Boost升壓電路的設計案例詳解

學校的智能車隊在招新，沒錯就是NXP的那個智能車比賽。作為大三老狗肯定要去湊一下熱鬧的，由于軟件方面學煩了，不喜歡那些”虛頭八腦“的PID控制，不喜歡調(diào)參，于是報了硬件組。（其實是覺得硬件好劃水）

硬件組的第二輪技術(shù)考核就是設計三個BUCK電路以及一個BOOST電路，具體要求如圖：

電源的輸入部分是NXP智能車比賽標配的2S 2000mah鋰電池一塊（電壓范圍7.2v~8.4v）。所以3.3v、5v、6v就是三個BUCK降壓電路，12v就是Boost升壓電路。在本文要講的是Boost升壓電路的設計。

一說到電源設計，不可避免的就會想到LDO和DCDC。

LDO：低壓差線性穩(wěn)壓源，可以用做降壓電路，在本次技術(shù)考核中，使用LDO顯然不是一個明智的選擇。簡單計算一下效率就可以知道：3.3v/8v * 100% = 41.25% 也就是說理想狀況下LDO都有一半以上的功率用于發(fā)熱了。因而，我們應該選用DCDC芯片來完成考核指標。那LDO可以干啥呢？如果輸入，輸出端壓差較小就可以選用LDO，并且LDO可以看作一個電壓跟隨器，前后級隔離，還能起到濾波作用。

DCDC：直流轉(zhuǎn)換器又稱開關(guān)電源，可以做BUCK電路，也可以做BOOST電路，有的DCDC芯片兩者都能做。例如BUCK電路常用的DCDC有TPS54540，這是一款支持42V 5A的高性能芯片。而MC34063呢，這個芯片非常的騷，騷就騷在它能做BUCK電路，也可以做BOOST電路，這還沒完，甚至還可以做反相器。如果你是一個狂熱的電子愛好者，不妨拆開手邊的廉價電子設備，比如機頂盒、車載充電器，里面總能找到MC34063。這個芯片除了功能多以外，生產(chǎn)&山寨他的廠家也非常多，貴的幾塊錢，便宜的幾毛錢。所以是個騷的不行的芯片。

下圖是MC34063的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：

從圖里面可以看出這個芯片還是挺簡易的，對比一下tps54540的結(jié)構(gòu)框圖：

可以看出tps54540的結(jié)構(gòu)框圖比mc34063復雜了很多。mc34063的結(jié)構(gòu)非常簡單：

一個1.25v參考電壓構(gòu)成的比較器；

一個振蕩器由外部電容控制，3腳是接定時電容的；

一個達林頓管（8）；

一個開關(guān)三極管Q1；

開關(guān)集電極引腳（1），開關(guān)射級引腳（2）；

一個電流感應輸入（7）；

以及最重要的反饋輸入（5）。

廢話說完，該講講這個技術(shù)考核的電路該怎么設計了。首先，看芯片的數(shù)據(jù)手冊（Datasheet），圖14給出了設計指南：

我們設計的是BOOST電路，所以應該看Step-Up這一欄。從上往下一個個的計算：

由技術(shù)考核內(nèi)容，我們可以得到以下指標：Vout = 12V，Vin（min）=7.2v，Iout（max） = 200mA，Vripple（pp） = 100mV；

看第一欄：Vout、Vin（min）已知，需要查表得到VF和Vsat。這兩個指標在設計指南表格下方也有提到，如圖所示：

VF即為二極管正向壓降（直譯過來應為輸出整流器的正向壓降，在本例中使用的是1n5819整流二極管），Vsat是芯片內(nèi)部三極管的飽和電壓。

來看看1N5819的datasheet，假設通過輸出端的電流為1A，可以知道壓降為0.45V。不過我們這個電路輸出端只有200mA，所以不妨取0.4V。即VF=0.4V

接著在MC34063的datasheet中找到三極管的飽和電壓：

這里有兩個Vsat，第一個是適用于BUCK降壓電路的，我們是BOOST升壓電路，所以應該看第二個。典型值0.45v，不妨取0.5v。

所以我們這里就可以計算出來Ton/Toff = 0.78

第二個計算Ton + Toff，開關(guān)頻率f取一個常用值100k，所以Ton + Toff = 10us。（DCDC和LDO電路設計上有一個非常大的區(qū)別就是DCDC電路包含電感，而LDO電路則沒有電感，如果這里的開關(guān)頻率取值高，那么電感值小，但是損耗也更大。如果這里的開關(guān)頻率取值低，那么需要的電感值就大，這有點類似于運放的增益帶寬積，是一個平衡問題，看具體設計而選擇不同的值，由于這里只是一個小技術(shù)考核，所以取一個常用值100k。）

第三個Toff就可以很容易計算出來：10us/1.78 = 5.6us，那么Ton也可以求出來：Ton = 10us - 2.7us = 4.4us。

接著計算定時電容CT的值：根據(jù)公式可以很快算出CT = 176pF

第五個計算Ipk，直接套公式 Ipk = 0.71A

再往下算Rsc = 0.3/0.71 = 0.42Ohm

L（min） = （7.2-0.5）*4.4/0.71 = 41uH

CO = 80uF。

算完表格里還沒完， 下面還有參數(shù)要算：

5腳反饋回路中的R1R2可以算出：R1 =1.5kOhm， R2 = 13kOhm 這兩個都要選擇用1% 的精密電阻，輸出的電壓才會準確。

下面是我畫的原理圖：

其實可以用網(wǎng)上的MC34063計算器來設計，不過按照文章中的方法過一遍Datasheet還是很爽的。