基于MC34063的BOOST电路设计与实现

张德树 ，宫 强，吴乃海

（1.滁州职业技术学院 信息工程系，安徽 滁州 239000；2.滁州市第六中学，安徽 滁州239000）

在太阳能路灯、电视机和电动汽车等设备，以及人们最常用的手机和太阳能供电的行车纪录仪等便携式电器中，需要对电能进行变换的电路有AC变换成DC，也有DC变换成AC.如手机等便携装置中，最常用的是DC-DC变换电路，这种将恒定的直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的电路叫斩波电路.

基于MC34063芯片，设计了一种用于升压斩波电路，该设计具有外围电路简单、电路可靠等优点，能够将5 V直流变换为约12 V稳定直流输出.

1 BOOST电路简介

1.1 斩波电路的种类

直流斩波电路的6种基本斩波电路分别为：降压斩波电路(Buck变换器)、升压斩波电路(Boost变换器)、降升压斩波电路(Buck-Boost变换器)、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路.

1.2 升压斩波电路（Boost变换器）

本次电路设计使用的是Boost变换器，其基本工作原理图如图1.L是储能电感，其电感量很大.V是开关元件绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT),C是保持输出电压稳定的电容，R为负载.

图1 Boost斩波电路原理图

1.3 Boost变换器的工作原理

当V的控制极栅极电流IG为正(流入G极)时：V处于通态，电源E向电感L充能，电感L两端产生感应电动势，电流I1流入一极为正极，流出一极为负极.感应电动势大小约为电源电压E.由于电感很大，充电电流基本恒定I1.此时二极管VD截止，电容C向负载R供电，输出电压Uo基本恒定.

设一个周期中，V的导通时间为Ton，此阶段电感L上积蓄的能量为:E·I1·Ton.

当V的控制极栅极电流IG为负（流出G极）或为0时：V处于断态,由于此时电感L在释放能量，两端产生感应电动势，电流I1流出一极为正极，流入一极为负极.此时二极管VD导通，电源E和电感L两端感应电动势相加向电容C充电，并向负载R提供能量.如果电容C的容值足够大，且对V的控制信号的频率足够高，电容C对输出电压具有平波作用，输出电压Uo基本恒定［1］.

设一个周期中，V的导通关断的时间为toff，则此期间电感L在释放能量，所释放的能量表示为(UO-E)·

电路工作处于稳态时，一个周期T中电感L吸收的能量与释放的能量相等，即：

控制电流IG与电容充电电流IO的关系见图2.

2 基于MC34063的电路设计

图2 IG与IO的关系图

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.MC34063芯片是DC-DC开关电源稳压器，具有低功耗、高转换效率的优点［2］.它是一单片双极型线性集成电路，能够实现DCDC变换器所需的主要功能.片内包含1.25 V温度补偿带隙基准源、振荡器、驱动器、开关晶体管、逻辑控制线路等［3］.该芯片可在外围元器件较少的情况下用于升压、降压和倒相应用设计［4］.

MC34063芯片输入电压范围为3～40 V，输出电压范围为1.25～40 V，具有短路电流限制、低静态电流、输出电压可调、工作振荡频率为102～105Hz等特点［5］.MC34063芯片内部结构原理图如图3所示.

2.1 MC34063芯片工作原理

MC34063的3脚接定时电容；调节外接的定时电容，可使内部振荡器的工作频率在102～105Hz范围内变化；内部振荡器产生的矩形信号通过内部的RS触发器控制开关管Q1的通断，开关管Q1相当于图1中的V1.

MC34063内部还有一个比较器，比较器的同相输入由MC34063内部的1.25 V基准电压产生电路提供的1.25V电压，比较器的反相输入端接外接第5脚.

当MC34063的5脚输入电压大于1.25 V，比较器输出为低电平，使与门输出为低电平信号：若振荡器输出低电平信号，送给与门和RS触发器后，使触发器的Q端输出低电平信号，使三极管Q1和Q2关断，切断了MC34063的1脚和2脚；若振荡器输出高电平信号，送给与门和RS触发器后，使触发器的Q端输出保持原信号.

当MC34063的5脚输入电压小于1.25 V，比较器输出为高电平信号，此高电平送给与门：若振荡器输出低电平信号，送给与门和RS触发器后，使触发器的Q端输出低电平信号，使三极管Q1和Q2关断，切断了MC34063的1脚和2脚；若振荡器输出高电平信号，送给与门和RS触发器后，使触发器的Q端输出高电平信号.

图3 MC34063芯片内部结构原理图

2.2 电路设计

2.2.1 设计电路

结合MC34063芯片的工作原理，设计以MC34063为核心的BOOST电路，该BOOST电路芯片内、外部之间关系如图4.

图4 MC34063内部结构与外部元件的关系图

2.2.2 原理简析

电路通电后，输入的+5 V直流电压通过MC34063芯片6脚向芯片供电，使内部的1.25 V基准电压电路产生1.25 V电压送给比较器.同时，在MC34063芯片3脚电容的控制下，内部振荡器开始振荡产生矩形波信号送给与门和RS触发器.

由MC34063芯片工作原理可知，由比较器的输出信号和振荡器的输出信号的控制，可使Q1管处于饱和导通或关断状态.

当电路处于稳定工作状态时：

当芯片内开关管Q1导通时，输入+5 V直流电源电压经取样电阻R1、电感L1、MC34063的1脚和2脚和Q1的C极和E极（此时相当于开关闭合）接地，二极管VD截止，此时电源开始向电感L1存储能量（电感L1上感应电动势极性是左正右负）.而在输出端，电容C4对负载提供能量.

当芯片内开关管Q1断开时，电感L1上感应电动势极性是左负右正，电源电压和电感电动势是串联相加关系，并同时向负载和电容C4提供能量.负载上得到的电压是电源电压和电感电动势是串联相加的量，高于电源电压.所以BOOST电路的升压原因是由于储能电感的储能作用使输出电压得到泵升的效果.

脚3外接定时电容C2影响内部振荡器输出信号的频率，由于内部振荡器输出信号控制着开关管Q1的通断.由此可知电容C2也影响和控制着Q1的周期和频率.如果输出电容C2容值足够大，内部振荡器输出信号频率足够高，开关管Q1的通断速度也足够高，则负载上便可获得脉动性很小的且连续的直流电压.

MC34063芯片的7脚是负载峰值电流（Ipk）取样端，用于监视开关管Q1的峰值电流.当MC34063芯片的6脚（电源输入）和7脚间电压超过300 mV时，MC34063芯片将启动内部过流保护功能，使内部振荡器输出至与门和RS触发器高电平时间变小.控制开关管Q1的导通时间，使IN端电源向储能电感储存的能量变小.

由图4可知，比较器的反相输入端(芯片5脚)的电压与输出电压的关系是U_=Uo［R4/(R3+R4)］,即芯片5脚U_是由输出电压Uo通过电阻R3、R4分压取样而得，此电压与内部基准电压1.25 V同时送入比较器进行电压比较.

当比较器的U_低于基准电压1.25 V时：比较器输出为高电平电压，开启RS触发器的S脚控制门，RS触发器在内部振荡器的驱动下，触发器Q端为高电平状态，驱动管Q2导通，开关管Q1亦导通，使输入电源电压向电感L1存储更多的能量，从而向输出滤波器电容C4充电以提高Uo，进而提高比较器的U_端电压.达到自动控制输出电压稳定的作用.

当比较器的U_高于基准电压1.25 V时：比较器输出为低电平电压，RS触发器的S脚控制门被封锁，触发器Q端为低电平状态，Q2截止，Q1亦截止，从而减少输入电源电压向电感L1存储的能量，向电容C4充电时的能量变小，使Uo减小，从而降低了比较器的U_端电压，达到自动控制输出电压稳定的作用.

由于芯片内部的比较器由集成运算放大器构成，根据集成运算放大器“虚短”的特点可知：比较器的反相输入端U_≈1.25 V=Uo［R4/(R3+R4)］，所以输出电压Uo=1.25(1+R3/R4)由公式可得输出电压.由于1.25 V为基准电压，所以只要控制R3、R4阻值，即可控制输出电压，若R3、R4阻值稳定，Uo亦稳定.

3 结论

根据BOOST电路中MC34063内部结构与外部元件的关系，绘制设计的BOOST电路原理图如图5.

图5 升压斩波电路原理图

根据电路的参数计算公式，该电路中，R4=1.2 KΩ，R3=10 KΩ，由Uo=1.25(1+R3/R4)可知，Uo≈11.67 V.经过电路组装与测试，本电路参数正确.