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,由於軟件方面學煩了,不喜歡那些”虛頭八腦“的PID控制,不喜歡調參,於是報了硬件組。(其實是覺得硬件好划水)
硬件組的第二輪技術考核就是設計三個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:低壓差線性穩壓源,可以用做降壓電路,在本次技術考核中,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於發熱了。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,並且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:直流轉換器又稱開關電源,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&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的內部結構圖:

從圖里面可以看出這個芯片還是挺簡易的,對比一下tps54540的結構框圖:

可以看出tps54540的結構框圖比mc34063復雜了很多。mc34063的結構非常簡單:
一個1.25v參考電壓構成的比較器;
一個振盪器由外部電容控制,3腳是接定時電容的;
一個達林頓管(8);
一個開關三極管Q1;
開關集電極引腳(1),開關射級引腳(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,該講講這個技術考核的電路該怎么設計了。首先,看芯片的數據手冊(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:
由技術考核內容,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

接着在MC34063的datasheet中找到三極管的飽和電壓:

這里有兩個Vsat,第一個是適用於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。如果這里的開關頻率取值低,那么需要的電感值就大,這有點類似於運放的增益帶寬積,是一個平衡問題,看具體設計而選擇不同的值,由於這里只是一個小技術考核,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。
接着計算定時電容CT的值:根據公式可以很快算出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,輸出的電壓才會准確。
下面是我畫的原理圖:

其實可以用網上的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。
悄悄安利一個外國大佬:Dave Jones
