

图10 开关电源基本框架

5.2、基于MC34063降压变换电路原理

5.2.1、整体电路图及说明

根据上面对MC34063芯片内部组成及开关电源工作原理的研究，设计出以MC34063为核心的降压变换电路如图11所示。

图11 整体降压电路

从整体电路图上可以看出比较器的输出端D和振荡器的C端输出电平决定了R-S触发器的Q端输出，进而决定了三极管T2、T1（统称开关管）是导通还是关闭。当开关管导通时，开关管的射集给输出电容C o充电。当开关管关闭时，开关管虽然已停止给输出电容继续充电但是由于电感具有维持电流的作用所以使得输出电容C o上的电压保持不变。同时从电路可知比较器的反相输入电压就是输出电容上的电压在电阻R1、R2组成的回路中R1上的分压。

5.2.2 、MC34063降压变换电路工作原理

在输入端加上直流电压，整个芯片处于工作状态，振荡器对外接在C t管脚上的定时电容C t不断地充电和放电以产生振荡波形。当振荡器对外充电时与门的C 输入端为高电平，反之当振荡器对外放电期间C输入端为低电平。同时对于比较器而言其反相输入端的采样电压低于正相输入端的基准电压1.25v时D输入端为高电平，反之比较器的反相输入端的采样电压高于正相输入端的基准电压1.25v时D输入端为低电平。可知一开始通电时在输出电容C o上充的很小，那

么在比较器反相输入端的采样电压就小于基准电压，所以比较器的输出端D一开始保持高电平。然而在输出电压增大到使采样电压高于基准电压时比较器的输出端D就为低电平。

当输出端D保持高电平时：C为高电平时，R-S触发器的R端为低电平输入，而S端的电平由C和D输入高电平经过与门为高电平输入，使得R-S触发器被置为高电平，使得输出开关管处于导通状态。C为低电平时，R-S触发器的R端为高电平且S端为低电平，C和D经过与门到达R-S触发器的S端为低电平，此时R-S触发器被置为低电平（即触发器被复位），使得开关管处于关闭状态。但是电感具有维持电压不变的特性，所以在电感上产生的反电势使电流通过负载和二极管继续流通，因此二极管D被称为续流二极管，此时开关管发射极的电位为负的U d（即二极管的正向导通电压）。就这样当振荡器不断地给定时电容C t充电放电，开关管就也随之导通关闭。输出的电压U o就是由开关管导通和关闭的时间比来决定输出值的大小。

当输出端D为低电平时：C为低电平时R-S触发器Q输出端为低电平；当C输入为高电平时R-S触发器Q输出处于保持前一状态，这样就使得R-S触发器处于封锁状态，开关管被关闭，使得输入电压停止给输出滤波电容C o充电。由于电感上维持电压的能力不是持久的，当电感上的电能减小后使得输出滤波电容C o上的电压有所减小，进而也就减小了比较器的反相输入电压有所减小。

最后，要说明的是最终达到设计要求的输出稳定的电压U o并不是开关管的射集直接输出电压，而是在开关管导通时经过电感L平波和输出电容C o滤波处理，就可以得到比较平滑的输出电压U o。在理想情况下，输出电压U o是开关管发射极电压U e的平均值。而U e又由R1、R2大小有关，从电路上可知R1、R2作为比较器的负反馈部分，由比较器知识可得输出电压U o=1.25(1+R2/R1) 仅与R1、R2数值有关，因由放大器的虚短、虚断可知反相输入端电压为1.25V。若R1、R2阻值稳定即U o亦稳定。在输入电流限制方面是通过检测连接在V CC 和7 脚之间电阻R es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C T管脚(3 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，结果是使得输出开关管的关闭时间延长，导致输出电压U o快速下降，一致使得电流保持在安全电流之内。就上面MC34063为核心的DC-DC降压变换电路整体工作原理做了详细分析，

为了使得芯片内部与外围元件的作用关系更加直观，现就针对上面的理论分析绘

制了如图12的逻辑流程图。

图12 整体逻辑关系

5.2.3、电路各参数分析

1）占空比

本设计本身就是采取脉冲宽度调制（简称

PWN ）去控制的占空比进行开关控制，这里

面的脉冲宽度即在一个周期内输出高电平的

时间，如图13周期为T ，脉冲宽度为t ，则占

空比D 就为 ：

图13 占空比

T

t D = (5-1) 脉冲宽度调整就是占空比D 的调整，在忽略开关管T 和续流二级管D 的正向

压降的情况下，输出电压U o 为：

i off

on on o U T T T U ?+≈ (5-2) 其中式中T on 为开关管T 的导通时间T off 为T 的截止时间，T on / (T on +T off )也

为为占空比D ，由于U i =20V,要求输出的电压为5V ，那么由上式可知占空比D

大约为0.25即开关管在一个周期中导通时间约占1/4个周期，为了要求较高

时就不能忽略开关管T 和续流二级管D 的正向压降，根据开关电源降压理论

可知T on 与T off 的关系有：

o

sat i f o off on V V U V U T T --+= (5-3) 其中式中V f 为续流二极管正向导通压降、V sat 为开关管的饱和压降，U i 为输入电

压综合(1-1)、（1-2）、（1-3）三公式可知精确占空比为：

f sat i f o V V U V U D +-+=

(5-4)

2) LC 滤波电路的周期 当开关管开启时电感存储电能并给电容充电，当开关管闭合时电感开始放出

电能续流使电容保持原有电压值，当开关管再次开启时给电感继续充电使电感又

一次存储电能位开关管闭合时续流用，所以LC 电路的周期也就是开关管的周期

即

f

T T off on 1=+ （5-5） 3) T on 和 T off 的值

通过上面的公式，可以计算得到T on 、T off 。但是应该注意T on 、T off 分别代表

了开关管导通的时间和截止的时间，而有前面理论可知T on 、T off 大小由定时电容

（定时电容就是指用在定时电路中的电容器，在需要通过电容充电、放电进

行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用）

的充、放电决定。定时电容一个周期的充、放电时间一般最大为6:1，所以占空

比的最大比值不能超过6/7或者0.875。

4) 峰值电流I pk

峰值电流表示最大荷载时的电流值。由MC34063参数手册可知降压变换

时

max 2o pk I I ?= (5-6)

则意味输出电流为0.5A 就能向负载提供1A 的电流。

5) 采样回路的电阻R 1、R 2

由于采样电路决定了输出电压大小并时刻对输出电压进行检测和调试使输

出达到恒定状态，又因为本设计采样电路为并联式的电阻可知并联电流要对输出

的电流分流，为尽可能使分流较小不会影响系统的性能，经过测试当它的分流电

流值低于100uA 时，对系统的性能不会产生明显影响。

5.2.4、电路中各参数理论公式及计算

1）根据MC34063 DC-DC 降压的参数手册对外围元件取值的计算公式：

输出电压V o ： ???? ?

?+?=12125.1R R U o （5-7） 定时电容C t ： (m a x 5104on t T C ??=- （5-8）

峰值电流I pk ： m a x 2o pk I I ?= （5-9）

限流电阻R sc ： pk sc I R 33.0=

（5-10） 电 感L min ： pk

on sat i I T V U L max max min )(?-= （5-11） 滤波电容C o ： p

p o f f on pk o U T T I C -?+?=8)( （5-12） 开关导通与关闭时间比： o

s a t i f o o f f on U V U V U T T --+=max （5-13） 开关管周期最大值： m i n

m a x m a x 1)(f T T T o f f on =+= （5-14） 固定值参数值及一些说明 开关管的饱和压降：V sat =1.0V ； 开关二极管正向压降：V f =1.2V 其中U p-p 波纹系数即输出电压纹波峰-峰值；V imax 输入电压范围的最大值。

2）电路的参数理论值计算

① 采样回路的电阻R 1和R 2

输出电压U o 的稳压值由R 1和R 2决定，由于本设计要求U o =20V ，则由公式

(5-7)代入实际电路可知：

)1(25.151

2R R += （5-15）

采样回路电阻R 1和R 2要对输出回路分流，为了减少功耗，有前面可知其分流电流值应低于100uA 即0.001A ，才不会影响系统的性能。则有R 2+R 1= U o /0.001 由实际电路可知:

001

.0521=+R R (5-16) 由（5-15）、（5-16）可得R 1=1.2k ； R 2=3.6k

② T on 与T off 值

开关管的导通时间T on 与截止时间T off 的值理论上可以由公式（5-13）、（5-14）求得，在（5-13）式里面的U imax 由设计要求已给定了输入电压U i 那么就把可输入电压得最大值改成定值U i ，已知U o =5V 、V f = 1.2V （为整流二极管正向压降）、U i =20V 、V sat =1.0V （为开关管的饱和压降）代入(5-13)可知

5

0.1202.15--+=off on T T (5-17) 又由公式（5-14）可知一个周期的时间长度取决于振荡频率f ，而频率的最小值f min 它决定开关管的通断频率。一般选20KHz

41021?=+off on T T （5-18）

由（5-17）、（5-18）两式可得： T on =1.54×10-5s ；

T off =3.46×10-5s ； 现在理论验证此占空比是否能够实现，有前面可知定时电容的放电充电周期最大为1/6，那么代入计算可知

308.01046.31054.11054.15

55

=?+??=+=---off on on T T T D （5-19） 即占空比没有超过6/7（即0.857），所以此占空比可以实现。

③ 电流限制电阻R sc

由公式（5-10）可算出电流限制电阻，其中I pk 为负载峰值电流，又由公式（5-9） 可知峰值电流I pk 为2倍的最大输出电流I omax ，为了保证MC34063芯片的峰值电流不超出1.5A ，当电路取取峰值电流为1.5A ，输出最大电流I omax 为0.75A ，则代入公式（5-10）可得电流限制电阻R sc

Ω==

22.05

.133.0sc R (5-20) ④ 定时电容C t 由公式（5-8）可知定时电容与开关管的导通时间成正比，已算得T on =1.54×10-5s ，那么代入T on 的值到公式（5-8）中可得定时电容C t

F T C on t 12555106161054.1104104----?≈???=??= (5-21)

那么C t 的理论值大小为616pf ，本设计选择C t 为681pf

⑤ 电感L

有公式（5-11）可知电感的最小值与输入电压、开关管的饱和压降、开关管导通时间及峰值电流有关，那么代入这些值到公式（5-11）可得电感最小值

H I T V U L pk on sat i 65min 1006.1955

.11054.1)120()(--?≈??-=?-= (5-22) ⑥ 滤波电容C o

由公式(5-12) 可知滤波电容C o 与峰值电流、开关管的导通时间、截止时间及纹波系数有关，取纹波为1%时，则代入这些值到公式（5-12）则可得滤波电容

F U T T I C p p off on pk o 655105.18701

.058)1046.31054.1(5.18)

(----?≈???+??=?+?= (5-23) U p-p (输出电压纹波峰-峰值)：该参数用于决定输出滤波电容C o 的数值 ⑦ 输入端滤波电容C 1

对于输入端来说，输入端电容要求大一点，由本设计输入电压为20V ，取电容耐压值为50V 且电容值为1000uf 即可满足。

5.2.5、外围元器件分析及选择

选择合适的电感、电容、肖特基二极管就可以更好的起到高转换效率、低纹波、低噪声的效果，所以下面就对外围的元件在已得出的理论值基础上进一步分

析和择优选取。

1）电感选择

首先是需要保证能够使得在DC-DC 降压变换器在能够正常工作需要的最小电感值L min

pk

on sat i I T V U L max max min )(?-= （5-24） 这个公式已忽略其它诸如寄生电阻的情况下推导出的，实际的值还要大一些。如果电感小于L min ，电感会发生磁饱和，造成DC-DC 电路的效率大大下降，甚至不能正常输出稳定电压。其次，考虑到通过电感的电流纹波问题，当L 过小时，会造成电感上的电流纹波过大，造成通过电感、肖特基二极管和芯片中的开关管的最大电流过大。由于开关管的不是理想的，所以在特别大的电流时在开关管上的功率损耗会加大，导致整个DC-DC 电路的转换效率降低。第三，一般来说，不考虑效率问题，小电感可以带动的负载能力强于大电感。但是由于在相同负载条件下，大电感的电流纹波和最大的电流值小，所以大电感可以使得电路在更低的输入电压下启动。MC34063的工作频率可高达100KHz, MC34063只需要3.3uH 以上的电感就可以保证正常工作，但是输出端如果需要输出大电流负载（例如：输出电流大于50mA ），为了提高工作效率，建议使用较大电感。同时，在大负载下，电感上的串联电阻会极大地影响转换效率，假设电感上的电阻为r L ，负载电阻为R o ，D 为占空比，那么在电感上的功率损耗大致如下式计算

2

)1(?-≈?D R r o L η (5-25) 经过前面的理论计算最小电感L min =195uH ，综合考虑，尽量减小功耗和转换提高效率需要，使用更大电感值本设计选择440uH 电感。

2）输出电容选择

首先，不考虑电容的等效串联电阻R ESR 时，输出电压的纹波为：

f

C R

D U U r o o o ??=?= (5-26) 所以为了减小输出的纹波，需要比较大的输出电容值。但是输出电容过大，就会使得系统的反应时间过慢。所以建议使用100uF 电容，如果需要更小的纹波，则需要更大的电容。如果负载较小（10mA 左右），可以使用较小电容。其次，考虑电容的等效串联电阻R ESR 时,输出纹波就会增加,起波纹为：

O E S R

o

U R

I

r

r ?

+

='m a x(5-27)

当大负载的时候，由于R ESR造成的纹波将成为最主要的因素，可能会大大超过100mV。同时，R ESR又会增加效率损耗，降低转换效率。所以建议使用ESR 低的钽电容，或者多个电容并联使用。最后，经综合考虑，为了减小输出的纹波及降低电容等效串联电阻的效率损耗，本设计选用四个470uF电解电容并联（多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+…+C n）。

3）二极管

用于整流的二极管对DC-DC 的效率影响很大，虽然普通的二极管也能够使得DC-DC 电路工作正常，但是会降低5~10%的效率，所以建议使用正向导通电压低(一般在0.5V左右)、反应时间低（一般小于10ns）的肖特基二极管，例如

1N5817、1N5819、1N5821、1N5822 等，本设计最终选择开关二极管IN4148。4）输入电容

当输入电源稳定，即使没有输入滤波电容，DC-DC 电路也可以输出低纹波、低噪声的电流电压。但是当电源离DC-DC 电路较远，建议在DC-DC 的输入端加上10uF 以上的滤波电容，用于减小输出的噪声。对输入电容来说，输入电容的容量要求大一点，这样可以对R es的要求可以适量降低。因为输入电容主要是耐压，其次是吸收MOSFET的开关脉冲，最后考虑到如果输入源含有部分交流成分时还可以滤波。所以因为输入电压最大为20V，所以取电容的耐压值为35V，由MC34063的资料上得知对它输入电容值没有严格要求这里选成100Uf。

5）采样回路的电阻R1和R2

由于上面的理论计算除了R1=1.2K，R2=3.6K，输出电压由R1和R2决定所以为了是输出准确，本设计选择了理论的值

6）电流限制电阻R sc

电流限制电阻用于检测开关管输出电流，如果当R sc上的压降大于300mv芯片MC34063将启动电流保护，使得电路处于安全状态，从上面的理论计算可知道R sc=0.33欧，这个电阻本身参数太小，实际购买困难，由于脚7与开关管直接相连，所以开关管的输出电流可以通过脚7直接让MC34063里面的峰值电流检测I pk检测到，那样也会起到防止电流过大的作用，所以可以不用电阻R sc，虽然这样会略微影响输出电压，但是影响不是很大，从改进仿真结论来看：最准的输出稳定性没有很大影响，而且还使得输出的电流最大值有所增大。

6 电路仿真

6.1、proteus仿真软件介绍

Proteus软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。

Proteus是一个基于Pro-SPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它包含ISIS和ARES应用软件。ISIS-智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台。ARES-高级PCB布线编辑软件。在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计一气呵成，真正实现了从概念到产品的完整设计。

6.2、仿真电路及测试图

图14 空载电路

图14为空载时利用proteus仿真电路，输出端利用示波器A通道和直流电压表对输出的电压进行测量。