Układ przełączający MC34063. Wydajna ładowarka do smartfona w MC34063A Płynne włączanie konwertera napięcia w MC34063

Poniżej znajduje się schemat przetwornicy boost DC-DC zbudowanej zgodnie z topologią boost, która po przyłożeniu napięcia 5 ... 13 V na wejściu wytwarza stabilne napięcie 19 V na wyjściu. Tym samym za pomocą tej przetwornicy można uzyskać 19V z dowolnego standardowego napięcia: 5V, 9V, 12V. Przetwornica jest zaprojektowana na maksymalny prąd wyjściowy około 0,5 A, ma niewielkie rozmiary i jest bardzo wygodna.

Do sterowania konwerterem stosuje się szeroko stosowany mikroukład.

Potężny n-kanałowy MOSFET jest używany jako wyłącznik zasilania, jako najbardziej ekonomiczne rozwiązanie pod względem wydajności. Tranzystory te mają minimalną rezystancję w stanie włączenia, aw rezultacie minimalne nagrzewanie (minimalne rozpraszanie mocy).

Ponieważ mikroukłady serii 34063 nie nadają się do napędzania tranzystorów polowych, lepiej jest używać ich w połączeniu ze specjalnymi sterownikami (na przykład z górnym sterownikiem półmostkowym) - pozwoli to uzyskać bardziej strome fronty, gdy otwieranie i zamykanie wyłącznika zasilania. Jednak w przypadku braku mikroukładów sterownika można zamiast tego użyć „alternatywy dla biednych”: bipolarnego tranzystora pnp z diodą i rezystorem (w tym przypadku jest to możliwe, ponieważ źródło pola jest podłączone do wspólnego przewodu) . Gdy MOSFET jest włączony, bramka jest ładowana przez diodę, podczas gdy tranzystor bipolarny jest zamknięty, a gdy MOSFET jest wyłączony, tranzystor bipolarny otwiera się i bramka jest przez niego rozładowywana.

Schemat:

Detale:

L1, L2 to odpowiednio cewki 35 µH i 1 µH. Cewkę L1 można nawinąć grubym drutem na pierścień od płyty głównej, wystarczy znaleźć większy pierścień, bo indukcyjności natywne są tam tylko kilka mikrohenrów i może trzeba go nawinąć w kilka warstw. Bierzemy cewkę L2 (do filtra) gotową z płyty głównej.

C1 - filtr wejściowy, elektrolit 330 uF / 25V

C2 - kondensator czasowy, ceramiczny 100 pF

C3 - filtr wyjściowy, elektrolit 220 uF / 25V

C4, R4 - tłumik, wartości znamionowe odpowiednio 2,7 nF, 10 omów. W wielu przypadkach można się bez niego obejść. Wartości znamionowe elementów amortyzujących w dużym stopniu zależą od konkretnego okablowania. Obliczenia przeprowadza się eksperymentalnie, po wyprodukowaniu płytki.

C5 - filtr zasilania Mikruha, ceramiczny 0,1 uF

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

Na pomysł stworzenia tego konwertera wpadłem po zakupie netbooka Asus EeePC 701 2G. Małe, wygodne, dużo bardziej mobilne niż ogromne laptopy, ogólnie piękno i nic więcej. Jeden problem - trzeba ciągle ładować. A ponieważ jedynym źródłem zasilania, które jest zawsze pod ręką, jest akumulator samochodowy, naturalnie zrodziła się chęć naładowania z niego netbooka. Podczas eksperymentów okazało się, że nieważne, ile dasz netbookowi, to i tak nie pobierze więcej niż 2 ampery, czyli regulator prądu, jak w przypadku ładowania konwencjonalnych akumulatorów, nie jest potrzebny. Piękno, sam netbook zniszczy, ile prądu zużywać, dlatego potrzebujesz tylko potężnego konwertera obniżającego napięcie z 12 na 9,5 wolta, zdolnego do
daj netbookowi wymagane 2 ampery.

Za podstawę konwertera wzięto dobrze znany i powszechnie dostępny układ MC34063. Ponieważ podczas eksperymentów sprawdził się typowy obwód z zewnętrznym tranzystorem bipolarnym, delikatnie mówiąc, niezbyt dobrze (nagrzewa się), postanowiono dołączyć do tego mikruha urządzenie polowe z kanałem p (MOSFET).

Schemat:

Cewkę 4..8 uH można wziąść ze starej płyty głównej. Czy widziałeś, że istnieją pierścienie, na których kilka zwojów jest nawiniętych grubymi drutami? Szukamy takiego, na którym 8..9 zwojów z grubym drutem jednożyłowym - właśnie tego.

Wszystkie elementy obwodu są obliczane zgodnie z , tak samo jak w przypadku przetwornicy bez zewnętrznego tranzystora, z tą różnicą, że V sat należy obliczyć dla zastosowanego tranzystora polowego. Jest to bardzo proste: V sat \u003d R 0 * I, gdzie R 0 to rezystancja tranzystora w stanie otwartym, I to przepływający przez niego prąd. Dla IRF4905 R 0 = 0,02 Ohm, co przy prądzie 2,5 A daje Vsat = 0,05 V. Jak się nazywa, poczuj różnicę. Dla tranzystora bipolarnego wartość ta wynosi co najmniej 1 V. W rezultacie rozpraszanie mocy w stanie otwartym jest 20 razy mniejsze, a minimalne napięcie wejściowe obwodu jest o 2 wolty mniejsze!

Jak pamiętamy, aby przełącznik pola p-kanałowego się otworzył, należy przyłożyć do bramki napięcie ujemne względem źródła (czyli przyłożyć do bramki napięcie mniejsze niż napięcie zasilania, gdyż źródło jest podłączony do zasilania). Do tego potrzebujemy rezystorów R4, R5. Kiedy tranzystor mikroukładu otwiera się, tworzą dzielnik napięcia, który ustawia napięcie na bramce. Dla IRF4905, przy napięciu źródło-dren 10 V, aby całkowicie otworzyć tranzystor, wystarczy przyłożyć do bramki napięcie o 4 wolty mniejsze niż napięcie źródła (zasilania), U GS = prąd -4 V). Cóż, dodatkowo rezystancje tych rezystorów określają stromość frontów otwierania i zamykania urządzenia polowego (im niższy rezystancja rezystorów, tym bardziej strome fronty), a także prąd płynący przez tranzystor mikroukładu (powinno być nie więcej niż 1,5 A).

Gotowe urządzenie:

Ogólnie rzecz biorąc, grzejnik mógłby być nawet mniejszy - konwerter lekko się nagrzewa. Sprawność tego urządzenia wynosi około 90% przy prądzie 2A.

Podłącz wejście do wtyczki zapalniczki samochodowej, wyjście do wtyczki netbooka.

Jeśli to nie jest przerażające, możesz po prostu założyć zworkę zamiast rezystora R sc, jak widać, osobiście to zrobiłem, najważniejsze, aby niczego nie zwierać, inaczej wybuchnie 🙂

Dodatkowo dodam, że typowa metodyka wcale nie jest idealna pod względem wyliczeń i niczego nie wyjaśnia, więc jeśli naprawdę chcesz zrozumieć jak to wszystko działa i jak to jest poprawnie obliczane to polecam lekturę.

MC34063 to dość powszechny typ mikrokontrolera do budowy przetworników niskiego do wysokiego i wysokiego do niskiego napięcia. Cechy mikroukładu polegają na jego właściwościach technicznych i wydajności. Urządzenie dobrze znosi obciążenia przy prądzie przełączania do 1,5 A, co wskazuje na szeroki zakres jego zastosowania w różnych przetwornikach impulsowych o wysokich parametrach użytkowych.

Opis mikroukładu

Stabilizacja i konwersja napięcia- To ważna funkcja, która jest używana w wielu urządzeniach. Są to wszelkiego rodzaju zasilacze stabilizowane, układy przetwornic oraz wysokiej jakości zasilacze do zabudowy. Większość elektroniki użytkowej jest projektowana na tym MS, ponieważ ma wysoką wydajność i łatwo przełącza dość duży prąd.

MC34063 posiada wbudowany oscylator, więc do obsługi urządzenia i rozpoczęcia konwersji napięcia na różne poziomy wystarczy zapewnić początkowe napięcie polaryzacji poprzez podłączenie kondensatora 470pF. Ten kontroler cieszy się dużą popularnością wśród dużej liczby radioamatorów. Układ działa dobrze w wielu obwodach. A mając prostą topologię i proste urządzenie techniczne, możesz łatwo zrozumieć zasadę jego działania.

Typowy obwód przełączający składa się z następujących elementów:

• 3 rezystory;
• dioda;
• 3 kondensatory;
• indukcyjność.

Rozważając obwód do obniżania napięcia lub jego stabilizacji, widać, że jest on wyposażony w głębokie sprzężenie zwrotne i dość mocny tranzystor wyjściowy, który przepuszcza napięcie przez siebie w prądzie przewodzenia.

Schemat włączania redukcji i stabilizacji napięcia

Ze schematu widać, że prąd w tranzystorze wyjściowym jest ograniczony przez rezystor R1, a elementem ustawiającym czas do ustawienia wymaganej częstotliwości konwersji jest kondensator C2. Indukcyjność L1 gromadzi energię w sobie, gdy tranzystor jest otwarty, a gdy jest zamknięty, jest rozładowywana przez diodę do kondensatora wyjściowego. Współczynnik konwersji zależy od stosunku rezystancji rezystorów R3 i R2.

Stabilizator PWM działa w trybie pulsacyjnym:

Gdy tranzystor bipolarny jest włączony, indukcyjność zyskuje energię, która jest następnie magazynowana w pojemności wyjściowej. Cykl ten jest stale powtarzany, zapewniając stabilny poziom wyjściowy. Pod warunkiem, że na wejściu mikroukładu występuje napięcie 25 V, na jego wyjściu będzie to 5 V przy maksymalnym prądzie wyjściowym do 500 mA.

Napięcie można zwiększyć poprzez zmianę rodzaju stosunku rezystancji w obwodzie sprzężenia zwrotnego podłączonego do wejścia. Stosowana jest również jako dioda wyładowcza w momencie zadziałania wstecznego pola elektromagnetycznego zgromadzonego w cewce w momencie jej naładowania przy otwartym tranzystorze.

Stosując taki schemat w praktyce, może produkować bardzo wydajne przetwornica obniżająca napięcie. Jednocześnie mikroukład nie zużywa nadmiaru mocy, która jest uwalniana, gdy napięcie spadnie do 5 lub 3,3 V. Dioda ma na celu zapewnienie odwrotnego rozładowania indukcyjności kondensatora wyjściowego.

Tryb impulsowy napięcie może znacznie zaoszczędzić energię baterii podczas podłączania urządzeń o niskim zużyciu. Na przykład przy użyciu konwencjonalnego stabilizatora parametrycznego nagrzanie go podczas pracy wymagało co najmniej 50% mocy. A co wtedy powiedzieć, jeśli potrzebujesz napięcia wyjściowego 3,3 V? Takie źródło obniżające napięcie przy obciążeniu 1 W zużyje całe 4 W, co jest ważne przy opracowywaniu wysokiej jakości i niezawodnych urządzeń.

MC34063 wykazał, że średnie straty mocy są zmniejszone do co najmniej 13%, co stało się główną zachętą do jego praktycznego wdrożenia do zasilania wszystkich odbiorników niskiego napięcia. Biorąc pod uwagę zasadę regulacji szerokości impulsu, mikroukład lekko się nagrzeje. Dlatego nie wymaga grzejników do jej chłodzenia. Średnia wydajność takiego układu konwersji wynosi co najmniej 87%.

Regulacja napięcia na wyjściu mikroukładu odbywa się dzięki dzielnikowi rezystancyjnemu. Jeśli przekroczy wartość nominalną o 1,25 V, komparator przełącza wyzwalacz i zamyka tranzystor. W tym opisie rozważany jest obwód obniżający napięcie z poziomem wyjściowym 5 V. Aby go zmienić, zwiększyć lub zmniejszyć, konieczna będzie zmiana parametrów dzielnika wejściowego.

Rezystor wejściowy służy do ograniczenia prądu klucza przełączającego. Obliczany jako stosunek napięcia wejściowego do rezystancji rezystora R1. Aby zorganizować regulowany regulator napięcia, punkt środkowy rezystora zmiennego jest podłączony do piątego styku mikroukładu. Jedno wyjście do przewodu wspólnego, a drugie do zasilania. Układ konwersji pracuje w paśmie częstotliwości 100 kHz, przy zmianie indukcyjności można ją zmienić. Wraz ze spadkiem indukcyjności wzrasta częstotliwość konwersji.

Inne tryby pracy

Oprócz trybów pracy do obniżania i stabilizacji, dość często stosuje się również doładowanie. różni się tym, że indukcyjność nie jest na wyjściu. Prąd przepływa przez niego do obciążenia, gdy klucz jest zamknięty, który po odblokowaniu dostarcza ujemne napięcie do dolnego wyjścia indukcyjności.

Dioda z kolei zapewnia rozładowanie indukcyjności do obciążenia w jednym kierunku. Dlatego, gdy klucz jest otwarty, na obciążeniu powstaje 12 V ze źródła zasilania i maksymalny prąd, a gdy jest zamknięty na kondensatorze wyjściowym, wzrasta do 28 V. Sprawność obwodu doładowania wynosi co najmniej 83%. funkcja obwodu podczas pracy w tym trybie tranzystor wyjściowy jest płynnie włączany, co zapewnia ograniczenie prądu bazowego przez dodatkowy rezystor podłączony do 8. wyjścia MS. Częstotliwość zegara przetwornicy jest ustawiana przez mały kondensator, głównie 470 pF, podczas gdy jest to 100 kHz.

Napięcie wyjściowe określa się według następującego wzoru:

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

Wykorzystując powyższy obwód do włączania układu MC34063A, możliwe jest wykonanie konwertera podwyższającego napięcie zasilanego przez USB do 9, 12 lub więcej woltów, w zależności od parametrów rezystora R3. Aby przeprowadzić szczegółowe obliczenia właściwości urządzenia, możesz użyć specjalnego kalkulatora. Jeśli R2 wynosi 2,4 K, a R3 15 K, obwód przekonwertuje 5 V na 12 V.

Schemat wzmocnienia napięcia MC34063A za pomocą zewnętrznego tranzystora

W prezentowanym obwodzie zastosowano tranzystor polowy. Ale popełniła błąd. Na tranzystorze bipolarnym konieczna jest zamiana K-E. A poniżej schemat z opisu. Tranzystor zewnętrzny jest wybierany na podstawie prądu przełączania i mocy wyjściowej.

Dość często ten mikroukład służy do zasilania źródeł światła LED w celu zbudowania przetwornicy obniżającej lub podwyższającej napięcie. Wysoka sprawność, niskie zużycie energii i wysoka stabilność napięcia wyjściowego to główne zalety implementacji układu. Istnieje wiele obwodów sterownika LED o różnych funkcjach.

Jako jeden z wielu przykładów praktycznego zastosowania rozważ poniższy schemat.

Obwód działa tak:

Po przyłożeniu sygnału sterującego wewnętrzny wyzwalacz MS jest blokowany, a tranzystor zamykany. A prąd ładowania tranzystora polowego przepływa przez diodę. Po usunięciu impulsu sterującego wyzwalacz przechodzi w drugi stan i otwiera tranzystor, co prowadzi do rozładowania bramki VT2. Takie włączenie dwóch tranzystorów zapewnia szybkie włączanie i wyłączanie VT1, co zmniejsza prawdopodobieństwo nagrzania z powodu prawie całkowitego braku składnika zmiennego. Aby obliczyć prąd przepływający przez diody LED, możesz użyć: I \u003d 1,25 V / R2.

Ładowarka na MC34063

Kontroler MC34063 jest uniwersalny. Oprócz zasilaczy można z niego zaprojektować ładowarkę do telefonów o napięciu wyjściowym 5V. Poniżej schemat realizacji urządzenia. Jej zasada działania wyjaśnione tak, jak w przypadku normalnego przygnębienia. Prąd wyjściowy ładowania akumulatora wynosi do 1A z marginesem 30%. Aby go zwiększyć, musisz użyć zewnętrznego tranzystora, na przykład KT817 lub dowolnego innego.

Mikroukład jest uniwersalnym przetwornikiem impulsów, za pomocą którego można realizować przetwornice obniżające, podwyższające i odwracające o maksymalnym prądzie wewnętrznym do 1,5 A.

Poniżej znajduje się schemat przetwornicy obniżającej napięcie o napięciu wyjściowym 5 V i prądzie 500 mA.

Schemat ideowy konwertera MC34063A

Zestaw części

C1 to pojemność kondensatora zadawania częstotliwości przetwornicy.
R1 to rezystor, który wyłączy mikroukład po przekroczeniu prądu.
C2 to kondensator filtrujący. Im większy, tym mniejsze tętnienia, powinien być typu LOW ESR.
R1, R2 - dzielnik napięcia ustalający napięcie wyjściowe.
D1 - dioda musi być diodą ultraszybką lub diodą Schottky'ego o dopuszczalnym napięciu wstecznym co najmniej 2-krotności mocy wyjściowej.
Napięcie zasilania mikroukładu wynosi 9 - 15 woltów, a prąd wejściowy nie powinien przekraczać 1,5 A

PCB MC34063A

Kiedy twórca dowolnego urządzenia staje przed pytaniem „Jak uzyskać odpowiednie napięcie?”, Odpowiedź jest zwykle prosta - stabilizator liniowy. Ich niewątpliwą zaletą jest niski koszt i minimalne wiązanie. Ale oprócz tych zalet mają wadę - silne ogrzewanie. Dużo cennej energii, stabilizatory liniowe zamieniają się w ciepło. Dlatego stosowanie takich stabilizatorów w urządzeniach zasilanych bateryjnie nie jest pożądane. Bardziej ekonomiczne są Przetwornice DC-DC. O nich, które zostaną omówione.

Widok z tyłu:

Wszystko zostało już powiedziane o zasadach pracy przede mną, więc nie będę się nad tym rozwodzić. Powiem tylko, że takie konwertery to Step-UP (zwiększający) i Step-Down (obniżający). Oczywiście interesuje mnie to drugie. Co się stało, możecie zobaczyć na powyższym obrazku. Obwody przetwornicy zostały przeze mnie starannie przerysowane z datasheetu :-) Zacznijmy od przetwornicy Step-Down:

Jak widać, nic trudnego. Rezystory R3 i R2 tworzą dzielnik, z którego napięcie jest usuwane i podawane do nogi sprzężenia zwrotnego mikroukładu MC34063. Odpowiednio, zmieniając wartości tych rezystorów, możesz zmienić napięcie na wyjściu konwertera. Rezystor R1 służy do ochrony mikroukładu przed awarią w przypadku zwarcia. Jeśli zamiast niej przylutujesz zworkę, to zabezpieczenie zostanie wyłączone, a obwód może wydzielać magiczny dym, na którym działa cała elektronika. :-) Im większa rezystancja tego rezystora, tym mniejszy prąd może dać przetwornica. Przy rezystancji 0,3 oma prąd nie przekroczy pół ampera. Nawiasem mówiąc, wszystkie te rezystory można obliczyć samodzielnie. Przygotowałem przepustnicę, ale nikt nie zabrania samodzielnego jej nakręcania. Najważniejsze, że był na właściwym nurcie. Dioda też jest dowolna Schottky'ego i też na żądany prąd. W skrajnych przypadkach można zrównoleglić dwie diody małej mocy. Napięcia kondensatorów nie są pokazane na schemacie, należy je dobrać na podstawie napięcia wejściowego i wyjściowego. Lepiej wziąć z podwójnym marginesem.
Przetwornica step-UP ma niewielkie różnice w swoim obwodzie:

Wymagania szczegółowe są takie same jak w przypadku Step-Down. Jeśli chodzi o jakość wynikowego napięcia na wyjściu, jest ono dość stabilne, a tętnienie, jak mówią, jest niewielkie. (Sam nie mogę powiedzieć o zmarszczkach, ponieważ nie mam jeszcze oscyloskopu). Pytania, sugestie w komentarzach.