Эта схема является универсальным преобразователем напряжения, который идеально подходит например для изготовления часов на лампах Nixie. Преобразователь работает на базе популярной и недорогой м/с MC34063 и для работы требует лишь несколько внешних компонентов. В схеме применен усиливающий ключ – высоковольтный полевой транзистор MOSFET STP6NK60Z. Устройство предназначено для входного питания напряжением 12 В. Выходное напряжения порядка 150 В с максимальным током нагрузки 3 мА.
Схема проекта
Основой преобразователя является многим уже хорошо известная микросхема MC34063, которая представляет собой чип-контроллер, содержащий основные компоненты, необходимые для изготовления преобразователей DC-DC. Система компенсируется термически, имеет источник опорного напряжения, компаратор и генератор с регулировкой.
Конденсатор C3 (1nF) определяет частоту внутреннего генератора. При такой емкости частота колебаний будет порядка 40 кГц. Конденсатор C1 (470uF/25V) фильтрует напряжение питания, а C2 (1nF) фильтрует напряжение, отвечающее требованиям внутреннего компаратора с делителя R1 (10k) к R3 (1М) + PR1 (1М). На ножке 5 микросхемы U1 при стабильной работе держится напряжение 1.25 В. И теперь считаем теоретический диапазон выходных напряжений: 125 В (потенциометр к 0) до 250 В (потенциометр на максимальное значение).
Резистор R2 (2,2 Ома) небольшого сопротивления работает как датчик тока, ограничивая амплитуду тока на входе, а, следовательно, энергоэффективность системы. Преобразователь работает в двух циклах:
- В первом, когда транзистор T2 (STP6NK60Z) замкнут, энергия накапливается в дросселе L1 (470uH).
- Во втором цикле ключ будет отключен и высокое индуцированное напряжение в катушке, заряжает конденсатор C4 (MKPX2 100nF/275VAC) через диод D2 (UF4007). Светодиод препятствует разрядке конденсатора.
Печатная плата не имеет перемычек, а ее монтаж очень простой. Порядок пайки элементов, в принципе, любой, однако стоит начать с самых маленьких. Следует обратить особое внимание на качество сборки, особенно это касается делителя обратной связи. Без него выходное напряжение может вырасти до больших значений, повредив конденсатор и даже ключевой транзистор. Выходную мощность преобразователя можно увеличить, применив резистор R2 меньшего значения. При величине этого резистора на уровне 1 Ом, сила выходного тока вырастет примерно до 8 мА.
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.
Мне на просторах интернета попалась схемка автора Ahtoxa с заменой микросхемы КРЕН5 на маленькую платку с МС34063, собранную с небольшими изменениями по даташиту по току до 0,5 А. Дело в том, что иногда бывает необходимость поставить стабилизатор без громоздкого радиатора при большом входном напряжении. И потому такой вариант вполне мог бы быть применим. Известно, что микросхема LM7805 является линейным стабилизатором напряжения,то есть всё лишнее напряжение она высаживает на себе. И при входном напряжении 12 В, она вынуждена обеспечивать на себе падение напряжения в 7 вольт. Умножьте это на ток хотя бы в 100 мА, и получите уже 0.7 Вт лишней рассеиваемой мощности. При чуть больших токах или разнице между входным и выходным напряжениями без большого теплоотвода уже не обойтись.
Простая и регулируемая схемы МС34063
Автор не стал делиться печатной платой, поэтому разработал свой похожий вариант. Скачать его вместе с докуметацией и другими нужными для сборки файлами можно в общем архиве.
Стабилизатор отлично работает. Собирал неоднократно. Правда отличия от даташита не в лучшую сторону. Ограничительный резистор ставить настоятельно рекомендуется. Иначе при наличии на выходе больших емкостей, может вызвать пробой внутри микросхемы. Включение паралельно двух диодов не оправдано. Лучше ставить один по мощнее. Хотя для тока 500 мА и такого с гловой хватит. Для больших токов, желательно ставить внешний транзистор. Хотя микросхема по даташиту и рассчитана на 1,5 А, но рабочий ток больше 500 мА не рекомендуется.
Далее ещё получилось подкорректировать печатку, ток уже можно будет до 1 А поднимать, плюс регулировка выхода. Катушка L1 паяется со стороны печатных проводников.
А вот как регулятор будет выглядеть на платке: дроссель, резистор и SMD конденсатор на этом фото пока не установлены, но в принципе всё удобно и компактно уместилось. Испытания в конечном итоге прошли успешно. Автор материала Igoran.
Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР НА МИКРОСХЕМЕ МС34063
Схема и конструкция простейшего светодиодного фонарика с питанием от пальчикового аккумулятора 1,2В.
Новая оригинальная игрушка – большая летающая рыба на радиоуправлении. Описание работы и видео по сборке девайса.
Маленький самодельный паяльник из резистора, для пайки микросхем и ремонта мобильных телефонов.
