Тема: Нестандартное включение MC34063

Добрый день.Помогите разобраться с одним вопросом.
Нашел схему подключения изолированной нагрузки к МС34063.Но она выполнена на повышающем преобразователе.КПД получается низкий.А можно выполнить подобное на понижающем преобразователе,а вольтаж поднять за счет витков на вторичной обмотке.А что бы получилась полностью изолированная нагрузка,обратную связь сделать сделать от отдельной вторичной обмотки.

Т.е. схема конвертирует 12 Вольт в нужные 8 Вольт с максимальным КПД! Это очень важно при аккумуляторном/батарейном питании. Просто КРЕНкой (7808) обойтись нельзя!
Об экономичности работы от батарей — при токе потребления 1,5 А на 7808 упадет (12В-8В)=>4В*1,5А=6 Вт, при этом на 7808 надо минимум 2-2,4 В для ее нормальной работы. Т.е КРЕНка съест от батареи весь ток потребления видеокамеры и потратит его на нагревание воздуха!

В нашей схеме с ПОНИЖАЮЩИМ преобразователем от батареи «зря пропадает» всего 1,5А*0,7В=1,05 Вт, что удлиняет срок работы от одной зарядки, и батарею можно (при необходимости) разряжать не до 12-2=10 В (как в случае с КРЕНкой), а до упора — при разряде батареи, схема превращается в ключ, пропускающий на камеру УЖЕ НИЗКОЕ напряжение разряженной батареи без преобразования.

Схема адаптера для заряда телефона от прикуривателя авто на MC34063.

Схема адаптера для заряда телефона от прикуривателя авто на MC34063.

Заряжаем телефон от бортовой сети автомобиля_схема адаптера

В данной схеме автомобильного адаптера для зарядки мобильного телефона применена широко распространенная микросхема МС34063, представляющая собой DC/DC преобразователь. Полное описание микросхемы (параметры, размеры, включение, и т.д.) находятся в файле Datashit_MC34063.rar (ссылка кликабельна).

Данный преобразователь обладает следующими техническими характеристиками:

● Величина входного напряжения — 12 Вольт;
● Выходное напряжение — 5 Вольт;
● Частота преобразования — 85 кГц;
● КПД – примерно 70…75 %.

Принципиальная схема автомобильного адаптера для зарядки мобильных телефонов:

На 5-й ножке микросхемы должно быть 1,25 Вольта. Это обеспечивается делителем напряжения, образованного резисторами R2 и R3. От них зависит величина выходного напряжения, которую можно прикинуть по формуле:

Для того, чтобы на выходе получилось напряжение 5 Вольт, зададимся номиналом резистора R2, например, 1 кОм. Тогда номинал резистора R3 вычислим по формуле (в формулу подставлена величина резистора R2 в Омах):

Значит, для получения на выходе напряжения 5 Вольт номиналы резисторов будут:

● R2 – 1 кОм;
● R3 – 3 кОм.

Резистор R1 задает ток, при превышении которого микросхема отключается. При указанном на схеме номинале (0,3 Ом) выходной ток может составлять до 500 мА. Для того, чтобы выходной ток увеличить до 750 мА, номинал резистора R1 нужно уменьшить до 0,2 Ом, при этом 750 мА будет максимальным током для микросхемы МС34063. Мощность резистора R1 – 0,5 Вт.

От номинала конденсатора С3 зависит частота, на которой работает преобразователь, остальные емкости установлены в качестве фильтров входного и выходного напряжений.

VD1 – диод Шоттки. Дроссель L1 – 150…250 mH.

Для уменьшения габаритов преобразователя схема собрана на SMD-компонентах (кроме электролитов).
На выходе для универсальности можно поставить USB-разъем, и использовать для зарядки телефона стандартный кабель.

Чтобы вам особо не заморачиваться с расчетами, можете воспользоваться готовым списком номиналов элементов для выбора необходимых параметров преобразователя:

MAX Iout= 1-750mA

● Iout 50mA Rsc=3 Ohm
● Iout 100mA Rsc=1.5 Ohm
● Iout 150mA Rsc=1 Ohm
● Iout 250mA Rsc=0.6 Ohm
● Iout 350mA Rsc=0.429 Ohm
● Iout 450mA Rsc=0.333 Ohm
● Iout 500mA Rsc=0.3 Ohm
● Iout 600mA Rsc=0.25 Ohm
● Iout 750mA Rsc=0.2 Ohm

MAX Vin 3-40V

● Vout (1.5V) R1=7.5k R2=1.5k
● Vout (3.3V) R1=11k R2=18k
● Vout (3.7V) R1=5.1k R2=10k
● Vout (4.2V) R1=5.1k R2=12k
● Vout (5V) R1=1k R2=3k
● Vout (6V) R1=2.4k R2=9.1k
● Vout (9V) R1=1k R2=6.2k
● Vout (12.08V) R1=1.5k R2=13k

Ниже на снимках показан внешний вид собранного преобразователя:

Печатная плата DC преобразователя, собранного на SMD – компонентах:

Обратите внимание, на плате расположения элементов особым цветом показана перемычка, выше на фотографиях она выполнена проводом синего цвета.

Второй вариант печатной платы:

И третий вариант печатной платы:

Так выглядит собранный преобразователь:

Все варианты печатных плат в формате LAY6 и схему можно скачать одним файлом с нашего сайта по прямой ссылке.

Схема мигалки — эта схема проблескового маяка может использоваться в качестве сигнала бедствия на автомагистралях, указателя направления на парковках, в больницах, гостиницах и т. д.

В схеме мигалки использован мощный светодиод, дающий больше света, чем типичный сигнальный фонарь с лампой накаливания. Использование 6- или 12-вольтового герметичного свинцового-кислотного аккумулятора делает схему портативной. Основой схемы мигалки служит подсистема монолитного импульсного регулятора МС34063, изначально предназначенная для использования в DC/DC преобразователях (Рисунок 1).


Преобразователь на МС34063 в сборе

Схема мигалки — источник опорного напряжения

Это устройство содержит источник опорного напряжения, компаратор, генератор с управляемым коэффициентом заполнения и цепью активного ограничения пикового тока, а также сильноточный выходной ключ — все в 8-выводном корпусе DIP. Одноваттный светодиод маяка, питающийся от источника 6 … 12 В, кратковременно зажигается с коэффициентом заполнения порядка 5% (Рисунок 2).

Контроль падения напряжения

Ограничение тока светодиода достигается путем контроля падения напряжения на резисторе R1 (1 Ом), включенным между шиной питания Vcc и выводом 1 микросхемы (коллектором ключевого транзистора). Максимальный рабочий ток одно ваттного белого светодиода равен примерно 350 мА. В начале цикла конденсатор С1 начинает заряжаться, и ток светодиода быстро увеличивается, а с ним увеличивается и падение напряжения на резисторе R1, контролируемое входом Ipk схемы ограничения тока (вывод 7 микросхемы IC1).

Блок ограничения тока

Когда напряжение становится на 330 мВ больше, чем на выводе 6 (что соответствует току 330 мА), блок ограничения тока микросхемы обеспечивает дополнительный ток для зарядки время задающего конденсатора С1. Это приводит к тому, что напряжение на нем быстро достигает верхнего порога генератора тока, после чего выходной ключ закрывается, и С1 разряжается.

Частота вспышек определяется конденсатором С1. При емкости 100 мкФ она равна приблизительно 4 Гц. Поскольку зажигается светодиод очень кратковременно, тепловые проблемы минимальны, и для его охлаждения достаточно печатной платы на металлическом основании.

Подробное описание работы микросхемы IC1 можно найти в [1].

Ссылка

1. Application of the MC34063 Switching Regulator

Набор компонентов для сборки DC/DC преобразователя на МС34063

Технические характеристики преобразователя LM2596

  • Эффективность преобразования (КПД): до 92%
  • Частота переключения: 150 кГц
  • Рабочая температура: от -40 до + 85 °C
  • Влияние изменения входного напряжения на уровень выхода: ± 0.5%
  • Поддержание установленного напряжения с точностью: ± 2.5%
  • Входное напряжение: 3-40 В
  • Выходное напряжение: 1.5-35 В (регулируемое)
  • Выходной ток: номинальный до 1А, от 1 до 2А заметно возрастает нагрев, предельный 3A (требуется дополнительный радиатор)
  • Размер: 45x20x14 мм

Универсальный понижающий преобразователь напряжения на LM2596

Универсальный понижающий преобразователь напряжения.

Читайте также  Инструменты для разметки

Характеристики от продавца:

  • Питание: 5-35 В (постоянный ток)
  • Выход: 1,25-30 В, 3 А (макс. 4 А). Для >15 Вт требуется теплоотвод
  • Постоянное напряжение (CV)
  • Постоянный ток (CC)
  • Индикация заряда
  • Предполагаемые способы использования:
    • Преобразователь для питания LED-ламп, лент и т.п.
    • Зарядка аккумуляторов постоянным током и напряжением с минимальной индикацией

Плата очень маленькая, влазит в спичечный коробок.

Моё применение — простейший маломощный лабораторный источник питания. Ещё одну такую плату поставил в зарядное устройство для литиевой батареи шуруповёрта.

Постоянное напряжение

Устройство здесь выполняет роль стабилизатора напряжения. На вход подаём постоянное напряжение от 5 В до 35 В. На выходе получаем заранее заданное постоянное напряжение от 1,25 В до 30 В. Выходное напряжение не может быть больше входного минус некоторая разница (не менее 2 В). Таким образом, после настройки выходного напряжения Uвых входное Uвх можно менять в диапазоне примерно от Uвх + 2В до 35 В, выходное напряжение при этом не будет меняться.

Постоянный ток

Пока ток не превышает заданного максимума, плата выполняет роль стабилизатора напряжения, ток может быть любым, напряжение — строго заданное. Как только ток пытается подняться выше заданного, начинает работать ограничитель тока. Ток на выходе при этом фиксированный, а напряжение понижается так, чтобы через нагрузку шёл этот максимальный ток. Получается, что ни напряжение, ни ток не выходят за установленные значения.

Например, если по расчетам выходит, что выходной ток должен быть 2,5 А (например, при заданном Uвых = 5 В и нагрузке 2 Ом), но плата настроена на ограничение в 2 А, то на выходе будет 2 А и напряжение 4 В (2 А * 2 Ом), при этом будет гореть индикатор ограничения. Если теперь повысить сопротивление нагрузки до 3 Ом, то ток в выходной цепи будет идти без ограничений, напряжение снижаться не будет и будет равно заданному, ток — 5 В / 3 Ом = 1,67 А. Индикатор при этом гореть не будет.

Для настройки максимального тока закорачиваем выход через мультиметр в режиме измерения большого тока, обычно с пределом 10 А, которого здесь хватит с запасом, и выставляем крутилкой на плате необходимый ток.

Индикация заряда

Этот индикатор горит, пока ток в выходной цепи выше заданного значения. Это значение устанавливается относительно максимального тока. При установке большого максимального тока (единицы ампер) может не получиться установить индикацию на маленький ток (единицы и десятки мА).

Опыт применения

Попробовал в качестве CC+CV зарядки для лития. Фазы CC и CV работают, но процесс зарядки в конце не останавливается, просто гаснет индикатор заряда. Если конечное напряжение заряда устанавливать заведомо ниже предела для аккумулятора, ничего плохого в такой зарядке нет, в конце ток просто очень медленно упадёт до нуля. Но лучше реализовать на выходе ключ (реле, полевик), который бы отрубал зарядку при падении тока до заданного значения.

Еще один вариант использования — обычное зарядное устройство, за счёт низких пульсаций на выходе, довольно качественное. У меня как раз начал шалить зарядник от планшета — тач при зарядке плохо работал. Эксперимент оказался удачным, пульсации на выходе достаточно низкие, при зарядке планшета от этой платы всё работало нормально. Конечно, придётся также иметь/купить адаптер питания с выходным напряжением примерно от 9 В до 35 В и мощностью выше необходимой для заряжаемого устройства с запасом.

При большом токе и низком напряжении на выходе этот преобразователь сильно греется. Хотя по инструкции радиатор нужно ставить от 15 Вт, проблемы начинаются гораздо раньше, например уже при 5 В / 1 А. Можно поставить радиатор, но он должен быть с выпуклой контактной площадкой, возможно придётся его стачивать. Никаких приспособлений для крепления радиатора на плате нет, придётся клеить на теплопроводящий клей.

С другой стороны, при использовании в зарядном для шуруповёрта я настраивал выход на 16,4 В и 0,5 А, то есть на выходе была даже большая мощность, но плата была чуть тёплая. КПД и, соответственно, нагрев сильно зависят от выходного напряжения (больше — лучше) и относительно слабо от входного, подробности можно увидеть в даташите на LM2596 на графике Efficiency.

Возьмём для примера входное напряжение 25 В и пару выходных — 5 В и 20 В. КПД в первом случае будет около 82%, во втором — около 94%. При одинаковой мощности на выходе (например, 10 Вт) при 5 В будет рассеиваться 1,8 Вт, а при 20 В — всего 0,6 Вт. Если взять одинаковый ток на выходе, например 1 А, то разница будет с другим знаком (0,9 Вт и 1,2 Вт для 5 В и 20 В соответственно), но совсем небольшой. При этом снижение входного напряжения для входного 5 В не даст улучшения КПД (пик эффективности для этого напряжения как раз около 25 В).

Отсюда делаем вывод, что этот преобразователь больше подходит для относительно высоких выходных напряжений (например, 12 В и выше), но при этом он не способен работать с большими токами, т.к. рассеиваемая мощность, а значит и нагрев, при увеличении выходного тока будет всё равно только расти, а охлаждение платы минимально. Реальные характеристики преобразователя наверняка хуже заявленных, но для первичной оценки хватит и этой информации.

Есть множество вариантов исполнения этой платы, этот — самый маломощный. Есть с радиатором, залитые компаундом, с мощными дросселем и другими элементами. Но эти варианты намного дороже, и их использование оправдано только в случае работы в оптимальных, но максимальных, режимах преобразователя, иначе лучше подыскать решение на другой схеме. Нет смысла затыкать проблему КПД охлаждением, когда для необходимого выходного напряжения есть решения с лучшим КПД.

В целом, это интересное устройство. Можно использовать как простейший лабораторный источник питания за 2-3 доллара. Для тестов использовал БП от старого принтера, выдающего 33 В и 400 мА (13,2 Вт). С ним удавалось получить такие значения, как 12 В / 1 А, 5 В / 3 А (перегруз источника, но он справился). Максимальный ток видел 6,5 А на 1,25 В, скорее всего из-за ошибки в схеме (заявленный предел — 4 А), плата при этом сильно грелась. В таких платах может использоваться поддельный LM2596, либо перебитый LM2576, поэтому заявленным характеристикам сильно доверять не стоит.

Найти в магазинах можно по фразе «lm2596 cc cv», отбирать по картинкам с двумя или тремя (как у меня) потенциометрами. Цена — 2-3 доллара за штуку без претензий на оригинальность деталей.

Дополнение от 7 марта 2016 г.

Внёс несколько уточнений, добавил график напряжения/тока на выходе, убрал сомнительную информацию.

Дополнение от 4 апреля 2016 г.

График КПД (Efficiency) из даташита на LM2596:

Монтаж повышающего/понижающего DC DC преобразователя своими руками

Как уже говорилось выше, некоторые компоненты схемы необходимо рассчитать, благо в сети есть много готовых онлайн калькуляторов.

  • Смотрите также схему простого преобразователя напряжения 12–220В
Читайте также  Электрод с рутиловым покрытием

Как же в реальной жизни их намотать катушки с нужной индуктивностью? Те, у кого есть ESR метр скажут, что тут нет ничего сложного, мотаешь и смотришь параметры.

Но этот ESR метр показывает с очень большой погрешностью, поэтому предлагает воспользоваться программой DrosselRing. В ней вводим все необходимые параметры, а также указываем какой у нас сердечник. Если никаких нет под рукой, то достаем 2 одинаковых желтых кольца из компьютерного блока питания.

Ну и осталось намотать наши дроссели, это уже не составит особого труда.

Получилось довольно-таки неплохо. Казалось бы, все сложности уже позади, но нет, впереди еще разводка печатной платы DC DC. Преобразователя. Чтобы максимально компактно расположить все элементы, понадобится немало времени.

Для крепления можно сделать плату немного больше и добавить по бокам отверстия, но это уже на ваше усмотрение.

Плата готова, просверлены отверстия, настала очередь запайки. Тут есть один важный момент: необходимо поднять силовые элементы выше над платой, так как потом их невозможно будет достать отверткой.

Теперь необходимо установить транзистор и диод на радиатор. Мы используем вот такой алюминиевый профиль, он имеет неплохие габариты и сможет нормально охлаждать схему.

Вот, что получается.

Регулировка

Для получения требуемого уровня выходного напряжения надо изменить сопротивление в цепи обратной связи микросхемы. Вот функциональная блок-схема понижающего модуля lm2596 dc dc.

Таким образом, надо подключить к контакту Feedback переменный резистор. В зависимости от версии микросхемы он будет соединен последовательно с внутренним резистором R2. Путем изменения сопротивления переменного резистора, надо добиться необходимого уровня на выходе микросхемы.

Признаки неисправности, их устранение

Перейдем к рассмотрению конкретных признаков неисправностей ШИМ контроллера.

Остановка сразу после запуска

Импульсный модулятор запускается, но сразу останавливается. Возможные причины: разрыв цепи обратной связи; блок питания перегружен по току; неисправны фильтровые конденсаторы на выходе.

Поиск проблемы: осмотр платы, поиск видимых внешних повреждений; измерение мультиметром напряжения питания микросхемы, напряжения на ключах (на затворах и на выходе), на выходных емкостях. В режиме омметра мультиметром надо измерить нагрузку стабилизатора, сравнить с типовым значением для аналогичных схем.

Импульсный модулятор не стартует

Возможные причины: наличие запрещающего сигнала на соответствующем входе. Информацию следует искать в даташите соответствующей микросхемы. Неисправность может быть в цепи питания ШИМ контроллера, возможно внутренне повреждение в самой микросхеме.

Шаги по определению неисправности: наружный осмотр платы, визуальный поиск механических и электрических повреждений. Для проверки мультиметром делают замер напряжений на ножках микросхемы и проверку их соответствия с данными в даташит, в случае необходимости, надо заменить ШИМ контроллер.

Проблемы с напряжением

Выходное напряжение существенно отличается от номинальной величины. Это может происходить по следующим причинам: разрыв или изменение сопротивления в цепи обратной связи; неисправность внутри контроллера.

Поиск неисправности: визуальное обследование схемы; проверка уровней управляющих и выходных напряжений и сверка их значений с даташит. Если входные параметры в норме, а выход не соответствует номинальному значению – замена ШИМ контроллера.

Отключение блока питания защитой

При запуске широтно-импульсного модулятора, блок питания отключается защитой. При проверке ключевых транзисторов короткое замыкание не обнаруживается. Такие симптомы могут свидетельствовать о неисправности ШИМ контроллера или драйвера ключей.

В этом случае нужно произвести замер сопротивлений между затвором и истоком ключей в каждой фазе. Заниженное значение сопротивления может указывать на неисправность драйвера. При необходимости делается замена драйверов.