Импульсный регулятор напряжения MC34063A (полный российский аналог КР1156ЕУ5) – специально разработанная микросхема для DC-DC преобразователей с минимальным количеством внешних элементов. Микросхема MC34063A применяется в импульсных источниках питания со входным напряжением от 3 до 40В и выходным током до 1,5А:
повышающих (Step-up converter)
понижающих (Step-down converter)
инвертирующих (Voltage inverting converter).
На практике приходилось встречаться только с вариантами источников питания
повышающих – Феликс 02К, цепь формирования 24В из 12В
понижающих – практически все фискальные регистраторы работающие от 24В, принтеры этикеток и прочее оборудование, где входное напряжение питания больше 5 вольт. Поэтому будем рассматривать только первые два варианта использования микросхемы MC34063A.
Рекомендуемая литература.
- Datasheet MC34063A на английском (скачать).
- Описание работы КР1156ЕУ5 (аналог MC34063A) на русском (cкачать).
- И.Л. Кольцов «33 схемы на КР1156ЕУ5» (скачать).
- Документ AN920/D. В данном документе приведены формулы для расчета преобразователей DC-DC на базе микросхемы MC34063. Рассмотрен принцип работы. (скачать).
Общее описание.
Мощный электронный ключ на составном транзисторе (VT1 и VT2), который соединен со схемой управления. На нее поступают импульсы синхронизации от генератора, скважность которых зависит от сигнала схемы ограничения по току. Также на схему управления подается сигнал обратной связи с компаратора. Он производит сравнение напряжения обратной связи с напряжением внутреннего источника опорного напряжения. Стабильность параметров выходного напряжения микросхемы полностью обеспечивает источник опорного напряжения, т.к. его напряжение не зависит от изменений температуры окружающей среды и колебания входного напряжения.
Рис. Расположение выводов (pinout) MC34063A
Switch Collector (VT1) Коллектор выходного транзистора.
Switch Emitter (OUT) Эмиттер выходного транзистора.
Timing Capacitor (OSC) Вывод для подключения времязадающего конденсатора.
Ground (Gnd) Общий вывод.
Comparator Inverting Input (CMP) Вход компаратора – инвертирующий .
Vcc (Uin) Напряжение питания (3. 40В).
Ipk Sense (Rt) Вход схемы ограничения тока, сюда подключается токоограничивающий резистор. Ipk пиковый ток через индуктивность, где Ipk Схема подключения.
Микросхема МС34063A имеет два входа, которые можно использовать для стабилизации тока.
Один вход имеет пороговое напряжение 1.25В (5 нога), что для мощной нагрузки не выгодно из-за потерь мощности. Например, при токе 1000 мА имеем потери на резисторе-датчике тока величиной 1.25*1А=1.25Вт, что сопоставимо с потерями мощности на линейном стабилизаторе.
Второй вход микросхемы имеет пороговое напряжение 0.3В (7 нога), и предназначен для защиты встроенного транзистора от перегрузки по току.
Рис. Схема понижения (Step-down converter)
Рис. Схема повышения (Step-up converter)
С2– конденсатор задающий частоту преобразования.
VD1 – быстродействующий диод, практически вся схема зависит от быстродействия этого диода. При использовании диодов Шотки, диод должен выдерживать обратное напряжение вдвое превышающее выходное напряжение.
R1 – Токовый датчик, задает максимальный ток на выходе стабилизатора. При превышении максимального тока – микросхема отключится, фактически является защитой от короткого замыкания (перегрузки) на выходе. Обладает довольно большой рассеиваемой мощностью, от 0,5 Вт до 2Вт, на практике иногда выглядит в виде нескольких параллельно включенных резисторов.
 |
Важное замечание! Опорное напряжение токового входа микросхемы 34063 различается у разных корпусов, с разбросами от 0,25В до 0,45В. . Стандартные расчеты принимаются для опорного напряжения 0,3В. Таким образом если напряжение на шунте станет выше чем 0.3 вольта, микросхема 34063 отключится. (Например резистор R1=1 Ом, тогда при достижении U=1 Ом*0,3А=0,3В сработает защита по току и микросхема отключится. На практике это означает, что при значении резистора R1=1 Ом выходной ток источника питания будет 0,3А).
R2, R3 — делитель напряжения, с помощью которого задается выходное напряжение.
Рис. Выходное напряжение, формула расчета.
Фильтр рассмотрим отдельно, так как именно фильтр является слабым звеном при эксплуатации.
L1 – накопительная и фильтрующая индуктивность. Данную индуктивность настоятельно не рекомендуется уменьшать, так же именно эта индуктивность задает выходной ток, поэтому толщина провода довольно критичный параметр. На практике такая схема фильтра довольно редкое явление, как правило ставится второй LC фильтр, индуктивности включаются встречно.
С3 – принцип такой же как у катушки индуктивности. Несмотря на расчеты, если нет ограничения по размерам, конденсатор на 470 мкФ увидеть здесь довольно редкое явление. А вот конденсатор на 1000 мкФ здесь общепринятый стандарт (рассматриваем схемы Uвх=24В, Uвых=5В). Конденсатор должен быть LOW ESR, однако на практике это довольно редкое явление, ставится обычный конденсатор. Хотя если поднять оборудование 2000-2002 г.в. то там можно встретить LOW ESR конденсаторы в фильтре. Некоторые производители ставят в параллель ВЧ конденсатор, однако это довольно спорное решение.
|
Конденсатор фильтра для понижающих (Step-down converter) источников питания не является обязательным элементом, при достаточно большой индуктивности фильтра.
Повышающие DC-DC преобразователи находят широкое применение в электронике. Они могут применяться как отдельные модули питания конкретных объектов, так и могут входить в часть электрической схемы. Например, можно поднять напряжение пятивольтного аккумулятора и питать от него через повышающий преобразователь нагрузку напряжением 12В (усилитель, лампу, реле и т.д.). Еще пример, в некоторых охранно-пожарных сигнализациях на линиях контроля около 30В постоянного тока, а сам блок контроля и управления работает от 12В, поэтому в последние внедряют повышающие преобразователи и они являются частью схемы блоков контроля и управления.
Микросхема МС34063 представляет собой импульсный конвертор, поэтому она обладает высокой эффективностью (КПД) и имеет три схемы включения (инверторную, повышающую и понижающую). В этой статье будет описан исключительно повышающий (Step Up) вариант.
МС34063 выполняется в корпусах DIP-8 и SO-8. Расположение выводов показано ниже.
Основные технические параметры MC34063.
Входное напряжение ………. от 3 до 40 Вольт
Выходное напряжение ………. от 1.25 до 38 Вольт
Максимальный ток на выходе ………. 1.5 Ампер
Максимальная частота ………. 100кГц
Максимальный ток на выходе это пиковый ток на внутреннем транзисторе и он значительно больше тока нагрузки, поэтому не стоит надеяться, что преобразователь будет держать 1.5A на выходе. Ниже представлен калькулятор, который позволит правильно посчитать ток.
Другую интересующую информацию по параметрам и внутреннему устройству микросхемы можно найти в Datasheet.
Схема повышающего DC-DC преобразователя на MC34063.
Опишу работу простыми словами. В микросхеме MC34063 есть генератор, генерирующий импульсы с определенной частотой. Генератор, взаимодействуя с другими узлами, управляет выходным транзистором, коллектор которого соединен с выводом 1, а эмиттер с выводом 2.
Когда выходной транзистор открыт, дроссель L1 заряжается входным напряжением через резистор R3.
После закрытия выходного транзистора, дроссель отключается от земли и в этот момент происходит его разряд (самоиндукция). Энергия дросселя уже с противоположной полярностью и большая по силе поступает на диод VD1. После выпрямления напряжения диодом, оно поступает на выход схемы, накапливаясь в конденсаторе C3. Помимо накопления, данный конденсатор сглаживает пульсации.
Схема конвертирует напряжение постоянного тока с 5В до 12В. Чуть ниже пойдёт речь об изменении номиналов элементов под нужные напряжения.
Резисторами R1 и R2 задается напряжение на выходе. Резистор R3 ограничивает выходной ток до минимума, при превышении определенной мощности.
Конденсатор C2 задает частоту преобразования.
Элементы.
Все резисторы мощностью 0.25Вт кроме R3 (0.5-1 Ватт).
В качестве L1 я взял готовый дроссель на 470мкГн, намотанный медным эмалевым проводом на гантель из феррита и отмотал три слоя, уменьшив тем самым индуктивность до 75мкГн (индуктивность больше расчетной допускается, а меньше нельзя).
Дроссель должен выдерживать пиковый выходной ток (в моем случае 1.5А).
Также можно взять кольцо из порошкового железа (жёлтого цвета) наружным диаметром 18мм, внутренним 8мм, толщиной 8мм и намотать медным проводом (диаметром 0.6мм и более) 30-40 витков (при 30 витках индуктивность получилась 55мкГн). Кольцо можно взять больше моего, но меньше не рекомендую.
Диод VD1- Шоттки, либо быстродействующий (типа SF, UF, MUR, HER и т.д.) на ток не менее 1А и обратное напряжение в два раза больше выходного (в моем случае 40В).
У микросхемы МС34063 есть отечественный аналог КР1156ЕУ5, они полностью взаимозаменяемы.
Расчет преобразователя на MC34063 под другое напряжение и ток.
Расчет займет не более одной минуты. Для этого необходимо воспользоваться On-line калькулятором расчета параметров МС34063. Помимо номиналов программа высчитает пиковый выходной ток, и в случае его превышения выдаст сообщение.
Калькулятор считает минимальную индуктивность, поэтому ее можно брать с положительным запасом (произойдут незначительные изменения лишь в КПД).
Пару слов…
Расчетная частота (50кГц в моем случае) является минимальной и может значительно отличаться и изменяться в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки.
При выходном токе 200мА происходит достаточно сильный нагрев микросхемы MC34063, и работать в таком режиме долгое время возможно не сможет.
Рекомендую использовать MC34063 в тех случаях, когда нужно питать слаботочную часть схемы или отдельную нагрузку током до 150-250мА, а для нагрузки 3-5А предлагаю обратить внимание на повышающие DC-DC преобразователи, построенные на базе UC3843 и UC3845.
Печатная плата повышающего преобразователя на MC34063 (из 5В в 12В) СКАЧАТЬ
Повышающие DC-DC преобразователи находят широкое применение в электронике. Они могут применяться как отдельные модули питания конкретных объектов, так и могут входить в часть электрической схемы. Например, можно поднять напряжение пятивольтного аккумулятора и питать от него через повышающий преобразователь нагрузку напряжением 12В (усилитель, лампу, реле и т.д.). Еще пример, в некоторых охранно-пожарных сигнализациях на линиях контроля около 30В постоянного тока, а сам блок контроля и управления работает от 12В, поэтому в последние внедряют повышающие преобразователи и они являются частью схемы блоков контроля и управления.
Микросхема МС34063 представляет собой импульсный конвертор, поэтому она обладает высокой эффективностью (КПД) и имеет три схемы включения (инверторную, повышающую и понижающую). В этой статье будет описан исключительно повышающий (Step Up) вариант.
МС34063 выполняется в корпусах DIP-8 и SO-8. Расположение выводов показано ниже.
Основные технические параметры MC34063.
Входное напряжение ………. от 3 до 40 Вольт
Выходное напряжение ………. от 1.25 до 38 Вольт
Максимальный ток на выходе ………. 1.5 Ампер
Максимальная частота ………. 100кГц
Максимальный ток на выходе это пиковый ток на внутреннем транзисторе и он значительно больше тока нагрузки, поэтому не стоит надеяться, что преобразователь будет держать 1.5A на выходе. Ниже представлен калькулятор, который позволит правильно посчитать ток.
Другую интересующую информацию по параметрам и внутреннему устройству микросхемы можно найти в Datasheet.
Схема повышающего DC-DC преобразователя на MC34063.
Опишу работу простыми словами. В микросхеме MC34063 есть генератор, генерирующий импульсы с определенной частотой. Генератор, взаимодействуя с другими узлами, управляет выходным транзистором, коллектор которого соединен с выводом 1, а эмиттер с выводом 2.
Когда выходной транзистор открыт, дроссель L1 заряжается входным напряжением через резистор R3.
После закрытия выходного транзистора, дроссель отключается от земли и в этот момент происходит его разряд (самоиндукция). Энергия дросселя уже с противоположной полярностью и большая по силе поступает на диод VD1. После выпрямления напряжения диодом, оно поступает на выход схемы, накапливаясь в конденсаторе C3. Помимо накопления, данный конденсатор сглаживает пульсации.
Схема конвертирует напряжение постоянного тока с 5В до 12В. Чуть ниже пойдёт речь об изменении номиналов элементов под нужные напряжения.
Резисторами R1 и R2 задается напряжение на выходе. Резистор R3 ограничивает выходной ток до минимума, при превышении определенной мощности.
Конденсатор C2 задает частоту преобразования.
Элементы.
Все резисторы мощностью 0.25Вт кроме R3 (0.5-1 Ватт).
В качестве L1 я взял готовый дроссель на 470мкГн, намотанный медным эмалевым проводом на гантель из феррита и отмотал три слоя, уменьшив тем самым индуктивность до 75мкГн (индуктивность больше расчетной допускается, а меньше нельзя).
Дроссель должен выдерживать пиковый выходной ток (в моем случае 1.5А).
Также можно взять кольцо из порошкового железа (жёлтого цвета) наружным диаметром 18мм, внутренним 8мм, толщиной 8мм и намотать медным проводом (диаметром 0.6мм и более) 30-40 витков (при 30 витках индуктивность получилась 55мкГн). Кольцо можно взять больше моего, но меньше не рекомендую.
Диод VD1- Шоттки, либо быстродействующий (типа SF, UF, MUR, HER и т.д.) на ток не менее 1А и обратное напряжение в два раза больше выходного (в моем случае 40В).
У микросхемы МС34063 есть отечественный аналог КР1156ЕУ5, они полностью взаимозаменяемы.
Расчет преобразователя на MC34063 под другое напряжение и ток.
Расчет займет не более одной минуты. Для этого необходимо воспользоваться On-line калькулятором расчета параметров МС34063. Помимо номиналов программа высчитает пиковый выходной ток, и в случае его превышения выдаст сообщение.
Калькулятор считает минимальную индуктивность, поэтому ее можно брать с положительным запасом (произойдут незначительные изменения лишь в КПД).
Пару слов…
Расчетная частота (50кГц в моем случае) является минимальной и может значительно отличаться и изменяться в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки.
При выходном токе 200мА происходит достаточно сильный нагрев микросхемы MC34063, и работать в таком режиме долгое время возможно не сможет.
Рекомендую использовать MC34063 в тех случаях, когда нужно питать слаботочную часть схемы или отдельную нагрузку током до 150-250мА, а для нагрузки 3-5А предлагаю обратить внимание на повышающие DC-DC преобразователи, построенные на базе UC3843 и UC3845.
Печатная плата повышающего преобразователя на MC34063 (из 5В в 12В) СКАЧАТЬ