一款火了四十年的芯片

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誕生于 20 世紀(jì) 80 年代的摩托羅拉 DC-DC 控制器，已成為“夠用就好”電源轉(zhuǎn)換方案的通用答案。

摩托羅拉在 80 年代初期推出的 MC34063，將開關(guān)穩(wěn)壓器的核心要素濃縮進(jìn)一個 8 引腳集成電路（IC）中。只需配合極少數(shù)的無源器件，它就能實現(xiàn)降壓（Buck）、升壓（Boost）或反向（Inverting）變換。雖然它的效率從未達(dá)到領(lǐng)先水平，但憑借低廉的成本、極高的簡潔性和無處不在的通用性，它成為了生產(chǎn)史上壽命最長的模擬控制 IC 之一。

MC34063 雖然低調(diào)，但支持 3 V 至 40 V 的輸入電壓。圖片由 Futurlec 提供。

面向大眾的“糖果級”電源方案

懷舊電子元器件的經(jīng)久不衰通常有兩個原因：要么是因為它們具有開創(chuàng)性，例如證明了半導(dǎo)體可以取代磁芯存儲器的 Intel 1103 DRAM；要么是因為它們將抽象概念實體化了，例如標(biāo)準(zhǔn)化了現(xiàn)代運(yùn)算放大器的 μA741。而 MC34063 的生存之道則完全不同：它在電子行業(yè)急需廉價、通用的 DC-DC 轉(zhuǎn)換方案的時刻，精準(zhǔn)地?fù)糁辛恕肮δ軌蛴谩边@一甜點(diǎn)位。

在 80 年代初期，大多數(shù)低成本設(shè)計仍默認(rèn)使用線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器雖然簡單且性能可預(yù)測，但能源損耗極大。雖然當(dāng)時也存在專用的開關(guān)控制器，但它們通常針對特定應(yīng)用、功能專一，且價格昂貴。相比之下，摩托羅拉提供了一種單片式解決方案：它可以配置為降壓、升壓或反向轉(zhuǎn)換器；不需要外部振蕩器；并集成了 1.25 V 基準(zhǔn)電壓源、比較器、驅(qū)動級和一個 1.5 A 的峰值電流開關(guān)。

它談不上優(yōu)雅，也不夠高效，但其靈活性驚人。短短幾年內(nèi)，這款 IC 遍地開花。車載適配器用它將 12 V 降至 5 V，調(diào)制解調(diào)器和機(jī)頂盒用它產(chǎn)生微弱的負(fù)電壓軌。電子愛好者套件也廣泛采用它，因為只要參考數(shù)據(jù)手冊里的公式就能完成設(shè)計。正如 CD4000 系列 成為 CMOS 邏輯電路的“萬能膠水”一樣，MC34063 成為了開關(guān)電源領(lǐng)域的“糖果級（Jellybean）”控制器。

34063 內(nèi)部探秘

從技術(shù)角度來看，MC34063 即便是在當(dāng)時也顯得保守。與 80 年代興起的更先進(jìn)的 PWM（脈寬調(diào)制）控制器不同，它采用了一種基于簡易斜坡發(fā)生器的“恒定導(dǎo)通時間、變頻”架構(gòu)。定時電容（CT）在兩個閾值之間充放電，設(shè)定最大導(dǎo)通時間，同時比較器將反饋信號與內(nèi)部 1.25 V 基準(zhǔn)源進(jìn)行對比。其結(jié)果是由弛張振蕩器驅(qū)動開關(guān)：當(dāng)輸出下降時開啟，當(dāng) CT 達(dá)到上限時關(guān)閉。

MC34063 框圖。圖片由 Alldatasheet 提供。

由于該芯片無法提前終止周期，負(fù)載瞬變通常會導(dǎo)致跳周期現(xiàn)象和明顯的紋波。頻率會隨輸入電壓和負(fù)載的變化而漂移，如果沒有額外的濾波，其電磁干擾（EMI）表現(xiàn)難以預(yù)測。此外，由于內(nèi)部使用的是雙極型開關(guān)管，根據(jù)配置不同，其飽和壓降產(chǎn)生的功耗在低壓應(yīng)用中相當(dāng)可觀。

但這種設(shè)計也有其優(yōu)勢。由于只需一個電容來設(shè)定定時，其行為極易預(yù)測且易于教學(xué)，就像 741 的內(nèi)部補(bǔ)償讓幾代模擬電路設(shè)計者倍感親切一樣。其限流電路通過檢測一個小電阻上幾百毫伏的壓降來實現(xiàn)，確保了芯片能夠承受誤操作。雖然它缺乏過熱關(guān)斷等現(xiàn)代功能，但它幾乎可以被塞進(jìn)任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，且無需重新進(jìn)行大規(guī)模設(shè)計。

其內(nèi)部僅包含 50 多個晶體管，這種極低的集成度甚至連小型代工廠都能復(fù)刻。這也是為什么市面上出現(xiàn)了幾十種不同名稱的克隆版本，讓這種架構(gòu)在摩托羅拉半導(dǎo)體業(yè)務(wù)幾經(jīng)易手后依然長盛不衰。

工程師們又愛又嫌的穩(wěn)壓器

MC34063 并不是靠性能碾壓競爭對手，而是靠一種獨(dú)特的悖論建立了自己的地位，這也是許多長壽 IC 的共同特征：極廣的實用性與較低的期望值。Intel 2708 EPROM 需要三組供電軌和紫外線窗口才能擦寫，但它對早期的微型計算機(jī)來說必不可少，因為它干凈利落地解決了一個系統(tǒng)級問題。MC34063 在電力電子領(lǐng)域扮演了類似的角色：它不是最好的穩(wěn)壓器，但它是那個讓 DC-DC 轉(zhuǎn)換變得人人可及的工具。

隨著開關(guān)電源成為標(biāo)配，設(shè)計師們開始轉(zhuǎn)向更快、更高效的控制器。同步整流拓?fù)?、MOSFET 驅(qū)動器、固定頻率 PWM 以及集成功率級，使得 MC34063 在現(xiàn)代產(chǎn)品中幾乎失去了技術(shù)上的競爭力。然而，它在分銷市場上依然屹立不倒，因為它的功能集依然匹配小家電、工業(yè)控制器和低成本設(shè)計的需求——在這些領(lǐng)域，成本和簡潔性往往重于性能。

時至今日，如果你拆開一個廉價的車載充電器或雜牌路由器，你仍能發(fā)現(xiàn)這個 8 引腳控制器的變體。它在看起來比芯片本身還老舊的玻纖板上調(diào)節(jié)著幾百毫安的電流。它的存在與 CD4000 CMOS 或 741 運(yùn)放的原因如出一轍——因為在工程界的許多角落，“夠用”依然是最終的贏家。

https://www.allaboutcircuits.com/news/mc34063-the-switching-regulator-that-defined-cheap-power/

（來源：allaboutcircuits）

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