基于MC34063的3.7V至5V升压转换器电路

在现代，锂电池正在丰富电子世界。它们可以非常快速地充电并提供良好的备份，再加上它们的低制造成本，使锂电池成为便携式设备最可取的选择。由于单节锂电池的电压范围从最低3.2电压到4.2V，因此很难为那些需要5V或更高的电路供电。在这种情况下，我们需要一个升压转换器，它将根据负载要求提升电压，超过其输入电压。

该细分市场有很多选择;MC34063是该细分市场中最受欢迎的开关稳压器。MCP34063可配置为三种操作：降压、升压和反相。我们使用MC34063作为开关升压稳压器，将3.7V锂电池电压升压至5.5V，具有500mA输出电流能力。

集成电路 MC34063

MC34063引脚排列图如下图所示。左侧显示MC34063的内部电路，另一侧显示引脚排列图。

MC34063是1.5A升压或降压或反相稳压器，由于直流电压转换特性，MC34063是一款DC-DC转换器IC。

该 IC 在其 8 引脚封装中提供以下特性-

温度补偿基准

限流电路

受控占空比振荡器，带有源高电流驱动器输出开关。

接受 3.0V 至 40V DC。

可在 100 KHz 开关频率下工作，容差为 2%。

极低的待机电流

可调输出电压

此外，尽管具有这些特性，但它是广泛使用的，并且比此类细分市场中可用的其他IC更具成本效益。

我们设计升压电路，使用MC34063将3.7V锂电池电压提升至5.5V。

计算升压转换器的元件值

如果我们检查数据表，我们可以看到完整的公式图表存在，以根据我们的要求计算所需的所需值。这是数据表中提供的公式表，还显示了升压电路。

以下是不含这些元件值的原理图，将与MC34063一起使用。

现在我们将计算设计所需的值。我们可以根据数据表中提供的公式进行计算，也可以使用安森美半导体网站提供的Excel表进行计算。

计算这些分量值的步骤

第 1 步：-首先，我们需要选择二极管。我们将选择广泛使用的二极管1N5819。根据数据表，在1A正向电流下，二极管的正向电压为0.60 V。

第 2 步：-我们将使用公式计算

为此，我们的Vout为5.5V，二极管的正向电压（Vf）为0.60V。我们的最小电压Vin（最小值）为3.2V，因为这是单节电池可接受的最低电压。对于输出开关（Vsat）的饱和电压，为1V（数据手册中的1V）。通过，把这一切放在一起，我们得到

(5.5+0.60-3.2 / 3.2-1) = 0.9

So,

tON / tOFF

=

1.31 

第 3 步：-不，我们将根据公式计算 Ton + Toff 时间 Ton + Toff = 1 / f

我们将选择较低的开关频率，50Khz。

So, Ton + Toff = 1 / 50Khz =  20us So our Ton + Toff is 20uS

第 4 步：-现在我们将计算 T关闭时间。

Toff = (Ton + Toff / (Ton/Toff )+1) 

正如我们之前计算的 Ton + Toff 和 Ton / Toff 一样，现在计算会更容易，

Toff = 20us / 1.31+1 =  8.65us

第 5 步：-现在下一步是计算吨，

Ton = (Ton + Toff) - Toff = 20us – 8.65us = 11.35us

第 6 步：-我们需要选择定时电容器 Ct，该时钟需要产生所需的频率。克拉 = 4.0 x 10-5x 吨 = 4.0 x 10-5x 11.35uS = 454pF
 

第 7 步：-现在我们需要计算平均电感电流或

IL(avg). IL(avg) = Iout(max) x ((Ton/Toff )+1)

我们的最大输出电流为500mA。因此，平均电感电流将为.5A x （1.31 + 1） = 1.15A。

第 8 步：-现在是电感的纹波电流的时候了。典型电感器使用平均输出电流的20-40%。因此，如果我们选择电感纹波电流的30%，它将是1.15 * 30% = 0.34A

第 9 步：-开关峰值电流将为 IL（平均值） + Iripple/2 = 1.15 + .34/2 = 1.32A

步骤10：-根据这些值，我们将计算电感值

 

步骤11：-对于500mA电流，Rsc值将为0.3/Ipk。因此，对于我们的要求，它将是 rsc = .3/1.32 = .22 欧姆

步骤12：-让我们计算输出电容值

我们可以从升压输出中选择250mV（峰峰值）的纹波值。

So, Cout = 9* (0.5*11.35us / 0.25) = 204.3uF

我们将选择220uF，12V。使用的电容器越多，纹波就越少。

第 13 步：-最后，我们需要计算电压反馈电阻值。输出电压 = 1.25 （1 + R2 / R1）

我们将选择 R1 值 2k，因此，R2 值将为 5.5 = 1.25 （1 + R2 / 2k） = 6.8k

我们计算了所有值。所以下面是最终的原理图：

升压转换器电路图

必需组件

用于输入和输出的可靠连接器 - 2 个常开

2k 电阻 - 1 常开

6.8k 电阻 - 1 常开

1N5819- 1 否

100uF，12V和194.94uF，12V电容器（使用220uF，12V，选择接近值）各1个。

18.91uH 电感器，1.5A - 1 个 （使用 33uH 2.5A，在我们的地方很容易买到）

454pF（470pF二手）陶瓷盘式电容器 1 否

1 锂离子或锂聚合物电池 单节或并联电池取决于电池容量，用于所需项目中的备用相关问题。

MC34063 开关稳压器 IC

.24欧姆电阻（.3R，2W使用）

1 nos Veroboard（可以使用虚线或连接的Vero）。

烙铁

助焊剂和焊丝。

如果需要，还可以使用其他电线。

注意：我们使用33uh电感器，因为它很容易在额定电流为2.5A的本地供应商处获得。 此外，我们还使用.3R电阻代替.22R。

排列组件后，将组件焊接在 Perf 板上

 

焊接完成。

测试升压转换器电路

在测试电路之前，我们需要可变直流负载来从直流电源吸收电流。在我们测试电路的小型电子实验室中，测试公差要高得多，因此，很少有测量精度达不到标准。

示波器经过正确校准，但人工噪声、EMI、RF 也会改变测试结果的准确性。此外，万用表具有 +/-1% 的容差。

在这里，我们将测量以下内容

在高达 500mA 的各种负载下输出纹波和电压。

电路的效率。

电路的空闲电流消耗。

电路的短路情况。

另外，如果我们使输出过载会发生什么？

我们的室温是25摄氏度，我们测试了电路。

在上图中，我们可以看到直流负载。这是一个阻性负载，正如我们所看到的，并联的 10 个 1 欧姆电阻是连接在 MOSFET 上的实际负载，我们将控制 MOSFET 栅极并允许电流流过电阻器。这些电阻器将电能转化为热量。结果包括 5% 的容差。此外，这些负载结果还包括负载本身的功耗，因此当它没有负载时，它将显示默认的70mA负载电流。我们将从其他电源为负载供电并测试电路。最终输出为（结果 – 70mA）。我们将使用具有电流检测模式的万用表并测量电流。由于仪表与直流负载串联，由于万用表内的分流电阻器压降，负载显示将无法提供准确的结果。我们将记录仪表的结果。

以下是我们的测试设置;我们已经连接了电路上的负载，我们正在测量升压稳压器两端的输出电流以及它的输出电压。升压转换器上还连接了一个示波器，因此我们还可以检查输出电压。18650锂电池（1S2P – 3.7V 4400mAH）提供输入电压。

我们从输出端汲取.48A或480-70 = 410mA的电流。输出电压为5.06V。

此时，如果我们检查示波器中的峰到峰纹波。我们可以看到输出波，纹波为260mV（pk-pk）。

这是详细的测试报告

 

时间 （秒）	负载（毫安）	电压 （V）	纹波（峰峰值） （毫伏）
180	0	5.54	180
180	100	5.46	196
180	200	5.32	208
180	300	5.36	220
180	400	5.16	243
180	500	5.08	258
180	600	4.29	325

 

我们更改了负载，并在每个步骤上等待大约 3 分钟，以检查结果是否稳定。在530mA （.53A）负载后，电压显著下降。在其他情况下，从0负载到500mA，输出电压下降.46V。

使用台式电源测试电路

由于我们无法控制电池电压，我们还使用可变台式电源单元来检查最小和最大输入电压（3.3-4.7V）的输出电压，以检查它是否正常工作，

在上图中，工作台电源提供3.3V输入电压。负载显示5.35V输出，350mA电流从开关电源汲取。由于负载由台式电源供电，因此负载显示不准确。电流消耗结果（347mA）还包括负载本身从台式电源消耗的电流。负载使用台式电源（12V / 60mA）供电。因此，从MC34063输出汲取的实际电流为347-60 = 287mA。

我们通过改变负载来计算3.3V的效率，这是结果

 

输入电压 （V）	输入电流 （A）	输入 功率（W）	输出电压 （V）	输出 电流 （A）	输出功率（W）	效率 （n）
3.3	0.46	1.518	5.49	0.183	1.00467	66.1837945
3.3	0.65	2.145	5.35	0.287	1.53545	71.5827506
3.3	0.8	2.64	5.21	0.349	1.81829	68.8746212
3.3	1	3.3	5.12	0.451	2.30912	69.9733333
3.3	1.13	3.729	5.03	0.52	2.6156	70.1421293

 

现在我们已将电压更改为4.2V输入。当我们消耗 357 – 60 = 297mA 的负载时，我们得到 5.41V 作为输出。

我们还测试了效率。它比之前的结果略好。

 

输入电压 （V）	输入电流 （A）	输入 功率（W）	输出电压 （V）	输出 电流 （A）	输出功率（W）	效率
4.2	0.23	0.966	5.59	0.12	0.6708	69.4409938
4.2	0.37	1.554	5.46	0.21	1.1466	73.7837838
4.2	0.47	1.974	5.41	0.28	1.5148	76.7375887
4.2	0.64	2.688	5.39	0.38	2.0482	76.1979167
4.2	0.8	3.36	5.23	0.47	2.4581	73.1577381

 

当负载为0时，电路的空闲电流消耗在所有条件下记录为3.47mA。

此外，我们检查了短路，观察到正常运行。在最大输出电流阈值之后，输出电压明显降低，一段时间后接近零。