Boost升压电路的设计案例详解

学校的智能车队在招新，没错就是NXP的那个智能车比赛。作为大三老狗肯定要去凑一下热闹的，由于软件方面学烦了，不喜欢那些”虚头八脑“的PID控制，不喜欢调参，于是报了硬件组。（其实是觉得硬件好划水）

硬件组的第二轮技术考核就是设计三个BUCK电路以及一个BOOST电路，具体要求如图：

电源的输入部分是NXP智能车比赛标配的2S 2000mah锂电池一块（电压范围7.2v~8.4v）。所以3.3v、5v、6v就是三个BUCK降压电路，12v就是Boost升压电路。在本文要讲的是Boost升压电路的设计。

一说到电源设计，不可避免的就会想到LDO和DCDC。

LDO：低压差线性稳压源，可以用做降压电路，在本次技术考核中，使用LDO显然不是一个明智的选择。简单计算一下效率就可以知道：3.3v/8v * 100% = 41.25% 也就是说理想状况下LDO都有一半以上的功率用于发热了。因而，我们应该选用DCDC芯片来完成考核指标。那LDO可以干啥呢？如果输入，输出端压差较小就可以选用LDO，并且LDO可以看作一个电压跟随器，前后级隔离，还能起到滤波作用。

DCDC：直流转换器又称开关电源，可以做BUCK电路，也可以做BOOST电路，有的DCDC芯片两者都能做。例如BUCK电路常用的DCDC有TPS54540，这是一款支持42V 5A的高性能芯片。而MC34063呢，这个芯片非常的骚，骚就骚在它能做BUCK电路，也可以做BOOST电路，这还没完，甚至还可以做反相器。如果你是一个狂热的电子爱好者，不妨拆开手边的廉价电子设备，比如机顶盒、车载充电器，里面总能找到MC34063。这个芯片除了功能多以外，生产&山寨他的厂家也非常多，贵的几块钱，便宜的几毛钱。所以是个骚的不行的芯片。

下图是MC34063的内部结构图：

从图里面可以看出这个芯片还是挺简易的，对比一下tps54540的结构框图：

可以看出tps54540的结构框图比mc34063复杂了很多。mc34063的结构非常简单：

一个1.25v参考电压构成的比较器；

一个振荡器由外部电容控制，3脚是接定时电容的；

一个达林顿管（8）；

一个开关三极管Q1；

开关集电极引脚（1），开关射级引脚（2）；

一个电流感应输入（7）；

以及最重要的反馈输入（5）。

废话说完，该讲讲这个技术考核的电路该怎么设计了。首先，看芯片的数据手册（Datasheet），图14给出了设计指南：

我们设计的是BOOST电路，所以应该看Step-Up这一栏。从上往下一个个的计算：

由技术考核内容，我们可以得到以下指标：Vout = 12V，Vin（min）=7.2v，Iout（max） = 200mA，Vripple（pp） = 100mV；

看第一栏：Vout、Vin（min）已知，需要查表得到VF和Vsat。这两个指标在设计指南表格下方也有提到，如图所示：

VF即为二极管正向压降（直译过来应为输出整流器的正向压降，在本例中使用的是1n5819整流二极管），Vsat是芯片内部三极管的饱和电压。

来看看1N5819的datasheet，假设通过输出端的电流为1A，可以知道压降为0.45V。不过我们这个电路输出端只有200mA，所以不妨取0.4V。即VF=0.4V

接着在MC34063的datasheet中找到三极管的饱和电压：

这里有两个Vsat，第一个是适用于BUCK降压电路的，我们是BOOST升压电路，所以应该看第二个。典型值0.45v，不妨取0.5v。

所以我们这里就可以计算出来Ton/Toff = 0.78

第二个计算Ton + Toff，开关频率f取一个常用值100k，所以Ton + Toff = 10us。（DCDC和LDO电路设计上有一个非常大的区别就是DCDC电路包含电感，而LDO电路则没有电感，如果这里的开关频率取值高，那么电感值小，但是损耗也更大。如果这里的开关频率取值低，那么需要的电感值就大，这有点类似于运放的增益带宽积，是一个平衡问题，看具体设计而选择不同的值，由于这里只是一个小技术考核，所以取一个常用值100k。）

第三个Toff就可以很容易计算出来：10us/1.78 = 5.6us，那么Ton也可以求出来：Ton = 10us - 2.7us = 4.4us。

接着计算定时电容CT的值：根据公式可以很快算出CT = 176pF

第五个计算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。

算完表格里还没完， 下面还有参数要算：

5脚反馈回路中的R1R2可以算出：R1 =1.5kOhm， R2 = 13kOhm 这两个都要选择用1% 的精密电阻，输出的电压才会准确。

下面是我画的原理图：

其实可以用网上的MC34063计算器来设计，不过按照文章中的方法过一遍Datasheet还是很爽的。