Мощное Зарядное Устройство Для Смартфонов На MC34063A. MC34063 Один из самых распространенных ШИМ (ЧИМ) контроллеров и небольшой экскурс в принципы работы DC-DC конвертеров Mc34063 отрицательное напряжение

MC34063 представляет собой достаточно распространенный тип микроконтроллера для построения преобразователей напряжения как с низкого уровня в высокий, так и с высокого в низкий. Особенности микросхемы заключаются в ее технических характеристиках и рабочих показателях. Устройство хорошо держит нагрузки с током коммутации до 1,5 А, что говорит о широкой сфере его использования в различных импульсных преобразователях с высокими практическими характеристиками.

Описание микросхемы

Стабилизация и преобразование напряжения — это немаловажная функция, которая используется во многих устройствах. Это всевозможные регулируемые источники питания, преобразующие схемы и высококачественные встраиваемые блоки питания. Большинство бытовой электроники сконструированного именно на этой МС, потому что она имеет высокие рабочие характеристики и без проблем коммутирует достаточно большой ток.

MC34063 имеет встроенный осциллятор, поэтому для работы устройства и старта преобразования напряжения в различные уровни достаточно обеспечить начальное смещение путем подключения конденсатора ёмкостью 470пФ. Этот контроллер пользуется огромной популярностью среди большого количества радиолюбителей. Микросхема хорошо работает во многих схемах. А имея несложную топологию и простое техническое устройство, можно легко разобраться с принципом ее работы.

Типовая схема включения состоит из следующих компонентов:

3 резистора;
диод;
3 конденсатора;
индуктивность.

Рассматривая схему на понижение напряжения или его стабилизации можно увидеть, что она оснащена глубокой обратной связью и достаточно мощным выходным транзистором, который прямотоком пропускает через себя напряжение.

Схема включения на понижение напряжения и стабилизации

Из схемы видно, что ток в выходном транзисторе ограничивается резистором R1, а времязадающим компонентов для установки необходимой частоты преобразования является конденсатор C2. Индуктивность L1 накапливает в себе энергию при открытом транзисторе, а по его закрытию разряжается через диод на выходной конденсатор. Коэффициент преобразования зависит от соотношения сопротивлений резисторов R3 и R2.

ШИМ-стабилизатор работает в импульсном режиме:

При открытии биполярного транзистора индуктивность набирает энергию, которая затем накапливается на выходной ёмкости. Такой цикл повторяется постоянно, обеспечивая стабильный выходной уровень. При условии наличия на входе микросхемы напряжения 25В на ее выходе оно составит 5 В с максимальным выходным током до 500мА.

Напряжение можно увеличить путем изменения типа отношения сопротивлений в цепи обратной связи, подключенной к входу. Также он используется в качестве разрядного диода в момент действия обратной ЭДС, накопленной в катушке в момент ее заряда при открытом транзисторе.

Применяя такую схему на практике, можно изготовить высокоэффективный понижающий преобразователь. При этом микросхема не потребляет избыток мощности, которая выделяется при снижении напряжения до 5 или 3,3 В. Диод предназначен для обеспечения обратного разряда индуктивности на выходной конденсатор.

Импульсный режим понижения напряжения позволяет значительно экономить заряд батареи при подключении устройств с низким потреблением. Например, при использовании обычного параметрического стабилизатора на его нагрев во время работы уходило по меньшей мере до 50% мощности. А что тогда говорить, если потребуется выходное напряжение в 3,3 В? Такой понижающий источник при нагрузке в 1 Вт будет потреблять все 4 Вт, что немаловажно при разработке качественных и надёжных устройств.

Как показывает практика применения MC34063, средний показатель потерь мощности снижается как минимум до 13%, что стало важнейшим стимулом для ее практической реализации для питания всех низковольтных потребителей. А учитывая широтно-импульсный принцип регулирования, то и нагреваться микросхема будет незначительно. Поэтому для ее охлаждения не потребуется радиаторов. Средний КПД такой схемы преобразования составляет не менее 87%.

Регулирование напряжения на выходе микросхемы осуществляется за счёт резистивного делителя. При его превышении выше номинального на 1,25В компоратор переключает триггер и закрывает транзистор. В этом описании рассмотрена схема на понижение напряжения с выходным уровнем 5В. Чтобы изменить его, повысить или уменьшить, необходимо будет изменить параметры входного делителя.

Для ограничения тока коммутационного ключа применяется входной резистор. Рассчитываемый как отношение входного напряжения к сопротивлению резистора R1. Чтобы организовать регулируемый стабилизатор напряжения к 5 выводу микросхемы подключается средняя точка переменного резистора. Один вывод к общему проводу, а второй к питанию. Работает система преобразования в полосе частот 100кГц, при изменении индуктивности она может быть изменена. При уменьшении индуктивности повышается частота преобразования.

Другие режимы работы

Кроме режимов работы на понижение и стабилизацию, также довольно часто применяется повышающий. отличается тем, что индуктивность находится не на выходе. Через нее протекает ток в нагрузку при закрытом ключе, который отпираясь, подаёт на нижний вывод индуктивности отрицательное напряжение.

Диод, в свою очередь, обеспечивает разряд индуктивности на нагрузку в одном направлении. Поэтому при открытом ключе на нагрузке формируется 12 В от источника питания и максимальный ток, а при закрытом на выходном конденсаторе оно повышается до 28В. КПД схемы на повышение составляет как минимум 83%. Схемной особенностью при работе в таком режиме является плавное включение выходного транзистора, что обеспечивается ограничением тока базы посредством дополнительного резистора, подключенного к 8 выводу МС. Тактовая частота работы преобразователя задаётся конденсатором небольшой ёмкости, преимущественно 470пФ, при этом она составляет 100кГц.

Выходное напряжение определяется по следующей формуле:

Uвых=1,25*R3 *(R2+R3)

Используя вышеуказанную схему включения микросхемы МС34063А, можно изготовить повышающий преобразователь напряжения с питанием от USB до 9, 12 и более вольт в зависимости от параметров резистора R3. Чтобы провести детальный расчет характеристик устройства, можно воспользоваться специальным калькулятором. Если R2 составляет 2,4кОм, а R3 15кОм, то схема будет преобразовать 5В в 12В.

Схема на MC34063A повышения напряжения с внешним транзистором

В представленной схеме использован полевой транзистор . Но в ней допущена ошибка. На биполярном транзисторе необходимо поменять местами К-Э. А ниже представлена схема из описания. Внешний транзистор выбирается исходя из тока коммутации и выходной мощности.

Довольно часто для питания светодиодных источников света применяется именно эта микросхема для построения понижающего или повышающего преобразователя. Высокий КПД, низкое потребление и высокая стабильность выходного напряжения – вот основные преимущества схемной реализации. Есть много схем драйверов для светодиодов с различными особенностями.

Как один из многочисленных примеров практического применения можно рассмотреть следующую схему ниже.

Схема работает следующим образом:

При подаче управляющего сигнала внутренний триггер МС блокирован, а транзистор закрыт. И через диод протекает зарядный ток полевого транзистора. При снятии импульса управления триггер переходит во второе состояние и открывает транзистор, что приводит к разряду затвора VT2. Такое включение двух транзисторов обеспечивает быстрое включение и выключение VT1, что снижает вероятность нагрева из-за практически полного отсутствия переменной составляющей. Для расчета тока, протекающего через светодиоды, можно воспользоваться: I=1,25В/R2.

Зарядное устройство на MC34063

Контроллер MC34063 универсален. Кроме, источников питания она может быть применена для конструирования зарядного устройства для телефонов с выходным напряжением 5В. Ниже представлена схема реализации устройства. Ее принцип работы объясняется как и в случае с обычным преобразованием понижающего типа. Выходной ток заряда аккумулятора составляет до 1А с запасом 30%. Для его увеличения необходимо использовать внешний транзистор, например, КТ817 или любой другой.

В магазинах можно найти достаточно много зарядных устройств, работающих от сети 220В или от бортовой сети автомобиля (12В). В тоже время, иногда бывают ситуации, когда под рукой нет ни розетки, ни автомобиля, например, где-нибудь в походе. В этом случае для подзарядки различных устройств, таких как КПК или сотовые телефоны можно использовать обычные батарейки.

Представленная ниже схема разрабатывалась как зарядное устройство для КПК (5В; 0,5А), работающее как от аккумулятора автомобиля, так и от батареек, но может быть легко переделана на другое выходное напряжение и использоваться для зарядки от батареек или аккумуляторов любых других устройств.

Данная схема позволяет при входном напряжении +4..+14В получить на выходе стабильное напряжение +5В и ток нагрузки до 0,5А.

В качестве топологии преобразователя была выбрана топология SEPIC, поскольку она позволяет как повышать, так и понижать входное напряжение и, кроме того, обеспечивает сравнительно небольшие пульсации входного тока, что особенно важно в случае батарейного питания.

За основу преобразователя была взята хорошо известная микросхема MC34063.

В качестве силового ключа используется 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).

Схема :

Для управления полевым транзистором используется узел на элементах T2, R3, D2. Он работает следующим образом: при включении MOSFET затвор заряжается через диод, биполярный транзистор при этом закрыт, а при отключении MOSFET биполярный транзистор открывается и затвор разряжается через него. Этот узел предназначен для обеспечения максимальной крутизны фронтов открытия и закрытия полевого транзистора.

L1, L2 — катушки индуктивности по 80 мкГн (56 витков провода ПЭТВ2, диаметром 0,315 мм, намотанных на гантельке (рис. справа), диаметром 6 мм и высотой 8 мм).

С1 — входной фильтр, электролит 100 мкФ/16В

С2 — керамика на 10 мкФ (можно взять с плат сломанных винчестеров, там обычно стоят толстые керамические кондёры на 10 мкФ и на 22 мкФ)

С3 — выходной фильтр, электролит 470 мкФ/16В

С4 — времязадающий конденсатор, керамика 270 пФ

D1, D2 — диоды Шоттки1N5817 (с материнки)

R1, R2 — делитель напряжения. Для выхода 5В резисторы имеют номиналы 3 кОм и 1 кОм, соответственно.

R3 — резистор 4,7 кОм

T1 — силовой транзистор MOSFET, 60N03S (с материнки). Можно взять любой MOSFET с логическим уровнем управления затвором.

T2 — pnp транзистор. Подойдут, например, наш КТ361, буржуйский 2PA733 или подобные.

Готовый девайс .

Понижающий преобразователь на MC34063 для мобильного телефона

Подзаряжать аккумулятор мобильного телефона приходится в среднем один раз в неделю. Если Вы читаете наши обзоры мобильных телефонов , то, возможно, уже выбрали для себя экономичную модель , которая держит заряд по нескольку недель.

Со временем свойства аккумулятора мобильного телефона ухудшаются, и заряжать его приходится всё чаще. Особенно это ощущается на старых телефонах, которые жалко выбросить, но покупать новый аккумулятор нецелесообразно. Кроме того, у старых телефонов часто выходит из строя контроллер заряда и заряжать их приходится только при помощи лягушки .

Одно из решений для подобных телефонов - питание от ёмкого свинцового гелевого аккумулятора (например, восстановленного от UPS). Разумеется, телефон с таким аккумулятором уже не является мобильным. Он может лежать на полочке и использоваться по мере надобности.

Задача преобразователя - понизить напряжение аккумулятора (11-12 вольт) до напряжения, необходимого для питания телефона - 3.6 вольт. Преобразователь должен обладать высоким КПД, чтобы эффективно использовать энергию, запасённую в аккумуляторе. Линейные стабилизаторы здесь нежелательны по той причине, что часть энергии переводят в тепло.

Вашему вниманию предлагается импульсный преобразователь, который имеет миниатюрные размеры (плата - 3x3 см, а при использовании smd-компонентов - ещё меньше) и не нагреватся совсем.

В преобразователе используется известная микросхема MC34063. Параметры стабилизатора можно легко рассчитать на требуемые значения выходного напряжения и тока. Поэтому на основе этого преобразователя легко построить, например, автомобильную зарядку для телефона или КПК.

Схема стабилизатора - стандартная step-down (понижающая) из даташита на MC34063:

Для удобства приводим онлайн-калькулятор параметров для данной схемы. Задав нужные значения напряжений и тока, Вы легко посчитаете номиналы деталей.

Онлайн-калькулятор MC34063
	Здесь будет результат вычисления

Обратите внимание, что чем больше частота преобразования, тем меньшие значения индуктивности дросселя и ёмкости конденсатора потребуются. Параметр I L - значение тока, на который должен быть рассчитан дроссель, а L - минимальное значение его индуктивности (т.е меньше нельзя, можно больше).

Печатная плата может быть, например, такой, как на рисунке. В ней возможна как установка рассчитанных резисторов для получения конкретного напряжения, так и установка подстроечного резистора для регулировки. Конденсатор на входе преобразователя - в SMD исполнении, устанавливается со стороны печатных дорожек. Конденсатор на выходе может быть как SMD, так и в выводном исполнении. Необходимо, чтобы он был Low ESR, т.к. частота преобразователя высокая. Обратите внимание, что у электролитических конденсаторов в SMD исполнении полоса на корпусе означает плюсовой вывод, а не минусовой.

Собранный преобразователь подключается выходом непосредственно к клеммам аккумулятора мобильного телефона, а входом - к гелевому аккумулятору. Зарядки такого аккумулятора хватит на длительный срок работы телефона.

Данную схему также можно использовать и для иных целей, например, для питания светодиодов и т.п.