鲁达 摘 要： 基于DC/DC转换芯片MC34063，设计了一种将正电压转化为负电压的电源变换。详细介绍了此电源转换电路的硬件设计过程及测试结果。测试结果表明，此电源转化电路具有较小的纹波以及较高的稳压精度。
0 引言
电源作为各种电子设备的动力源，是各电子设备的重要组成部分[1]。开关电源源于20世纪60年代，经过几十年的发展，已经成为稳压型电源的主流产品。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制芯片和功率开关管构成，通过调节开关晶体管接通和关断的时间比，对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换。伴随着电力电子与集成电路技术的迅猛发展，开关电源正朝着小型化、高频化、低损耗、低噪声的方向不断发展[2-3]。
DC/DC转换器又叫直流斩波，属于开关电源，可将输入的直流电压转换成不同的直流输出电压供用电电路使用。本文介绍一种基于DC/DC转换器的开关电源的设计过程，核心器件采用MC34063，可将正的直流电源转化成负的直流电源。该电源转换电路不仅稳定性高，且具有较大的输出电流。
1 MC34063芯片简介
MC34063是一种单片双极性集成电路，输入电压范围为3~40 V，输出电压范围为1.25~40 V，当电路外部增加NPN或PNP及相应扩展电路时，MC34063的输出电流可扩展为1.5 A。片内振荡器的最高震荡频率为42 kHz。MC34063内部含有DC/DC变换器所需的基本控制电路，并可与少量的外部元器件一起构成升压式变换器、降压式变换器、反向器三种不同的DC/DC变换器。
MC34063具有DC/DC变换器所需要的主要功能，由温度补偿的基准电压发生器、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[2]。MC34063通常与开关管一起配合使用，外围电路简单。MC34063的工作原理为：通过对输出电压取样接至内部误差放大器反向输入端，通过对取样电压与内部1.25 V基准电压源进行比较，控制脉冲宽度，达到调节输出电压的目的[3]。
2 电路参数设计
本文中将输入电压为8 V的直流电压转化为输出电压为-8.3 V，输出最大电流1.5 A的直流电，设计的电路图如图1所示。图中的D1采用型号为1N5819的二极管，此二极管为硅管，正向压降为0.6 V。Q1是型号为2SA1020的PNP型三极管，其饱和压降为1 V。下面介绍电路中其他参数的计算。
计算中所需的电源特性参数介绍如下。Vsat为开关管Q1的饱和电压，由于设计中采用型号为2SA1020的PNP管来扩展电流，此管的饱和压降Vsat为1 V。VF为整流二极管D1的正向压降，1N5819型二极管正向压降为0.6 V。VIN为输入电压标称值，本设计中取8 V。VOUT为输出电压标称值，设为-8.3 V。IOUT为电路的输出电流值，设为200 mA。Vripple（pp）为输出电压纹波的峰峰值，由于纹波电压将直接影响电路的线性调整和负载调整率，其产生的影响不可忽视，本设计中将Vripple（pp）的值设为100 mV。
2.1 定时电容设定
MC34063可在24~42 kHz的频率范围内工作，其工作频率可通过外部调节电容CT设置，本文选取此芯片的典型工作频率33 kHz。将f为33 kHz代入如下4个公式中：
计算可得定时电容CT为532 pF，在实际应用中，由于电容的等效串联电阻以及印制电路板上布线等因素的影响，电容的取值应比计算所得的值大一些，所以实际中选用容值为680 pF的定时电容。
2.2 限流保护设定
限流保护电路是指在电源过载或输出短路时保护电源装置，防止负载损坏。MC34063芯片可通过电阻RSC的阻值大小来控制最大电流以保护芯片。将计算得到的ton和toff以及IOUT、Vsat、VIN值带入式（5）中，其中Vsat为开关管Q1的饱和电压，由于设计中采用型号为2SA1020的PNP管来扩展电流，此管的饱和压降Vsat为1 V。计算得峰值电流Ipk（switch）为720 mA。将Ipk（switch）为720 mA代入式（6）中，得到感应电阻RSC为0.47 Ω，实际中选用阻值为0.02 Ω的精密电阻。
2.3 储能电感及输出电容的设定
将Vsat、VF、VIN、f、Vripple（pp）、IOUT的值代入式（7）可得储能电感L（min）为203
H，实际中选取电感值为330
H的屏蔽电感。将已知值带入式（8），计算得输出电容CO为240
F，本设计中CO选取容值为470
F、耐压为20 V的钽电容。
2.4 输出电压设定
输出电压可由式（9）得到。芯片内部的基准电压源为1.25 V，反馈取样电阻R1和R2决定了输出电压的大小。将VOUT为-8 V带入式（9）可得
。实际中取R1为800 Ω，则R2应为4.5 kΩ，将R1和R2的值带入式（9），可得VOUT为-8.28 V。
经过以上步骤可得到图1中所设计的电源转换电路中每个元件的值。
3 测试结果
本文采用示波器对输出电压的纹波进行测试。当负载为220 Ω时，利用示波器对输出电压进行测试，电路输出电压测试图如图2所示。从图2中可读出输出电压为-8.32 V，输出电压纹波的峰峰值为400 mV，都与设定值相近。测试结果表明，本设计电路满足基本设计要求，不仅达到了电压的极性变换，并且具有较小的纹波。
4 结论
本文利用开关电源芯片MC34063作为核心器件，采用少量的外部器件将其设置为反相器结构，设计了一种负电源产生电路。实验结果表明，此变换电路具有体积小、输出电压稳定性高、纹波小的特点。文章详细介绍了此电源转换电路的设计过程、电路测试结果及分析，对设计其他开关电源设计具有参考价值。
参考文献
[1] 屠径，赵玉龙.某型弹载二次电源设计[J].现代电子技术，2012，35（10）：139-141.
[2] 孙智，张道信.基于MC34063的大电流负电源设计[J].微型机与应用，2009，28（23）：14-16.
[3] 谢亚伟.开关电源中混沌现象的建模与仿真研究及小型电源的研制[D].成都：电子科技大学，2010.