深入解析MC34167/MC33167：高性能固定频率电源开关稳压器

在电源管理领域，找到一款高效、可靠且功能丰富的开关稳压器至关重要。今天，我们就来深入探讨onsemi的MC34167和MC33167系列固定频率电源开关稳压器，看看它们究竟有何独特之处。

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一、产品概述

MC34167和MC33167系列是专为DC - DC转换器应用优化的单片电源开关稳压器。它们工作在固定频率、电压模式下，具备直接实现降压和电压反相转换器所需的所有有源功能，只需少量外部组件，同时也能在升压转换器应用中实现成本效益。其潜在市场广泛，涵盖汽车、计算机、工业以及对成本敏感的消费产品等领域。

二、关键特性

2.1 强大的输出能力

输出开关电流超过5.0 A，能够满足高功率需求的应用场景。

2.2 固定频率振荡器

内置72 kHz的固定频率振荡器，带有片上定时组件，可提供稳定的工作频率。

2.3 高精度参考电压

提供5.05 V输出，无需外部电阻分压器，参考精度达±2%，确保输出电压的准确性。

2.4 宽输出占空比

输出占空比范围为0% - 95%，可灵活适应不同的应用需求。

2.5 多重保护功能

具备逐周期电流限制、欠压锁定和热关断等保护特性，保障设备的安全稳定运行。同时，低功耗待机模式可将电源电流降低至36 μA，有效节省能源。

三、内部结构与工作原理

3.1 振荡器

振荡器频率由电容(C_T)和微调电流源内部编程为72 kHz，充放电比控制使得开关输出的最大占空比可达95%。在(C_T)放电期间，振荡器产生内部消隐脉冲，禁用输出开关晶体管。

3.2 脉冲宽度调制器（PWM）

PWM由一个比较器组成，振荡器斜坡电压施加到同相输入，误差放大器输出施加到反相输入。当(C_T)放电到振荡器谷值电压时，输出开关导通；当(C_T)充电超过误差放大器输出时，锁存器复位，终止输出晶体管导通。这种PWM/锁存器组合可防止在给定振荡器时钟周期内出现多个输出脉冲。

3.3 电流检测

采用逐周期电流限制保护输出开关晶体管，通过监测输出开关晶体管导通期间的电流 buildup，当检测到过流情况时，立即在振荡器升压期间关闭开关。

3.4 误差放大器和参考

提供高增益误差放大器，典型直流电压增益为80 dB，单位增益带宽为600 kHz，相位裕度为70度。内部5.05 V参考电压精度为±2.0%，若需要输出电压大于5.05 V，可添加电阻(R_1)形成分压器网络。外部环路补偿对于转换器稳定性至关重要，可通过连接电阻和电容来实现。

3.5 开关输出

输出晶体管设计用于最大40 V的开关电压，最小峰值集电极电流为5.5 A。在降压或电压反相应用中，选择合适的整流器非常重要，推荐使用1N5825或等效的肖特基势垒整流器。

3.6 欠压锁定

内置欠压锁定比较器，确保在输出级启用前集成电路功能正常。当(V_{CC})超过5.9 V时，输出级启用，并提供0.9 V的迟滞以防止阈值交叉时输出开关不稳定。

3.7 热保护

内部热关断电路可在超过最大结温（通常为170°C）时保护集成电路，将锁存器强制置为“复位”状态，禁用输出开关。

四、设计考虑

4.1 电路板布局

避免在绕线或插件原型板上构建转换器，应特别注意分离信号电流和负载电流的接地路径。所有高电流环路应尽可能短，使用粗铜走线以减少振铃和辐射EMI。建议采用紧凑的组件布局，将电容(C{in})、(C{O})和所有反馈组件尽可能靠近IC放置，肖特基二极管也应靠近开关输出引脚。

4.2 补偿网络优化

对于不同的应用配置（降压、升压/降压、电压反相），需要进行外部环路补偿以确保转换器的稳定性。优化补偿网络的最简单方法是观察输出电压对阶跃负载变化的响应，同时调整(R_F)和(C_F)以实现临界阻尼。最终电路应在最小和最大输入电压、最小和最大负载的四种边界条件下验证稳定性。

五、应用电路与性能测试

5.1 降压转换器

通过控制输出开关晶体管(Q1)的导通时间百分比，可将输出电压设置在(Vin)和(Vret)之间的任何水平。测试结果显示，在(V{in}=10 V)至(36 V)，(IO = 5.0 A)的条件下，线路调节率为4.0 mV（±0.039%）；在(V{in}=12 V)，(I_O = 0.25 A)至(5.0 A)的条件下，负载调节率为1.0 mV（±0.01%）；输出纹波为20 mVpp；效率在不同输入电压和负载条件下表现良好。

5.2 升压/降压转换器

添加外部功率MOSFET后，MC34167可配置为升压/降压转换器。该电路具有输出短路保护功能，输出电压可编程为小于(Vin)。测试结果表明，在不同输入电压和负载条件下，线路调节率、负载调节率、输出纹波和效率都有较好的表现。

5.3 电压反相转换器

设计标准电压反相转换器时，通过将IC接地引脚连接到转换器的负输出，可解决开关输出发射极电压限制和误差放大器同相输入未引出的问题。测试结果显示，在(V_{in}=10 V)至(24 V)，(IO = 1.7 A)的条件下，线路调节率为15 mV（±0.61%）；在(V{in}=12 V)，(I_O = 0.1 A)至(1.7 A)的条件下，负载调节率为4.0 mV（±0.020%）；效率为79.5%。

5.4 其他应用

还介绍了三输出转换器、负输入/正输出调节器、可变电机速度控制和离线预转换器等应用电路，并给出了相应的测试结果和设计要点。

六、订购信息

提供了不同型号（如MC33167TVG、MC34167D2TG等）的订购信息，包括工作温度范围、封装形式和包装数量等。同时，部分型号已停产，使用时需注意。

七、总结

MC34167和MC33167系列开关稳压器凭借其丰富的功能、出色的性能和灵活的应用配置，为电源管理设计提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择电路配置和组件参数，并注意电路板布局和补偿网络优化，以确保转换器的稳定运行。你在使用这类开关稳压器时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。