Chip MC34063 Schaltkreis. Leistungsstarkes Smartphone-Ladegerät am MC34063A. Spannungswandler mit sanftem Einschalten am MC34063

Unten sehen Sie ein Diagramm eines DC-DC-Aufwärtswandlers, der nach der Boost-Topologie aufgebaut ist und bei Anlegen einer Spannung von 5 ... 13 V am Eingang eine stabile Spannung von 19 V am Ausgang erzeugt. Somit können Sie mit diesem Konverter 19 V aus jeder Standardspannung erhalten: 5 V, 9 V, 12 V. Der Konverter ist für einen maximalen Ausgangsstrom von ca. 0,5 A ausgelegt, hat eine geringe Größe und ist sehr handlich.

Zur Steuerung des Wandlers wird eine weit verbreitete Mikroschaltung verwendet.

Als Leistungsschalter kommt ein leistungsstarker n-Kanal-MOSFET zum Einsatz, der hinsichtlich der Effizienz die wirtschaftlichste Lösung darstellt. Diese Transistoren haben einen minimalen Durchlasswiderstand und daher eine minimale Erwärmung (minimale Verlustleistung).

Da die Mikroschaltungen der Serie 34063 nicht zum Ansteuern von Feldeffekttransistoren geeignet sind, ist es besser, sie in Verbindung mit speziellen Treibern (z. B. mit einem Halbbrücken-Oberseitentreiber) zu verwenden – so erhalten Sie steilere Fronten Öffnen und Schließen des Netzschalters. Wenn jedoch keine Treiber-Mikroschaltungen vorhanden sind, können Sie stattdessen die „Alternative des armen Mannes“ verwenden: einen bipolaren PNP-Transistor mit einer Diode und einem Widerstand (in diesem Fall ist dies möglich, da die Feldquelle an einen gemeinsamen Draht angeschlossen ist). . Wenn der MOSFET eingeschaltet ist, wird das Gate über die Diode aufgeladen, während der Bipolartransistor geschlossen ist. Wenn der MOSFET ausgeschaltet ist, öffnet sich der Bipolartransistor und das Gate wird über ihn entladen.

Planen:

Einzelheiten:

L1, L2 sind Induktoren mit 35 µH bzw. 1 µH. Die L1-Spule kann mit einem dicken Draht auf den Ring des Motherboards gewickelt werden. Suchen Sie sich einfach einen größeren Ring aus, da die nativen Induktivitäten dort nur wenige Mikrohenry betragen und Sie sie möglicherweise in mehreren Schichten wickeln müssen. Wir nehmen die L2-Spule (für den Filter) fertig vom Motherboard.

C1 - Eingangsfilter, Elektrolyt 330 uF / 25V

C2 - Zeitkondensator, Keramik 100 pF

C3 - Ausgangsfilter, Elektrolyt 220 uF / 25V

C4, R4 – Dämpfer, Nennwerte 2,7 nF bzw. 10 Ohm. In vielen Fällen können Sie auch ganz darauf verzichten. Die Nennwerte der Snubber-Elemente hängen stark von der jeweiligen Verkabelung ab. Die Berechnung erfolgt experimentell nach der Herstellung der Platine.

C5 – Mikruha-Leistungsfilter, 0,1 uF Keramik

http://website/datasheets/pdf-data/2019328/PHILIPS/2PA733.html

Die Idee, diesen Konverter zu entwickeln, kam mir nach dem Kauf eines Asus EeePC 701 2G Netbooks. Klein, bequem, viel mobiler als riesige Laptops, im Allgemeinen Schönheit und nichts weiter. Ein Problem: Man muss ständig aufladen. Und da die einzige Stromquelle, die immer zur Hand ist, eine Autobatterie ist, entstand natürlich der Wunsch, das Netbook darüber aufzuladen. Bei den Experimenten stellte sich heraus, dass ein Netbook, egal wie viel man ihm gibt, immer noch nicht mehr als 2 Ampere benötigt, das heißt, ein Stromregler wie beim Laden herkömmlicher Akkus ist nicht erforderlich. Schönheit, das Netbook selbst wird zerstören, wie viel Strom es verbrauchen soll, daher brauchen Sie nur einen leistungsstarken Abwärtswandler von 12 auf 9,5 Volt, der dazu in der Lage ist
Geben Sie dem Netbook die erforderlichen 2 Ampere.

Als Basis des Konverters diente der bekannte und weit verbreitete MC34063-Chip. Da sich bei den Experimenten eine typische Schaltung mit einem externen Bipolartransistor, gelinde gesagt, nicht sehr gut bewährt hat (erwärmt), wurde beschlossen, an diesem Mikruha ein p-Kanal-Feldgerät (MOSFET) anzubringen.

Planen:

Eine 4..8 uH-Spule kann von einem alten Motherboard übernommen werden. Haben Sie gesehen, dass es Ringe gibt, auf die mehrere Windungen mit dicken Drähten gewickelt sind? Wir suchen einen, bei dem 8..9 Windungen mit einem einadrigen dicken Draht genau das Richtige sind.

Alle Elemente der Schaltung werden nach berechnet, genauso wie bei einem Wandler ohne externen Transistor, mit dem einzigen Unterschied, dass V sat für den verwendeten Feldeffekttransistor berechnet werden muss. Das geht ganz einfach: V sat = R 0 * I, wobei R 0 der Widerstand des Transistors im offenen Zustand ist, I der durch ihn fließende Strom. Für IRF4905 ist R 0 =0,02 Ohm, was bei einem Strom von 2,5 A Vsat = 0,05 V ergibt. Was heißt, spüren Sie den Unterschied. Bei einem Bipolartransistor beträgt dieser Wert mindestens 1V. Dadurch ist die Verlustleistung im offenen Zustand 20-mal geringer und die minimale Eingangsspannung der Schaltung ist 2 Volt geringer!

Wie wir uns erinnern, ist es zum Öffnen des p-Kanal-Feldschalters erforderlich, eine negative Spannung an das Gate relativ zur Source anzulegen (d. h. eine Spannung an das Gate anzulegen, die geringer ist als die Versorgungsspannung, da die Source an die Stromversorgung angeschlossen ist). Dazu benötigen wir die Widerstände R4, R5. Wenn der Transistor der Mikroschaltung öffnet, bilden sie einen Spannungsteiler, der die Spannung am Gate einstellt. Für IRF4905 reicht es mit einer Source-Drain-Spannung von 10 V aus, um den Transistor vollständig zu öffnen, eine Spannung an das Gate anzulegen, die 4 Volt unter der Source-(Versorgungs-)Spannung liegt, U GS = -4 V Strom). Nun, außerdem bestimmen die Widerstände dieser Widerstände die Steilheit der Öffnungs- und Schließfronten des Feldgeräts (je niedriger der Widerstand der Widerstände, desto steiler die Fronten) sowie den Strom, der durch den Transistor der Mikroschaltung fließt ( es sollte nicht mehr als 1,5A betragen).

Bereites Gerät:

Generell könnte man den Kühler sogar kleiner nehmen – der Konverter erwärmt sich leicht. Der Wirkungsgrad dieses Geräts beträgt etwa 90 % bei einem Strom von 2 A.

Verbinden Sie den Eingang mit dem Zigarettenanzünderstecker, den Ausgang mit dem Netbook-Stecker.

Wenn es nicht beängstigend ist, können Sie anstelle des R sc-Widerstands einfach einen Jumper einsetzen. Wie Sie sehen, habe ich es persönlich getan. Hauptsache, Sie schließen nichts kurz, sonst boomt es 🙂

Darüber hinaus möchte ich hinzufügen, dass die typische Methodik in Bezug auf Berechnungen überhaupt nicht ideal ist und nichts erklärt. Wenn Sie also wirklich verstehen möchten, wie das Ganze funktioniert und wie es richtig berechnet wird, empfehle ich die Lektüre.

Der MC34063 ist ein recht verbreiteter Mikrocontrollertyp zum Bau von Nieder-Hoch- und Hoch-Niederspannungswandlern. Die Merkmale der Mikroschaltung liegen in ihren technischen Eigenschaften und ihrer Leistung. Das Gerät hält Lasten mit einem Schaltstrom von bis zu 1,5 A gut stand, was auf einen breiten Einsatzbereich in verschiedenen Impulsumrichtern mit hohen praktischen Eigenschaften hinweist.

Beschreibung der Mikroschaltung

Stabilisierung und Spannungswandlung– Dies ist eine wichtige Funktion, die in vielen Geräten verwendet wird. Dabei handelt es sich um alle Arten von geregelten Netzteilen, Wandlerschaltungen und hochwertigen Einbaunetzteilen. Die meisten Unterhaltungselektronikgeräte sind auf diesem MS ausgelegt, da es über eine hohe Leistung verfügt und problemlos einen relativ großen Strom schalten kann.

Der MC34063 verfügt über einen eingebauten Oszillator. Um das Gerät zu betreiben und mit der Umwandlung der Spannung in verschiedene Pegel zu beginnen, reicht es aus, durch den Anschluss eines 470-pF-Kondensators eine anfängliche Vorspannung bereitzustellen. Dieser Controller erfreut sich großer Beliebtheit unter einer großen Anzahl von Funkamateuren. Der Chip funktioniert in vielen Schaltkreisen gut. Und mit einer einfachen Topologie und einem einfachen technischen Gerät können Sie das Funktionsprinzip leicht verstehen.

Ein typischer Schaltkreis besteht aus folgenden Komponenten:

• 3 Widerstände;
• Diode;
• 3 Kondensatoren;
• Induktivität.

Betrachtet man die Schaltung zum Absenken oder Stabilisieren der Spannung, erkennt man, dass sie mit einer tiefen Rückkopplung und einem ziemlich leistungsstarken Ausgangstransistor ausgestattet ist, der die Spannung in Vorwärtsrichtung durch sich selbst leitet.

Schema zum Einschalten der Spannungsreduzierung und -stabilisierung

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass der Strom im Ausgangstransistor durch den Widerstand R1 begrenzt wird und die Zeiteinstellkomponente zur Einstellung der erforderlichen Wandlungsfrequenz der Kondensator C2 ist. Die Induktivität L1 speichert Energie in sich, wenn der Transistor geöffnet ist, und wenn er geschlossen ist, wird sie über die Diode zum Ausgangskondensator entladen. Der Umrechnungsfaktor hängt vom Verhältnis der Widerstände der Widerstände R3 und R2 ab.

Der PWM-Stabilisator arbeitet im gepulsten Modus:

Wenn der Bipolartransistor eingeschaltet wird, gewinnt die Induktivität Energie, die dann in der Ausgangskapazität gespeichert wird. Dieser Zyklus wird ständig wiederholt und sorgt so für einen stabilen Ausgangspegel. Vorausgesetzt, dass am Eingang der Mikroschaltung eine Spannung von 25 V anliegt, beträgt sie an ihrem Ausgang 5 V bei einem maximalen Ausgangsstrom von bis zu 500 mA.

Spannung kann erhöht werden durch Ändern der Art des Widerstandsverhältnisses in der mit dem Eingang verbundenen Rückkopplungsschaltung. Sie wird auch als Entladediode im Moment der Wirkung der in der Spule angesammelten Gegen-EMF zum Zeitpunkt ihrer Ladung bei geöffnetem Transistor verwendet.

Ein solches Schema in der Praxis anwenden, hocheffizient produzieren kann Abwärtswandler. Gleichzeitig verbraucht die Mikroschaltung keinen überschüssigen Strom, der freigesetzt wird, wenn die Spannung auf 5 oder 3,3 V abfällt. Die Diode ist so ausgelegt, dass sie eine umgekehrte Entladung der Induktivität zum Ausgangskondensator ermöglicht.

Pulse-Buck-Modus Spannung kann beim Anschluss von Geräten mit geringem Verbrauch deutlich Batteriestrom einsparen. Bei Verwendung eines herkömmlichen parametrischen Stabilisators wurden beispielsweise mindestens 50 % der Energie benötigt, um ihn während des Betriebs zu erwärmen. Und was soll man dann sagen, wenn man eine Ausgangsspannung von 3,3 V benötigt? Eine solche Abwärtsquelle mit einer Last von 1 W verbraucht alle 4 W, was bei der Entwicklung hochwertiger und zuverlässiger Geräte wichtig ist.

Der MC34063 hat gezeigt, dass der durchschnittliche Leistungsverlust auf mindestens 13 % reduziert wird, was ein wichtiger Anreiz für seine praktische Umsetzung zur Versorgung aller Niederspannungsverbraucher ist. Und angesichts des Pulsweitenprinzips der Regelung erwärmt sich die Mikroschaltung leicht. Daher sind zur Kühlung keine Heizkörper erforderlich. Der durchschnittliche Wirkungsgrad einer solchen Umwandlungsschaltung beträgt mindestens 87 %.

Spannungsregulierung am Ausgang der Mikroschaltung erfolgt aufgrund des Widerstandsteilers. Überschreitet er den Nennwert um 1,25 V, schaltet der Komparator den Trigger und schließt den Transistor. In dieser Beschreibung wird eine Spannungsabsenkungsschaltung mit einem Ausgangspegel von 5 V betrachtet. Um ihn zu ändern, zu erhöhen oder zu verringern, müssen die Parameter des Eingangsteilers geändert werden.

Zur Strombegrenzung des Schalttasters dient ein Eingangswiderstand. Berechnet als Verhältnis der Eingangsspannung zum Widerstandswert des Widerstands R1. Um einen einstellbaren Spannungsregler zu organisieren, wird der Mittelpunkt eines variablen Widerstands mit dem 5. Pin der Mikroschaltung verbunden. Ein Ausgang zum gemeinsamen Kabel und der zweite zur Stromversorgung. Das Umwandlungssystem arbeitet im Frequenzband von 100 kHz; wenn sich die Induktivität ändert, kann sie geändert werden. Mit abnehmender Induktivität steigt die Wandlungsfrequenz.

Andere Betriebsarten

Neben den Betriebsarten Absenken und Stabilisieren kommt auch häufig das Boosten zum Einsatz. Der Unterschied besteht darin, dass die Induktivität nicht am Ausgang liegt. Durch sie fließt bei geschlossenem Schlüssel ein Strom zur Last, die im entriegelten Zustand eine negative Spannung an den unteren Ausgang der Induktivität liefert.

Die Diode wiederum sorgt für die Entladung der Induktivität zur Last in eine Richtung. Wenn der Schlüssel geöffnet ist, werden daher 12 V von der Stromquelle und der maximale Strom an der Last gebildet, und wenn er geschlossen ist, steigt er am Ausgangskondensator auf 28 V an. Der Wirkungsgrad der Boost-Schaltung beträgt mindestens 83 %. Schaltungsfunktion Bei Betrieb in diesem Modus wird der Ausgangstransistor sanft eingeschaltet, was durch die Begrenzung des Basisstroms durch einen zusätzlichen Widerstand gewährleistet wird, der an den 8. Ausgang des MS angeschlossen ist. Die Taktfrequenz des Wandlers wird durch einen kleinen Kondensator eingestellt, hauptsächlich 470pF, während sie 100kHz beträgt.

Die Ausgangsspannung wird nach folgender Formel bestimmt:

Uout=1,25*R3 *(R2+R3)

Mit der obigen Schaltung zum Einschalten des MC34063A-Chips ist es möglich, einen USB-betriebenen Aufwärtswandler auf bis zu 9, 12 oder mehr Volt zu bauen, abhängig von den Parametern des Widerstands R3. Um eine detaillierte Berechnung der Eigenschaften des Geräts durchzuführen, können Sie einen speziellen Rechner verwenden. Wenn R2 2,4 K und R3 15 K beträgt, wandelt die Schaltung 5 V in 12 V um.

Schematische Darstellung der Spannungsverstärkung MC34063A mit externem Transistor

In der vorgestellten Schaltung wird ein Feldeffekttransistor verwendet. Aber sie hat einen Fehler gemacht. Bei einem Bipolartransistor ist es notwendig, K-E zu vertauschen. Und unten ist ein Diagramm aus der Beschreibung. Der externe Transistor wird anhand des Schaltstroms und der Ausgangsleistung ausgewählt.

Sehr oft wird diese Mikroschaltung zur Stromversorgung von LED-Lichtquellen zum Aufbau eines Abwärts- oder Aufwärtswandlers verwendet. Hoher Wirkungsgrad, geringer Verbrauch und hohe Ausgangsspannungsstabilität sind die Hauptvorteile der Schaltungsimplementierung. Es gibt viele LED-Treiberschaltungen mit unterschiedlichen Funktionen.

Betrachten Sie als eines der vielen Beispiele praktischer Anwendung das folgende Diagramm unten.

Die Schaltung funktioniert so:

Bei Anlegen eines Steuersignals wird der interne Trigger des MS gesperrt und der Transistor geschlossen. Und der Ladestrom des Feldeffekttransistors fließt durch die Diode. Wenn der Steuerimpuls entfernt wird, geht der Trigger in den zweiten Zustand und öffnet den Transistor, was zur Entladung des Gates VT2 führt. Eine solche Einbeziehung von zwei Transistoren sorgt für schnelles An- und Ausziehen VT1, was die Wahrscheinlichkeit einer Erwärmung aufgrund des fast vollständigen Fehlens einer variablen Komponente verringert. Um den durch die LEDs fließenden Strom zu berechnen, können Sie Folgendes verwenden: I = 1,25 V / R2.

Ladegerät auf MC34063

Der MC34063-Controller ist universell. Zusätzlich zu Netzteilen kann damit ein Ladegerät für Telefone mit einer Ausgangsspannung von 5 V entworfen werden. Nachfolgend finden Sie ein Diagramm der Implementierung des Geräts. Ihr Arbeitsprinzip erklärt wie im Fall einer normalen Niedergeschlagenheit. Der Batterieladeausgangsstrom beträgt bis zu 1 A mit einer Marge von 30 %. Um ihn zu erhöhen, müssen Sie einen externen Transistor verwenden, zum Beispiel KT817 oder einen anderen.

Bei der Mikroschaltung handelt es sich um einen universellen Impulswandler, mit dem Abwärts-, Aufwärts- und Umkehrwandler mit einem maximalen internen Strom von bis zu 1,5 A realisiert werden können.

Unten sehen Sie ein Diagramm eines Abwärtswandlers mit einer Ausgangsspannung von 5 V und einem Strom von 500 mA.

Schematische Darstellung des MC34063A-Konverters

Teilesatz

C1 ist die Kapazität des Frequenzeinstellkondensators des Wandlers.
R1 ist ein Widerstand, der die Mikroschaltung abschaltet, wenn der Strom überschritten wird.
C2 ist der Filterkondensator. Je größer es ist, desto geringer ist die Welligkeit. Es sollte vom Typ LOW ESR sein.
R1, R2 – Spannungsteiler, der die Ausgangsspannung einstellt.
D1 – die Diode muss eine ultraschnelle oder Schottky-Diode mit einer zulässigen Sperrspannung von mindestens dem 2-fachen der Leistung sein.
Die Versorgungsspannung der Mikroschaltung beträgt 9 - 15 Volt und der Eingangsstrom sollte 1,5 A nicht überschreiten

Leiterplatte MC34063A

Wenn der Entwickler eines Geräts vor der Frage steht: „Wie erhält man die richtige Spannung?“, ist die Antwort normalerweise einfach: ein linearer Stabilisator. Ihr unbestrittener Vorteil sind die geringen Kosten und die minimale Umreifung. Neben diesen Vorteilen haben sie jedoch auch einen Nachteil: eine starke Erwärmung. Linearstabilisatoren wandeln viel kostbare Energie in Wärme um. Daher ist der Einsatz solcher Stabilisatoren in batteriebetriebenen Geräten nicht wünschenswert. Sparsamer sind DC-DC-Wandler. Über sie wird das besprochen.

Rückansicht:

Über die Arbeitsprinzipien wurde vor mir bereits alles gesagt, daher werde ich hier nicht näher auf mich eingehen. Lassen Sie mich nur sagen, dass es sich bei solchen Konvertern um Step-UP (Erhöhen) und Step-Down (Senken) handelt. Letzteres interessiert mich natürlich. Was passiert ist, könnt ihr im Bild oben sehen. Die Wandlerschaltungen wurden von mir sorgfältig aus dem Datenblatt nachgezeichnet :-) Beginnen wir mit dem Step-Down-Wandler:

Wie Sie sehen, nichts Schwieriges. Die Widerstände R3 und R2 bilden einen Teiler, von dem die Spannung abgenommen und dem Rückkopplungszweig der Mikroschaltung zugeführt wird MC34063. Dementsprechend können Sie durch Ändern der Werte dieser Widerstände die Spannung am Ausgang des Wandlers ändern. Der Widerstand R1 dient dazu, die Mikroschaltung im Kurzschlussfall vor einem Ausfall zu schützen. Wenn Sie stattdessen einen Jumper löten, wird der Schutz deaktiviert und der Stromkreis kann einen magischen Rauch ausstoßen, auf dem die gesamte Elektronik funktioniert. :-) Je größer der Widerstandswert dieses Widerstands ist, desto weniger Strom kann der Wandler liefern. Mit seinem Widerstand von 0,3 Ohm wird der Strom einen halben Ampere nicht überschreiten. Alle diese Widerstände können übrigens von mir berechnet werden. Ich habe den Gashebel bereitgehalten, aber niemand verbietet es, ihn selbst aufzuziehen. Hauptsache, er war auf dem richtigen Weg. Die Diode ist ebenfalls eine beliebige Schottky-Diode und ebenfalls für den gewünschten Strom. Im Extremfall können Sie zwei Low-Power-Dioden parallel schalten. Kondensatorspannungen sind im Diagramm nicht dargestellt, sie müssen anhand der Eingangs- und Ausgangsspannung ausgewählt werden. Es ist besser, mit doppeltem Rand zu nehmen.
Der Aufwärtswandler weist geringfügige Unterschiede in seiner Schaltung auf:

Die Detailanforderungen sind die gleichen wie für Step-Down. Die Qualität der resultierenden Spannung am Ausgang ist recht stabil und die Welligkeit ist, wie man sagt, gering. (Zu den Wellen kann ich selbst nichts sagen, da ich noch kein Oszilloskop habe). Fragen, Anregungen in den Kommentaren.