MC34063 Один из самых распространенных ШИМ (ЧИМ) контроллеров и небольшой экскурс в принципы работы DC-DC конвертеров. Микросхема MC34063 схема включения Микросхема mc34063 схема включения

Микросхема представляет собой универсальный импульсный преобразователь, на котором можно реализовывать понижающие, повышающие и инвертирующие преобразователи с максимальным внутренним током до 1,5А.

Ниже к вашему вниманию представлена схема понижающего преобразователя с выходным напряжением 5V и током 500mA.

Схема преобразователя MC34063A

Набор деталей

C1 – емкость частотнозадающего конденсатора преобразователя.
R1 – резистор который отключит микросхему при превышении тока.
C2 – конденсатор фильтра. Чем он больше тем меньше пульсаций, должен быть LOW ESR типа.
R1, R2 – делитель напряжения который задает выходное напряжение.
D1 – диод должен быть сверхбыстрым (ultrafast) или диодом шоттки с допустимым обратным напряжение не менее чем в 2 раза превышающим выходное.
Напряжение питания микросхемы 9 - 15 вольт, а входной ток не должен превышать 1.5А

Печатная плата MC34063A

Этот калькулятор позволяет вычислить параметры импульсного DC-DC преобразователя на MC34063A. Калькулятор умеет рассчитывать повышающие, понижающие и инвертирующие преобразователи на широкодоступной микросхеме mc33063 (она-же mc34063). На экран выводятся данные частотозадающего конденсатора, максимальный ток, индуктивность катушки, сопротивление резисторов. Резисторы выбираются из ближайших стандартных значений так, чтобы выходное напряжение наиболее близко соотвествовало требуемому значению.

Диод должен быть сверхбыстрым (ultrafast) или диодом шоттки с допустимым обратным напряжение не менее чем в 2 раза превышающим выходное.

Напряжение питания микросхемы 3 - 40 вольт , а ток Ipk не должен превышать 1.5А

Рассмотрим типовую схему повышающего DC/DC конвертера на микросхемах 34063:

Выводы микросхемы:

1. SWC (switch collector) — коллектор выходного транзистора
2. SWE (switch emitter) — эмиттер выходного транзистора
3. Tc (timing capacitor) — вход для подключения времязадающего конденсатора
4. GND — земля
5. CII (comparator inverting input) — инвертирующий вход компаратора
6. Vcc — питание
7. Ipk — вход схемы ограничения максимального тока
8. DRC (driver collector) — коллектор драйвера выходного транзистора (в качестве драйвера выходного транзистора также используется биполярный транзистор)

Элементы:

L 1 — накопительный дроссель. Это, в общем-то, элемент преобразования энергии.

С 1 — времязадающий конденсатор, он определяет частоту преобразования. Максимальная частота преобразования для микросхем 34063 составляет порядка 100 кГц.

R 2 , R 1 — делитель напряжения для схемы компаратора. На неинвертирующий вход компаратора подается напряжение 1,25 В от внутреннего регулятора, а на инвертирующий вход — с делителя напряжения. Когда напряжение с делителя становится равным напряжению от внутреннего регулятора — компаратор переключает выходной транзистор.

C 2 , С 3 — соответственно, выходной и входной фильтры. Емкость выходного фильтра определяет величину пульсаций выходного напряжения. Если в процессе расчётов получается, что для заданной величины пульсаций требуется очень большая емкость, можно расчет сделать для бо’льших пульсаций, а потом использовать дополнительный LC-фильтр. Ёмкость С 3 обычно берут 100 … 470 мкФ.

R sc — токочувствительный резистор. Он нужен для схемы ограничения тока. Максимальный ток выходного транзистора для MC34063 = 1.5А, для AP34063 = 1.6А. Если пиковый переключаемый ток будет превышать эти значения, то микросхема может сгореть. Если точно известно, что пиковый ток даже близко не подходит к максимальным значениям, то этот резистор можно не ставить.

R 3 — резистор, ограничивающий ток драйвера выходного транзистора (максимум 100 мА). Обычно берется 180, 200 Ом.

Порядок расчёта:

1. Выбирают номинальные входное и выходное напряжения: V in , V out и максимальный выходной ток I out .
2. 2) Выбирают минимальное входное напряжение V in(min) и минимальную рабочую частоту f min при выбранных V in и I out .
3. Рассчитывают значение (t on +t off) max по формуле (t on +t off) max =1/f min , t on(max) — максимальное время, когда выходной транзистор открыт, t off(max) — максимальное время, когда выходной транзистор закрыт.
4. Рассчитывают отношение t on /t off по формуле t on /t off =(V out +V F -V in(min))/(V in(min) -V sat) , где V F — падение напряжения на выходном фильтре, V sat — падение напряжения на выходном транзисторе (когда он находится в полностью открытом состоянии) при заданном токе. V sat определяется по графикам, приведенным в документации на микросхему (или на транзистор, если схема с внешним транзистором). Из формулы видно, что чем больше V in , V out и чем больше они отличаются друг от друга — тем меньшее влияние на конечный результат оказывают V F и V sat , так что если вам не нужен суперточный расчет, то я бы посоветовал, уже при V in(min) =6-7 В, смело брать V F =0, V sat =1,2 В (обычный, средненький биполярный танзистор) и не заморачиваться.
5. Зная t on /t off и (t on +t off) max решают систему уравнений и находят t on(max) .
6. Находят емкость времязадающего конденсатора С 1 по формуле: C 1 = 4.5*10 -5 *t on(max) .
7. Находят пиковый ток через выходной транзистор: I PK(switch) =2*I out *(1+t on /t off) . Если он получился больше максимального тока выходного транзистора (1.5 …1.6 А), то преобразователь с такими параметрами невозможен. Нужно либо пересчитать схему на меньший выходной ток (I out ) , либо использовать схему с внешним транзистором.
8. Рассчитывают R sc по формуле: R sc =0,3/I PK(switch) .
9. Рассчитывают минимальную емкость конденсатора выходного фильтра:
10. С 2 =I out *t on(max) /V ripple(p-p) , где V ripple(p-p) — максимальная величина пульсаций выходного напряжения. Разные производители рекомендуют умножать полученное значение на коэффициент от 1 до 9. Берётся максимальная ёмкость из ближайших к расчётному стандартных значений.
11. Рассчитывают минимальную индуктивность дросселя:

    L 1(min) =t on(max) *(V in(min) -V sat)/I PK(switch) . Если получаются слишком большие C 2 и L 1 , можно попробовать повысить частоту преобразования и повторить расчет. Чем выше частота преобразования — тем ниже минимальная емкость выходного конденсатора и минимальная индуктивность дросселя.

12. Сопротивления делителя рассчитываются из соотношения V out =1,25*(1+R 2 /R 1) .

Online-калькулятор для расчёта преобразователя :

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Исходные данные:

(если вы не знаете значения V sat , V f , V ripple(p-p) , то расчёт будет сделан для V sat =1.2 В, V f =0 В, V ripple(p-p) =50 мВ)

Ниже представлена схема повышающего DC-DC конвертера, построенного по топологии boost, который, при подаче на вход напряжения 5...13В, на выходе выдает стабильное напряжение 19В. Таким образом, с помощью данного преобразователя можно получить 19В из любого стандартного напряжения: 5В, 9В, 12В. Преобразователь рассчитан на максимальный выходной ток порядка 0,5 А, имеет небольшие размеры и очень удобен.

Для управления преобразователем используется широко распространённая микросхема .

В качестве силового ключа используется мощный n-канальный MOSFET, как наиболее экономичное с точки зрения КПД решение. У этих транзисторов минимальное сопротивление в открытом состоянии и как следствие - минимальный нагрев (минимальная рассеиваемая мощность).

Поскольку микросхемы серии 34063 не приспособлены для управления полевыми транзисторами, то лучше применять их совместно со специальными драйверами (например, c драйвером верхнего плеча полумоста ) - это позволит получить более крутые фронты при открытии и закрытии силового ключа. Однако, при отсутствии микросхем драйверов, можно вместо них использовать "альтернативу для бедных": биполярный pnp-транзистор с диодом и резистором (в данном случае можно, поскольку исток полевика подключен к общему проводу). При включении MOSFET затвор заряжается через диод, биполярный транзистор при этом закрыт, а при отключении MOSFET биполярный транзистор открывается и затвор разряжается через него.

Схема:

Детали:

L1, L2 - катушки индуктивности 35 мкГн и 1 мкГн, соответственно. Катушку L1 можно намотать толстым проводом на кольце с материнской платы, только найдите кольцо диаметром побольше, потому что родные индуктивности там всего по несколько микрогенри и мотать возможно придётся в пару слоёв. Катушку L2 (для фильтра) берём готовую с материнки.

С1 - входной фильтр, электролит 330 мкФ/25В

С2 - времязадающий конденсатор, керамика 100 пФ

С3 - выходной фильтр, электролит 220 мкФ/25В

С4, R4 - снаббер, номиналы 2,7 нФ, 10 Ом, соответственно. Во многих случаях без него вообще можно обойтись. Номиналы элементов снаббера сильно зависят от конкретной разводки. Расчёт проводят экспериментально, уже после изготовления платы.

С5 - фильтр по питанию микрухи, керамика на 0,1 мкФ

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

Некоторое время назад я уже публиковал обзор, где показал как при помощи КРЕН5 сделать ШИМ стабилизатор. Тогда же я упомянул о одном из самых распространенных и наверное самых дешевых контроллеров DC-DC преобразователей. Микросхеме МС34063.
Сегодня я попробую дополнить предыдущий обзор.

Вообще, данную микросхему можно считать устаревшей, но тем не менее она пользуется заслуженной популярностью. В основном из-за низкой цены. Я их до сих пор иногда использую в своих всяких поделках.
Собственно потому я и решил прикупить себе сотню таких микрух. Обошлись они мне в 4 доллара, сейчас у того же продавца они стоят 3.7 доллара за сотню, это всего 3.7 цента за штуку.
Найти можно и дешевле, но я заказывал их в комплект к другим деталям (обзоры зарядного для литиевого аккумулятора и стабилизатор тока для фонарика). Есть еще четвертый компонент, который я заказал там же, но о нем в другой раз.

Ну я наверное уже утомил длинным вступлением, потому перейду к обзору.
Предупрежу сразу, будет много всяких фото.
Пришло это все в пакетиках, замотанное в ленту из пупырки. Такая себе кучка:)

Сами микросхемы аккуратно запакованы в пакетик с защелкой, на него наклеена бумажка с наименованием. Написано от руки, но проблемы распознать надпись, думаю не возникнет.

Данные микросхемы производятся разными производителями и маркируются так же по разному.
MC34063
KA34063
UCC34063
И т.д.
Как видно, меняются только первые буквы, цифры остаются неизменными, потому обычно ее называют просто 34063.
Мне достались первые, MC34063.

Фото рядом с такой же микрухой, но другого производителя.
Обозреваемая выделяется более четкой маркировкой.

Что дальше можно обозреть я не знаю, потому перейду ко второй части обзора, познавательной.
DC-DC преобразователи используются во многих местах, сейчас наверное уже тяжело встретить электронное устройство, где их нет.

Существует три основные схемы преобразования, все они описаны в к 34063, а так же в по ее применению, ну и в еще одном .
Все описанные схемы не имеют гальванической развязки. Так же, если вы посмотрите внимательно все три схемы, то заметите, что они очень похожи и отличаются перестановкой местами трех компонентов, дросселя, диода и силового ключа.

Сначала самая распространенная.
Step-down или понижающий ШИМ преобразователь.
Применяется там, где надо понизить напряжение, причем сделать это с максимальным КПД.
Напряжение на входе всегда больше, чем на выходе, обычно минимум на 2-3 Вольта, чем больше разница, тем лучше (в разумных пределах).
При этом ток на входе меньше, чем на выходе.
Такую схемотехнику применяют часто на материнских платах, правда преобразователи там обычно многофазные и с синхронным выпрямлением, но суть остается прежней, Step-Down.

В этой схеме дроссель накапливает энергию при открытом ключе, а после закрытия ключа напряжение на дросселе (за счёт самоиндукции) заряжает выходной конденсатор

Следующая схема применяется немного реже первой.
Ее часто можно встретить в Power-bank, где из напряжения аккумулятора в 3-4.2 Вольта получается стабилизированные 5 Вольт.
При помощи такой схемы можно получить и больше, чем 5 Вольт, но надо учитывать, что чем больше разница напряжений, тем тяжелее работать преобразователю.
Так же есть одна не очень приятная особенность данного решения, выход нельзя отключить «программно». Т.е. аккумулятор всегда подключен к выходу через диод. Так же в случае КЗ ток будет ограничен только внутренним сопротивлением нагрузки и батареи.
Для защиты от этого применяют либо предохранители, либо дополнительный силовой ключ.

Так же как и в прошлый раз, при открытом силовом ключе сначала накапливается энергия в дросселе, после закрытия ключа ток на дросселе меняет свою полярность и суммируясь с напряжением батареи поступает на выход через диод.
Напряжение на выходе такой схемы не может быть ниже напряжения на входе минус падение на диоде.
Ток на входе больше чем на выходе (иногда значительно).

Третья схема применяется довольно редко, но не рассмотреть ее будет неправильно.
Это схема имеет на выходе напряжение обратной полярности, чем на входе.
Называется - инвертирующий преобразователь.
В принципе данная схема может как повышать, так и понижать напряжение относительно входного, но из-за особенностей схемотехники чаще используется только для напряжений больше или равных входному.
Преимущество данной схемотехники - возможность отключения напряжения на выходе при помощи закрытия силового ключа. Это так же умеет делать и первая схема.
Как и в предыдущих схемах, энергия накапливается в дросселе, а после закрытия силового ключа поступает в нагрузку через обратно включенный диод.

Когда я задумывал данный обзор, то не знал, что лучше выбрать для примера.
Были варианты сделать понижающий преобразователь для РоЕ или повышающий для питания светодиода, но как то все это было неинтересно и совсем скучно.
Но несколько дней назад позвонил товарищ и попросил помочь ему с решением одной задачки.
Надо было получить выходное стабилизированное напряжение независимо от того, входно больше или меньше выходного.
Т.е. нужен был повышающе-понижающий преобразователь.
Топология данных преобразователей называется (Single-ended primary-inductor converter).
Еще пара неплохих документов по данной топологии. , .
Схема данного типа преобразователей заметно сложнее и содержит дополнительный конденсатор и дроссель.

Вот по этой схеме я и решил делать

Для примера я решил делать преобразователь, способный давать стабилизированные 12 Вольт при колебаниях входного от 9 до 16 Вольт. Правда мощность преобразователя невелика, так как используется встроенный ключ микросхемы, но решение вполне работоспособно.
Если умощнить схему, поставить дополнительный полевой транзистор, дроссели на больший ток и т.д. то такая схема может помочь решить проблему питания 3,5 дюйма жесткого диска в машине.
Так же, такие преобразователи могут помочь решить проблему получения, ставшего уже популярным, напряжения 3.3 Вольт от одного литиевого аккумулятора в диапазоне 3-4.2 Вольта.

Но для начала превратим условную схему в принципиальную.

После этого превратим ее в трассировку, не будем же мы на монтажной плате все ваять.

Ну дальше я пропущу этапы, описанные в одном из моих , где я показал, как изготавливать печатную плату.
В итоге получилась небольшая платка, размеры платы 28х22.5, толщина после запайки деталей - 8мм.

Нарыл по дому всяких разных деталек.
Дроссели у меня были в одном из обзоров.
Резисторы всегда есть.
Конденсаторы частично были, а частично выпаял из разных устройств.
Керамический на 10мкФ выпаял из старого жесткого диска (еще они водятся на платах мониторов), алюминиевый SMD взял из старого CD-ROMа.

Спаял платку, получилось вроде аккуратно. Надо было сделать фото на каком нибудь спичечном коробке, но забыл. Размеры платы примерно в 2.5 раза меньше спичечного коробка.

Плата поближе, старался компоновать плату поплотнее, свободного месте не очень много.
Резистор 0.25 Ома образован четырьма по 1 Ом параллельно в 2 этажа.

Фотографий много, потому убрал под спойлер

Проверял в четырех диапазонах, но случайно получилось в пяти, не стал этому противиться, а просто сделал еще одно фото.
У меня не было резистора на 13КОм, пришлось впаять на 12, поэтому на выходе напряжение несколько занижено.
Но так как плату я делал просто для проверки микросхемы (т.е. сама по себе эта плата больше для меня никакой ценности не несет) и написания обзора, то не стал заморачиваться.
В качестве нагрузки была лампа накаливания, ток нагрузки около 225мА

На входе 9 Вольт, на выходе 11.45

На входе 11 Вольт, на выходе 11.44.

На входе 13 вольт, на выходе все те же 11.44

На входе 15 Вольт, на выходе опять 11.44. :)

После этого думал закончить, но так как в схеме указал диапазон до 16 Вольт, то и проверить решил на 16.
На входе 16.28, на выходе 11.44

Так как я разжился цифровым осциллографом, то решил снять осциллограммы.

Я их так же спрятал под спойлер, так как их довольно много

Это конечно игрушка, мощность преобразователя смешная, хотя и полезная.
Но товарищу я подобрал несколько более на Алиэксрессе.
Возможно кому то будет и полезно.