以MC34063为例概述DC/DC转换控制电路测试方法

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?

　　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?

　　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?

　　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）?

　　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?

　　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?