一、MC34063芯片概述

MC34063是一款经典的DC-DC开关稳压器芯片，具有较高的集成度和性价比。它可以用于降压、升压和反转三种不同的转换模式。MC34063的工作频率范围通常在100kHz以下，具有良好的效率和可调节性。在升压模式中，MC34063能够将输入电压提升到比输入电压更高的输出电压。

MC34063内部集成了振荡器、比较器、误差放大器、开关晶体管、参考电压源和电流限制电路等组件，极大简化了电路设计。使用MC34063设计升压电路时，只需要少量的外部元件，如电感、二极管、电容和电阻等即可完成整个电路设计。

二、MC34063升压电路的工作原理

MC34063的升压电路利用了电感在磁场中存储能量并在电路中释放的特性。其工作过程可分为两个阶段：储能阶段和能量释放阶段。

1. 储能阶段：在此阶段，内部开关管导通，电源电压通过电感向地提供电流，电感开始存储能量，电流逐渐增大。此时，二极管被反向偏置，负载电压由输出电容提供。

2. 能量释放阶段：当开关管截止时，电感中储存的能量会通过二极管释放到负载，同时输出电容被充电。电感电流逐渐减小。重复上述过程，可以实现将输入电压升高到输出端。

三、MC34063升压电路的设计步骤

设计MC34063升压电路时，需要进行以下几个关键步骤的计算：

1. 确定输入和输出参数

首先，我们需要明确电路的输入电压范围（$V_{in(min)}$Vin(min)和$V_{in(max)}$Vin(max)），输出电压$V_{out}$Vout，输出电流$I_{out}$Iout，以及所需的开关频率$f_{sw}$fsw。

例如，假设我们设计一个输入电压范围为7V到12V，输出电压为24V，输出电流为100mA的升压电路。

2. 电感量的计算

电感量$L$L的计算是升压电路设计的关键之一。电感值的大小直接影响到电路的工作稳定性和效率。电感量可以通过下式计算：

$$L = frac{(V_{in(min)} imes (V_{out} - V_{in(min)}))}{I_{peak} imes f_{sw} imes V_{out}}$$L=Ipeak×fsw×Vout(Vin(min)×(Vout−Vin(min)))

其中，$I_{peak}$Ipeak是峰值电流，可以通过以下公式计算：

$$I_{peak} = I_{out} imes left(1 + frac{V_{out} - V_{in(min)}}{V_{in(min)}} ight)$$Ipeak=Iout×(1+Vin(min)Vout−Vin(min))

假设我们选择的开关频率为100kHz，那么计算得到的电感值大约为68μH。

3. 输出电容的计算

输出电容$C_{out}$Cout决定了电路的输出纹波电压大小，通常选择低ESR（等效串联电阻）的电容以减小纹波。输出电容可以通过以下公式计算：

$$C_{out} = frac{I_{out} imes (V_{out} - V_{in(min)})}{Delta V_{out} imes f_{sw} imes V_{out}}$$Cout=ΔVout×fsw×VoutIout×(Vout−Vin(min))

其中，$Delta V_{out}$ΔVout为允许的输出电压纹波，一般情况下，输出电压纹波应控制在输出电压的1%到2%。

假设允许的输出纹波为240mV，那么计算得到的输出电容大约为220μF。

4. 二极管选择

升压电路中，二极管的作用是防止电感的反向电压对芯片和电路造成损害。选用的二极管必须能够承受升压后的电压，并且具有足够低的正向压降。常用的二极管型号为肖特基二极管，如1N5819。

选择二极管时，其反向耐压应至少为输出电压的1.5倍，额定电流应为输出电流的2倍以上。

5. 电流检测电阻的选择

MC34063芯片内部集成了电流限制功能，通过外部电流检测电阻$R_{sc}$Rsc设置电流限值。电流限值可以通过以下公式计算：

$$R_{sc} = frac{330mV}{I_{peak}}$$Rsc=Ipeak330mV

其中，330mV为MC34063内部电流检测电路的参考电压。根据前面计算的峰值电流$I_{peak}$Ipeak，我们可以选择合适的电阻值。

6. 开关频率调整

MC34063的开关频率由外部电容$C_{t}$Ct和电阻$R_{t}$Rt决定。开关频率可以通过以下公式计算：

$$f_{sw} = frac{1.72}{R_{t} imes C_{t}}$$fsw=Rt×Ct1.72

常用的$C_{t}$Ct值在100pF到10nF之间，通过调整$R_{t}$Rt的值可以得到所需的频率。频率的选择应考虑电路的效率和元器件的规格。

四、MC34063升压电路设计中的常见问题

在设计和调试MC34063升压电路时，可能会遇到一些常见问题，如电压不稳定、输出纹波较大、电感发热严重等。以下是一些解决方案：

1. 电压不稳定

如果电路输出电压不稳定，可能是由于电感值选择不当或电流限制设置不合理。可以尝试更换电感或调整电流检测电阻来解决这个问题。

2. 输出纹波较大

输出纹波较大通常是由于输出电容选择不当或者ESR过高。此时可以选择更大的电容或低ESR电容来减小输出纹波。

3. 电感发热严重

电感发热可能是由于电感的电流过大或电感选择不合适。可以尝试使用更高电流容量的电感或优化电路设计，降低电感电流峰值。

五、MC34063升压电路的应用场景

MC34063升压电路广泛应用于各种需要提升电压的场合，例如LED驱动电路、电池供电的升压电源、便携设备的电源管理等。由于其成本低、设计简单，MC34063在工业控制、通信设备以及消费电子产品中得到了广泛的应用。

1. LED驱动：在LED驱动电路中，MC34063可以将较低的电源电压升高到LED所需的工作电压，保证LED的正常工作。

2. 电池供电的升压电源：在需要从低压电池供电并生成高压输出的应用中，MC34063是一个理想的选择。例如，3.7V锂电池升压到5V供给USB设备供电。

3. 便携设备的电源管理：MC34063能够有效管理便携设备中的电源，将电池的电压提升到设备所需的工作电压。

六、MC34063升压电路设计中的注意事项

在设计MC34063升压电路时，有几个关键点需要特别注意，以确保电路的可靠性和稳定性：

1. 散热管理：MC34063的效率较高，但仍需注意散热问题。特别是在大电流工作条件下，散热设计尤为重要。可以增加散热片或采用良好的PCB布局来提升散热性能。

2. EMI考虑：开关电源电路通常会产生电磁干扰（EMI），应在设计中考虑适当的滤波和屏蔽措施，避免对周边电路造成干扰。

3. PCB布局：合理的PCB布局对电路的性能至关重要。需要注意功率路径的布局，尽量减少寄生电感和寄生电容的影响。

4. 元件选型：元件的选型应考虑其额定值和工作环境。例如，电感的额定电流应大于电路中的峰值电流，二极管的反向耐压和正向电流额定值也需要留有足够的裕量，以确保电路在各种工况下的可靠性。

七、MC34063升压电路的详细设计实例

为了更好地理解MC34063升压电路的设计步骤，我们可以通过一个具体的设计实例来演示整个过程。

设计要求：

• 输入电压范围：7V至12V

• 输出电压：24V

• 输出电流：100mA

• 开关频率：100kHz

1. 电感的选择

首先，我们需要根据前面提到的公式来计算电感值。根据公式：

$$L = frac{V_{in(min)} imes (V_{out} - V_{in(min)})}{I_{peak} imes f_{sw} imes V_{out}}$$L=Ipeak×fsw×VoutVin(min)×(Vout−Vin(min))

其中，$I_{peak}$Ipeak的计算公式为：

$$I_{peak} = I_{out} imes left(1 + frac{V_{out} - V_{in(min)}}{V_{in(min)}} ight)$$Ipeak=Iout×(1+Vin(min)Vout−Vin(min))

代入参数：

$$I_{peak} = 0.1 imes left(1 + frac{24 - 7}{7} ight) = 0.1 imes left(1 + 2.43 ight) = 0.343A$$Ipeak=0.1×(1+724−7)=0.1×(1+2.43)=0.343A

再代入电感计算公式：

$$L = frac{7 imes (24 - 7)}{0.343 imes 100,000 imes 24} = frac{7 imes 17}{8,232} approx 14.45 mu H$$L=0.343×100,000×247×(24−7)=8,2327×17≈14.45μH

电感值计算出来约为14.45μH，可以选择一个标准值15μH的电感来满足设计需求。

2. 输出电容的选择

接下来，我们计算输出电容值。根据输出电容的计算公式：

$$C_{out} = frac{I_{out} imes (V_{out} - V_{in(min)})}{Delta V_{out} imes f_{sw} imes V_{out}}$$Cout=ΔVout×fsw×VoutIout×(Vout−Vin(min))

假设允许的输出电压纹波为240mV（即输出电压的1%），代入参数：

$$C_{out} = frac{0.1 imes (24 - 7)}{0.24 imes 100,000 imes 24} = frac{1.7}{5,760} approx 295.1 mu F$$Cout=0.24×100,000×240.1×(24−7)=5,7601.7≈295.1μF

输出电容值约为295μF，选择一个标准值330μF的电容会更好，以确保较低的输出纹波。

3. 二极管的选择

二极管的选择需要考虑反向耐压和正向电流能力。此设计中，输出电压为24V，因此二极管的反向耐压应至少为1.5倍的输出电压，即36V以上。常用的肖特基二极管如1N5819，其反向耐压为40V，最大正向电流为1A，足以满足要求。

4. 电流检测电阻的选择

电流检测电阻$R_{sc}$Rsc的选择与电流限值密切相关。根据前面的公式：

$$R_{sc} = frac{330mV}{I_{peak}}$$Rsc=Ipeak330mV

代入已计算的峰值电流$I_{peak}$Ipeak：

$$R_{sc} = frac{330mV}{0.343A} approx 0.962 Omega$$Rsc=0.343A330mV≈0.962Ω

可以选择一个1Ω的电流检测电阻，以限制电流并保护电路。

5. 开关频率调整

开关频率由外部电容$C_{t}$Ct和电阻$R_{t}$Rt决定。假设我们选择$C_{t} = 330pF$Ct=330pF，那么可以通过以下公式计算$R_{t}$Rt：

$$f_{sw} = frac{1.72}{R_{t} imes C_{t}}$$fsw=Rt×Ct1.72

代入参数并解出$R_{t}$Rt：

$$R_{t} = frac{1.72}{100,000 imes 330 imes 10^{-12}} approx 52kOmega$$Rt=100,000×330×10−121.72≈52kΩ

因此，选择一个52kΩ的电阻可以设定开关频率为100kHz。

6. 最终电路搭建

将上述元件选择完毕后，可以将整个电路搭建起来。电路的典型框图如下：

输入电压 --- 电感L --- MC34063 --- 二极管D --- 输出电容Cout --- 输出电压
          |       |
          Rt      Rsc
          |
          Ct

八、设计优化与实际调试

在设计MC34063升压电路后，通常需要进行实际电路的搭建与调试。调试过程中，可以通过示波器观察输出电压纹波和开关波形，确保电路的正常工作。以下是几个优化和调试建议：

1. 元件参数调整：根据实际测试结果，可能需要调整电感、电容和电阻的值，以获得更好的电路性能。

2. 效率优化：可以通过选择低损耗的元件（如低ESR电容和高效二极管）来提高电路效率。

3. 热管理：观察电路中的热源部分，如MC34063芯片、电感和二极管的温度，如果温升过高，考虑增加散热片或改善PCB散热设计。

4. EMI抑制：在电路中增加适当的滤波器件（如磁珠、共模扼流圈）和屏蔽措施，抑制电磁干扰对其他电路的影响。

九、MC34063的未来与替代方案

尽管MC34063作为经典的DC-DC转换器芯片，应用广泛且性能稳定，但随着技术的发展，市场上也出现了许多更高效、集成度更高的替代方案。

1. 高效率DC-DC转换器芯片：如LM2577、LT1372等芯片，具备更高的工作频率和转换效率，适合更高要求的应用场景。

2. 集成度更高的方案：现在市面上也有一些集成了MOSFET、二极管和补偿电路的芯片，如TPS61165，可以大幅简化电路设计，提升可靠性。

3. 数字控制电源：随着数字电源控制技术的发展，越来越多的电源管理芯片开始集成数字控制功能，能够更精确地调节输出电压、优化效率，并提供更灵活的保护功能。

虽然MC34063在一些简单的应用中仍然具有优势，但在追求更高效率和更小体积的现代应用中，新型芯片的出现为设计者提供了更多选择。

十、总结

MC34063升压电路的设计涉及到多个方面的计算与元件选择。通过对输入输出参数的明确分析，合理选择电感、电容、二极管和电流检测电阻等关键元件，可以实现稳定的升压电路设计。在实际应用中，设计者需要根据具体需求和应用场景进行调整和优化，并在电路调试阶段确保电路的工作可靠性。

MC34063作为一款经典的DC-DC转换器芯片，虽然其性能在现代应用中可能略显不足，但由于其简单易用和成本低廉，仍然在许多领域被广泛应用。通过对MC34063的深入理解和实际设计经验的积累，工程师们可以更好地应用这款芯片，并在必要时选择更为先进的替代方案，以满足不断发展的技术需求。