開關(guān)電源升壓電路設(shè)計(jì)

今天將以一款開關(guān)電源控制器（MC34063）作為示例來說明前兩節(jié)所敘述的內(nèi)容，該芯片可以說是MOTOROLA公司一款很簡單耐用的控制器了，對(duì)于電源帶寬要求不高的用戶可以考慮這款芯片，電路也有成熟的設(shè)計(jì)，網(wǎng)上有很多設(shè)計(jì)的典型例子，我們主要采用這款芯片，圖1是該芯片的結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 MC34063芯片結(jié)構(gòu)圖

可以看到該芯片內(nèi)部集成了電壓基準(zhǔn)、振蕩器以及一組達(dá)林頓管用于后級(jí)驅(qū)動(dòng)，詳情請查看相關(guān)的文件或直接向博主索要資料。

圖2 升壓電路的典型設(shè)計(jì)

如圖2是一種典型的升壓（boost，step up）設(shè)計(jì)，芯片的輸入12V電源，在達(dá)林頓管開啟時(shí)，電源向電感充電，當(dāng)電感上的電流達(dá)到最大值時(shí)（這個(gè)值是根據(jù)負(fù)載環(huán)境人為設(shè)定的，在后續(xù)的峰值電流控制方法中將會(huì)提及），達(dá)林頓管關(guān)閉，此時(shí)電感向儲(chǔ)能電容供電。

2、達(dá)林頓管開啟和關(guān)閉過程中的能量守恒

當(dāng)開關(guān)開啟時(shí)，電流在電感中建立，該過程在電感不飽和且嚴(yán)格線性的情況下，電流隨時(shí)間勻速增加，因此，當(dāng)達(dá)到最大電流

時(shí)，電感中的能量為：

（1）

對(duì)于輸出端，在關(guān)斷時(shí)刻，電流將逐漸下降為0，電感此時(shí)釋放全部能量到電容，此時(shí)電感將釋放W的能量到儲(chǔ)能電容端。設(shè)輸出端電勢為

，則在輸出端可以將能量W用輸出電壓及輸出電流的形式（“流入”電容的電流）

（2）

該式子與第一節(jié)利用點(diǎn)單的楞次定律推導(dǎo)的結(jié)果一致但是亦有不同，這兩個(gè)式子更為形象，它表明，當(dāng)電感輸出端與儲(chǔ)能電容上的電壓鉗位時(shí)，來自電容的電壓會(huì)阻止電感上的電流流動(dòng)（注意不是電感上的感應(yīng)反壓，該反電動(dòng)勢只有非鉗位情形才有），如果不對(duì)占空比進(jìn)行控制，則當(dāng)電流減小到0后只能一直維持0電流，直到下一個(gè)開關(guān)周期開始對(duì)電感充電。如圖3。

圖3 電感電流的變化情況（這里假定電流最終減少到0）

因此，由于輸出電壓較高，則由于該電壓作為電流的反壓抑制電流流動(dòng)，一定程度上會(huì)使電流迅速減少至0，因此即使不控制占空比也能使電壓升高（或者說是輸入輸出決定了占空比）

本例中，當(dāng)輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，按照比較運(yùn)放comp虛斷原理，則輸出電壓與參考電壓之間有如下關(guān)系（式3）：

(3）

因此只需調(diào)整R1,R2的阻值即可獲取任意輸出電壓。本例中，帶入阻值可以獲得輸出電壓為27.9545V，datasheet給出結(jié)果為28V實(shí)際為工程方便而給出的參數(shù)。