MC34063的大电流负电源设计

摘  要： 采用MC34063 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 带电流扩充的负电源电路，功率MOS管NTB2506作外接开关管，通过调节功率MOS管的栅极驱动电阻和栅－源之间的电阻，使得栅极有最优驱动电压波形和电流大小，以增加电源的输出功率和效率。实验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，设计的电源输出电流可达1 A，且体积小、效率高。 关键词： MC34063；NTB2506；负电源 　　在干涉型光纤传感器研制中，相位载波(PGC)调制解调是较为常用的信号检测 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，由滤波电路、模拟乘法器、D/A转换电路、微分电路、积分电路等部分组成，需要采用双电源供电且对电源功率要求较大。如用线性电源方案为系统供电，要经过降压、整流、滤波产生正负2种直流电压，再用稳压芯片进行稳压，不但效率低，而且滤波电容、散热片会增加电源部分体积，不适合电路小型化的要求。而用开关电源方案供电时，只需要1套经变压器降压整流后的直流电压，就可以设计出各种输出电压的稳压电源，且电源功率密度高、发热量小[1]。 　　在开关电源管理芯片中，输出为正电源的器件种类较多，电路易于设计，而输出为负电源的且输出电流达到1 A的电源电路则较难设计。本文采用MC34063设计负电源电路，NTB2506做外接功率管，并优化栅极驱动波形，以此提高电源输出电流的能力。 1 MC34063内部结构和电路工作原理 　　MC34063内部原理框图如图1所示，是一种单片双极性集成电路，具有DC/DC变换器所需要的主要功能，由基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，RS触发器和大电流输出开关管等部分组成。 　　MC34063电路控制方式是它激式，内部有1个振荡器，通过外接电容，产生一定频率的开关脉冲信号，以控制开关管的断通，使输出端有稳定直流电压输出，开关频率由外接电容决定。MC34063可以根据实际需要，完成各种电压变换功能。 　　稳压电路工作原理如下：当输出电压低于设计 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 值时，反馈端输入电压小于内部基准电源1.25 V，误差比较器输出高电平，打开“与门”，振荡器的振荡脉冲加在RS触发器的R端，使输出端Q为高电平，开关管导通，输入电压向滤波电容充电，使输出电压升高，直到反馈电压等于内部基准电源1.25 V时，电路达到平衡状态，输出电压稳定在设计时规定的值；反之，当输出电压高于设计规定值时，开关管截止，电容放电，输出电压减小，最终稳定在设计时规定的值，从而达到了稳压的目的[2]。 2 MC34063设计负电源变换电路 　　MC34063开关电源控制器是一种单端输出式直流变换器， 它不仅可以设计升压和降压电路，而且还可以完成电压反相功能[3]。在设计电压反相的负电源电路时，由于受芯片内部电路结构的影响，流过开关管的电流是梯形波，效率偏低，使得输出电流超过200 mA时，电源系统就不稳定，输出纹波电压增大，不能满足在负载要求较大的情况下运行，严重影响了其应用范围[4]。 　　采用MC34063设计的带电流扩充的负电源电路如图2所示。外接开关管的选用对电路性能影响很大，直接决定了电路输出电流的大小和效率的高低。用三极管做外接开关管，可以和内部功率管接成达林顿形式和非达林顿形式两种电路。采用非达林顿电路时，在开关过程中，三极管的基极存储电荷，会导致管子达到饱和状态，当达到深度饱和时，就会影响开关频率，限制了其应用范围。采用达林顿电路时，虽然不会出现电荷饱和现象，但是开关管导通时压降增加，功耗明显变大，三极管发热严重，输出电流增加有限。采用功率MOSFET做外接开关管时，具有很多优点。它是多数载流子导电的单极型电压控制性器件，不存在电荷存储问题，且开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、驱动功率小和无二次击穿问题等特点[5]。NTB2506是工作在低压环境下，具有高速开关特性的P沟道功率MOSFET，开关特性好、损耗小，它的漏极和源极耐压为60 V，栅极和源极电压可以达到20 V，连续工作电流可达27.5 A。故本文选用NTB2506做外接开关管与MC34063内部的功率管并接成非达林顿形式的电路结构。 　　功率MOSFET的栅极驱动波形对电源的效率有着重要影响，若R5和R6值选择不当，会使电源效率偏低，功率管发热严重，输出电流减小。功率MOSFET对栅极驱动电路的要求主要有：最优的驱动电压和电流波形，最优的驱动电压和电流大小[6]。电阻R5加在栅极和源极之间，主要作用是通过电阻对功率MOSFET栅-源之间的等效电容进行充电，改善驱动电压的波形，保证开通信号具有良好的前沿陡度。如果R5的值过大，漏极与源极之间电压的突变，会通过极间电容耦合到栅极，产生相当高的栅-源尖峰电压，其电压轻则会使功率MOSFET严重发热，重则会使栅-源氧化层击穿，造成管子永久性损坏。电阻R6为栅极驱动电阻，用以调节驱动电流的大小和驱动电压的波形。功率MOSFET开通时，以低电阻对栅极电容充电；关断时，为栅极电荷提供放电回路，以提高功率MOSFET开关速度。电阻的具体数值需要在系统运行状态下通过试验进行调试，使得栅极驱动效果最好，一般情况下，电阻值不能太大。另外，电路带有感性负载，当器件在开关过程中，漏极电流的突变会产生很高的尖峰电压，可能会导致器件的击穿，开关频率越高，产生的过压越大。本文采用2种方法来消除漏极尖峰电压：一是利用二极管D在NTB2506开关过程中给电流提供放电回路；二是利用电阻R4和电容C4构成RC吸收电路，吸收NTB2506漏-源两极间的瞬时电压尖峰，这样可以基本消除尖峰电压，很好地保护了功率MOSFET。 　　MC34063内部的误差放大器采用的是开环控制，占空比不能锁定，这给电感电容等参数的选择带来了困难，按照芯片说明书计算出的电感电容等值往往偏小，实际使用时一般是计算值的2～3倍。电容C3加在取样电阻两端，以稳定反馈电压的输入，改善瞬态响应波形。续流二极管选择正向导通电压小、恢复时间快的肖特基二极管，并且要注意耐压值和承受电流的能力。电感要选择线圈粗、承受电流大、自身电阻小的，使其发热量小，稳定性好。滤波电容除了需要电解电容外，一般还要选择等效串联电阻小的高频陶瓷电容，以减小电源的纹波电压。 3 实验结果 　　在电源电路中，开关管导通和关断的频率高，环路电流大，在设计PCB元件布局时应使其面积最小，布线时应使相关的线路要宽。为了减小电源的电磁干扰和改善散热系统，采用镀锌钢板将整个电源部分封闭起来，将功率管NTB2506的漏极涂上导热胶，使其和钢板紧密接触来增加散热面积，降低管子温度。 　　  电路测试中采用的输入直流电压为18 V，输出电压为-12 V，元件参数见图2，测试不外接功率管和外接功率管分别为双极型晶体管TIP127和功率MOSFET NTB2506以及改变NTB2506栅极和源极之间电阻的条件下输出电压。输出纹波电压和电源效率的数据如表1所示，表中未填的部分表示输出电压已明显偏离-12 V。 　　由表1可以看出： 　　(1)不外接功率管时，电源输出电流较小，外接功率管可以明显增加电源带负载的能力。 　　(2)外接双极型晶体管TIP127时比功率MOSFET NTB2506效率低，带负载能力差。 　　(3)NTB2506栅极和源极之间的电阻对电源的效率和带负载能力有很大影响，因此，选择合适的栅-源之间的电阻可以显著改善电源的性能。 　　功率MOSFET栅极驱动电阻的改变，对栅极驱动波形的影响如图3所示。其中，图3(a)驱动电阻为100 Ω，图3(b)为500 Ω，图3(c)为5 kΩ，且图3(c)输出电流已经达不到1 A。从3幅图的比较可以得出，栅极驱动波形随着驱动电阻的改变而改变，因此，选择合适的栅极驱动电阻可以明显改善驱动波形，减小功率MOSFET的损耗，提高效率。     本文采用MC34063和NTB2506设计的负电源电路，具有输出电流大、成本低、效率较高的特点。实验室长时间运行表明，在大电流输出时，供电电压稳定，芯片温度不高，纹波电压在可以接受的范围内，特别适用于对负电源功率要求较大、体积要求较小的系统中。 参考文献 [1]     PRESSMAN A I. Switching power supply design[M]. 王志强，译.北京:电子工业出版社，2005. [2] Semiconductor. MC34063 datasheet[EB/OL]. http://www.onsemi.com. 2007. [3] 纪宗南.集成开关电源控制器MC34063的原理及其应用[J].电子技术应用，1993，19(5)：30. [4] 林善和.低成本DC/DC转换器34063的应用[J].今日电子，2005(11)：84-85. [5] 田颖，陈培红，聂圣芳，等.功率MOSFET驱动保护电路设计与应用[J].电力电子技术，2005(2)：73-74. [6] 杨汝，朱红萍.MOSFET栅极驱动优化设计[J].通信电源技术，2002(8)：12.