Mc34063 caduta invertita. Tre eroi: convertitori di impulsi sull'MC34063. Oscillogrammi di funzionamento in vari punti del circuito dell'inverter

Questo calcolatore consente di calcolare i parametri di un convertitore DC-DC a impulsi sull'MC34063A. Il calcolatore può calcolare convertitori boost, step-down e invertenti utilizzando il microcircuito ampiamente disponibile mc33063 (noto anche come mc34063). Sullo schermo vengono visualizzati i dati del condensatore di impostazione della frequenza, della corrente massima, dell'induttanza della bobina e della resistenza del resistore. I resistori vengono selezionati dai valori standard più vicini in modo che la tensione di uscita corrisponda il più possibile al valore richiesto.

Ct- capacità del condensatore di regolazione della frequenza del convertitore.
Ipk- corrente di picco attraverso l'induttanza. L'induttanza deve essere progettata per questa corrente.
RSC- un resistore che spegnerà il microcircuito se la corrente viene superata.
Lmin- induttanza minima della bobina. Non puoi prendere meno di questa denominazione.
Co- condensatore di filtro. Più è grande, minore è l'ondulazione, dovrebbe essere del tipo LOW ESR.
R1, R2- un partitore di tensione che imposta la tensione di uscita.

Il diodo deve essere un diodo ultraveloce o Schottky con una tensione inversa consentita pari ad almeno 2 volte l'uscita.

Tensione di alimentazione del circuito integrato 3 - 40 volt e la corrente Ipk non dovresti superare 1,5 A

Qualche tempo fa ho già pubblicato una recensione in cui mostravo come realizzare uno stabilizzatore PWM utilizzando KREN5. Poi ho menzionato uno dei controller per convertitori DC-DC più comuni e probabilmente più economici. Microcircuito MC34063.
Oggi cercherò di integrare la recensione precedente.

In generale, questo microcircuito può essere considerato obsoleto, ma gode comunque di una meritata popolarità. Principalmente a causa del prezzo basso. Li uso ancora a volte nei miei vari mestieri.
Questo è in realtà il motivo per cui ho deciso di comprarmi un centinaio di queste piccole cose. Mi sono costati 4 dollari, ora dallo stesso venditore costano 3,7 dollari al cento, cioè solo 3,7 centesimi al pezzo.
Si possono trovare a prezzi più economici, ma io li ho ordinati in kit con altre parti (recensioni di un caricabatterie per una batteria al litio e uno stabilizzatore di corrente per una torcia). C'è anche un quarto componente, che ho ordinato lì, ma ne parleremo un'altra volta.

Beh, probabilmente ti ho già annoiato con la lunga introduzione, quindi passo alla recensione.
Ti avverto subito, ci saranno molte foto.
È arrivato tutto in sacchetti, avvolti in pluriball. Un tale gruppo :)

I microcircuiti stessi sono ordinatamente imballati in una borsa con chiusura e su di essa viene incollato un pezzo di carta con il nome. È stato scritto a mano, ma non credo che ci saranno problemi nel riconoscere l'iscrizione.

Questi microcircuiti sono prodotti da diversi produttori e sono anche etichettati in modo diverso.
MC34063
KA34063
UCC34063
Eccetera.
Come puoi vedere, cambiano solo le prime lettere, i numeri rimangono invariati, motivo per cui di solito viene chiamato semplicemente 34063.
Ho preso i primi, MC34063.

La foto è accanto allo stesso mikruha, ma di un produttore diverso.
Quello in esame si distingue per le marcature più chiare.

Non so cos’altro si possa vedere, quindi passo alla seconda parte della recensione, quella didattica.
I convertitori DC-DC sono utilizzati in molti luoghi; ora probabilmente è difficile trovare un dispositivo elettronico che non ne sia dotato.

Esistono tre schemi di conversione principali, tutti descritti nel 34063, nella sua applicazione e in un altro.
Tutti i circuiti descritti non sono dotati di isolamento galvanico. Inoltre, se osservi attentamente tutti e tre i circuiti, noterai che sono molto simili e differiscono per lo scambio di tre componenti, l'induttore, il diodo e l'interruttore di alimentazione.

Innanzitutto, quello più comune.
Convertitore PWM step-down o step-down.
Viene utilizzato dove è necessario ridurre la tensione e per farlo con la massima efficienza.
La tensione in ingresso è sempre maggiore della tensione in uscita, solitamente almeno 2-3 Volt; maggiore è la differenza, meglio è (entro limiti ragionevoli).
In questo caso la corrente in ingresso è inferiore a quella in uscita.
Questo design circuitale viene spesso utilizzato sulle schede madri, sebbene i convertitori siano solitamente multifase e con rettifica sincrona, ma l'essenza rimane la stessa, Step-Down.

In questo circuito, l'induttore accumula energia quando la chiave è aperta e, dopo che la chiave è chiusa, la tensione ai capi dell'induttore (a causa dell'autoinduzione) carica il condensatore di uscita

Lo schema successivo viene utilizzato un po' meno frequentemente del primo.
Si trova spesso nei Powerbank, dove una tensione della batteria di 3-4,2 Volt produce 5 Volt stabilizzati.
Utilizzando un tale circuito, è possibile ottenere più di 5 Volt, ma è necessario tenere conto del fatto che maggiore è la differenza di tensione, più difficile è il funzionamento del convertitore.
C'è anche una caratteristica poco piacevole di questa soluzione: l'output non può essere disabilitato “software”. Quelli. La batteria è sempre collegata all'uscita tramite un diodo. Inoltre, in caso di cortocircuito, la corrente sarà limitata solo dalla resistenza interna del carico e della batteria.
Per proteggersi da ciò vengono utilizzati fusibili o un interruttore di alimentazione aggiuntivo.

Proprio come l'ultima volta, quando l'interruttore di alimentazione è aperto, l'energia viene prima accumulata nell'induttore, dopo che la chiave viene chiusa, la corrente nell'induttore cambia la sua polarità e, sommata alla tensione della batteria, va in uscita attraverso il diodo.
La tensione di uscita di un tale circuito non può essere inferiore alla tensione di ingresso meno la caduta del diodo.
La corrente all'ingresso è maggiore che all'uscita (a volte in modo significativo).

Il terzo schema viene utilizzato abbastanza raramente, ma sarebbe sbagliato non prenderlo in considerazione.
Questo circuito ha una tensione di uscita di polarità opposta rispetto all'ingresso.
Si chiama convertitore invertente.
In linea di principio, questo circuito può aumentare o diminuire la tensione relativa all'ingresso, ma a causa delle peculiarità del progetto del circuito, viene spesso utilizzato solo per tensioni maggiori o uguali all'ingresso.
Il vantaggio di questo design del circuito è la possibilità di disattivare la tensione di uscita chiudendo l'interruttore di alimentazione. Anche il primo schema può fare questo.
Come negli schemi precedenti, l'energia viene accumulata nell'induttore e, dopo aver chiuso l'interruttore di alimentazione, viene fornita al carico attraverso un diodo collegato in modo inverso.

Quando ho pensato a questa recensione non sapevo cosa fosse meglio scegliere come esempio.
C'erano opzioni per realizzare un convertitore step-down per PoE o un convertitore step-up per alimentare un LED, ma in qualche modo tutto questo era poco interessante e completamente noioso.
Ma qualche giorno fa un amico mi ha chiamato e mi ha chiesto di aiutarlo a risolvere un problema.
Era necessario ottenere una tensione di uscita stabilizzata indipendentemente dal fatto che l'ingresso fosse maggiore o minore dell'uscita.
Quelli. Avevo bisogno di un convertitore buck-boost.
La topologia di questi convertitori è chiamata (convertitore con induttore primario a terminazione singola).
Un altro paio di buoni documenti su questa topologia. , .
Il circuito di questo tipo di convertitore è notevolmente più complesso e contiene un condensatore e un induttore aggiuntivi.

È così che ho deciso di farlo

Ad esempio, ho deciso di realizzare un convertitore in grado di produrre 12 Volt stabilizzati quando l'ingresso oscilla da 9 a 16 Volt. È vero, la potenza del convertitore è piccola, poiché viene utilizzata la chiave integrata del microcircuito, ma la soluzione è abbastanza praticabile.
Se rendi il circuito più potente, installa un transistor ad effetto di campo aggiuntivo, induttanze per una corrente più elevata, ecc. quindi un circuito del genere può aiutare a risolvere il problema dell'alimentazione di un disco rigido da 3,5 pollici in un'auto.
Inoltre, tali convertitori possono aiutare a risolvere il problema, che è già diventato popolare, di ottenere una tensione di 3,3 Volt da una batteria al litio nell'intervallo 3-4,2 Volt.

Ma prima trasformiamo il diagramma condizionale in uno schema di principio.

Dopodiché lo trasformeremo in una traccia, non scolpiremo tutto sul circuito.

Bene, adesso salterò i passaggi descritti in uno dei miei tutorial, in cui ho mostrato come realizzare un circuito stampato.
Il risultato è stato una piccola tavola, le dimensioni della tavola erano 28x22,5, lo spessore dopo aver sigillato le parti era 8 mm.

Ho dissotterrato ogni sorta di parti diverse in giro per casa.
Ho avuto delle strozzature in una delle recensioni.
Ci sono sempre resistenze.
I condensatori erano parzialmente presenti e parzialmente rimossi da vari dispositivi.
Quello in ceramica da 10 µF è stato prelevato da un vecchio hard disk (si trovano anche sulle schede monitor), quello SMD in alluminio è stato prelevato da un vecchio CD-ROM.

Ho saldato la sciarpa ed è venuta bene. Avrei dovuto fare una foto su qualche scatola di fiammiferi, ma mi sono dimenticato. Le dimensioni del tabellone sono circa 2,5 volte più piccole di una scatola di fiammiferi.

La tavola è più vicina, ho provato a sistemarla più strettamente, non c'è molto spazio libero.
Un resistore da 0,25 Ohm è formato in quattro resistori da 1 Ohm in parallelo su 2 livelli.

Le foto sono tantissime quindi le metto sotto spoiler

Ho controllato in quattro intervalli, ma per caso si è scoperto che erano cinque, non ho resistito, ma ho semplicemente scattato un'altra foto.
Non avevo un resistore da 13K, ho dovuto saldarlo a 12, quindi la tensione di uscita è leggermente sottostimata.
Ma dal momento che ho realizzato la scheda semplicemente per testare il microcircuito (cioè questa scheda stessa non ha più alcun valore per me) e scrivere una recensione, non mi sono preoccupato.
Il carico era una lampada a incandescenza, la corrente di carico era di circa 225 mA

Ingresso 9 Volt, uscita 11.45

L'ingresso è 11 Volt, l'uscita è 11,44.

L'ingresso è di 13 volt, l'uscita è sempre la stessa 11,44

L'ingresso è di 15 Volt, l'uscita è di nuovo 11,44. :)

Dopodiché ho pensato di finirlo, ma poiché il diagramma indicava un'autonomia fino a 16 Volt, ho deciso di controllare a 16.
All'ingresso 16.28, all'uscita 11.44

Da quando ho in mano un oscilloscopio digitale, ho deciso di prendere degli oscillogrammi.

Li ho anche nascosti sotto lo spoiler, dato che ce ne sono parecchi

Questo ovviamente è un giocattolo, la potenza del convertitore è ridicola, sebbene utile.
Ma ne ho presi altri per un amico su Aliexpress.
Forse sarà utile a qualcuno.

Quest'opera parlerà di 3 eroi. Perché gli eroi?))) Sin dai tempi antichi, gli eroi sono i difensori della Patria, persone che hanno “rubato”, cioè salvato, e non, come adesso, “rubato”, ricchezza.. I nostri azionamenti sono convertitori di impulsi, 3 tipi (scenditore, salitore, inverter). Inoltre, tutti e tre si trovano su un chip MC34063 e su un tipo di bobina DO5022 con un'induttanza di 150 μH. Sono utilizzati come parte di un interruttore di segnale a microonde utilizzando diodi pin, il cui circuito e scheda sono forniti alla fine di questo articolo.

Calcolo di un convertitore step-down DC-DC (step-down, buck) sul chip MC34063

Il calcolo viene effettuato utilizzando il metodo standard “AN920/D” di ON Semiconductor. Lo schema elettrico del convertitore è mostrato in Figura 1. I numeri degli elementi del circuito corrispondono all'ultima versione del circuito (dal file “Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH”).

Fig. 1 Schema elettrico di un driver step-down.

Uscite IC:

Conclusione 1 - SWC(collettore interruttore) - collettore transistor di uscita

Conclusione 2 - S.W.E.(emettitore interruttore) - emettitore del transistor di uscita

Conclusione 3 - TS(condensatore di temporizzazione) - ingresso per il collegamento di un condensatore di temporizzazione

Conclusione 4 - GND– massa (si collega al filo comune del riduttore DC-DC)

Conclusione 5 - CII(FB) (ingresso invertente del comparatore) - ingresso invertente del comparatore

Conclusione 6 - VCC- nutrizione

Conclusione 7 - Ipk— ingresso del circuito di limitazione della corrente massima

Conclusione 8 - Repubblica Democratica del Congo(collettore driver) - il collettore del driver del transistor di uscita (un transistor bipolare collegato secondo un circuito Darlington situato all'interno del microcircuito viene utilizzato anche come driver del transistor di uscita).

Elementi:

L3- acceleratore. Meglio usare l'acceleratore tipo aperto(non completamente chiuso con ferrite) - Serie DO5022T di Coilkraft o RLB di Bourns, poiché tale induttanza entra in saturazione con una corrente più elevata rispetto alle comuni induttanze di tipo chiuso CDRH Sumida. È preferibile utilizzare induttanze con induttanza maggiore rispetto al valore calcolato ottenuto.

Dalle 11- condensatore di temporizzazione, determina la frequenza di conversione. La frequenza di conversione massima per i chip 34063 è di circa 100 kHz.

R24, R21— partitore di tensione per il circuito comparatore. L'ingresso non invertente del comparatore è alimentato con una tensione di 1,25 V dal regolatore interno e l'ingresso invertente è alimentato dal divisore di tensione. Quando la tensione del partitore diventa uguale alla tensione del regolatore interno, il comparatore commuta il transistor di uscita.

C2, C5, C8 e C17, C18— filtri di uscita e di ingresso, rispettivamente. La capacità del filtro di uscita determina la quantità di ondulazione della tensione di uscita. Se nel processo di calcoli risulta che per dato valore l'ondulazione richiede una capacità molto grande, è possibile eseguire il calcolo per ondulazioni grandi e quindi utilizzare un filtro LC aggiuntivo. La capacità di ingresso viene solitamente presa a 100 ... 470 μF (la raccomandazione TI è almeno 470 μF), anche la capacità di uscita viene presa a 100 ... 470 μF (presa 220 μF).

R 11-12-13 (RSC)- resistore di rilevamento della corrente. È necessario per il circuito di limitazione della corrente. Corrente massima del transistor di uscita per MC34063 = 1,5 A, per AP34063 = 1,6 A. Se la corrente di commutazione di picco supera questi valori, il microcircuito potrebbe bruciarsi. Se è noto con certezza che la corrente di picco non si avvicina nemmeno ai valori massimi, non è possibile installare questo resistore. Il calcolo viene effettuato specificatamente per la corrente di picco (del transistor interno). Quando si utilizza un transistor esterno, la corrente di picco lo attraversa, mentre una corrente più piccola (di controllo) scorre attraverso il transistor interno.

VT 4 – un transistor bipolare esterno viene inserito nel circuito quando la corrente di picco calcolata supera 1,5 A (con una corrente di uscita elevata). Altrimenti, il surriscaldamento del microcircuito può portare al suo guasto. Modalità operativa (corrente di base del transistor) R 26 , R 28 .

VD 2 – Diodo Schottky o diodo ultraveloce per tensione (diretta e inversa) di almeno 2U in uscita

Procedura di calcolo:

• Selezionare le tensioni nominali di ingresso e di uscita: V dentro, V fuori e massimo

corrente di uscita io fuori.

Nel nostro schema V ingresso =24V, V uscita =5V, I uscita =500mA(massimo 750 mA)

• Selezionare la tensione di ingresso minima V(min) e frequenza operativa minima fmin con selezionato V dentro E io fuori.

Nel nostro schema V in(min) =20V (secondo le specifiche tecniche), scegliere fmin =50 kHz

3) Calcolare il valore (t acceso +t spento) max secondo la formula (t acceso +t spento) max =1/f min, t acceso(massimo)- tempo massimo in cui il transistor di uscita è aperto, toff(massimo)— tempo massimo in cui il transistor di uscita è chiuso.

(t acceso +t spento) max =1/f min =1/50kHz=0.02 SM=20 µS

Calcola il rapporto t acceso/t spento secondo la formula t acceso /t spento =(V out +V F)/(V in(min) -V sat -V out), Dove VF- caduta di tensione attraverso il diodo (caduta di tensione diretta - diretta), V sat- la caduta di tensione sul transistor di uscita quando è in uno stato completamente aperto (saturazione - tensione di saturazione) ad una determinata corrente. V sat determinato dai grafici o dalle tabelle forniti nella documentazione. Dalla formula è chiaro che di più V dentro, V fuori e quanto più differiscono tra loro, tanto minore influiscono sul risultato finale VF E V sat.

(t on /t off) max =(V out +V F)/(V in(min) -V sat -V out)=(5+0,8)/(20-0,8-5)=5,8/14,2=0,408

4) Conoscere t acceso/t spento E (t acceso +t spento) max risolvere il sistema di equazioni e trovare t acceso(massimo).

t spento = (t acceso +t spento) max / ((t acceso /t spento) max +1) =20µS/(0.408+1)=14.2 µS

tonnellata (massimo) =20- t spento=20-14,2 µS=5,8 µS

5) Trova la capacità del condensatore di temporizzazione Dalle 11 (Ct) secondo la formula:

C 11 = 4,5*10 -5 *t su(massimo).

C 11 = 4.5*10 -5 * tonnellata (massimo) =4,5*10 - 5*5,8 µS=261pF(questo è il valore minimo), prendi 680pF

Minore è la capacità, maggiore è la frequenza. La capacità 680pF corrisponde alla frequenza 14KHz

6) Trova la corrente di picco attraverso il transistor di uscita: I PK(scambio) =2*I fuori. Se risulta essere maggiore della corrente massima del transistor di uscita (1,5 ... 1,6 A), un convertitore con tali parametri è impossibile. È necessario ricalcolare il circuito per una corrente di uscita inferiore ( io fuori) oppure utilizzare un circuito con un transistor esterno.

I PK(interruttore) =2*I fuori =2*0,5=1UN(per corrente di uscita massima 750 mA I PK(interruttore) = 1.4A)

7) Calcola RSC secondo la formula: R sc =0,3/I PK(interruttore).

R sc =0,3/I PK(interruttore) =0,3/1=0,3 Ohm, Colleghiamo 3 resistori in parallelo ( R 11-12-13) 1 ohm

8) Calcolare la capacità minima del condensatore del filtro di uscita: C 17 =I PK(interruttore) *(t on +t off) max /ripple 8V(p-p), Dove Ondulazione V (p-p)— valore massimo dell'ondulazione della tensione di uscita. La capacità massima è presa dai valori standard più vicini a quello calcolato.

Dalle 17 =Io PK (interruttore) *(tonnellata+ t spento) massimo/8 Ondulazione V (P — P) =1*14,2 µS/8*50 mV=50 µF, prendi 220 µF

9) Calcolare l'induttanza minima dell'induttore:

l 1(min) = tonnellata (massimo) *(V dentro (min) — V sat— V fuori)/ Io PK (interruttore) . Se C 17 e L 1 sono troppo grandi, puoi provare ad aumentare la frequenza di conversione e ripetere il calcolo. Maggiore è la frequenza di conversione, minore è la capacità minima del condensatore di uscita e l'induttanza minima dell'induttore.

L 1(min) =t on(max) *(V in(min) -V sat -V out)/I PK(interruttore) =5,8µS *(20-0.8-5)/1=82.3 µH

Questa è l'induttanza minima. Per il microcircuito MC34063, l'induttore deve essere selezionato con un valore di induttanza deliberatamente maggiore rispetto al valore calcolato. Scegliamo L=150μH da CoilKraft DO5022.

10) Le resistenze dei divisori vengono calcolate dal rapporto Vuscita =1,25*(1+R 24 /R 21). Questi resistori devono essere di almeno 30 ohm.

Per V out = 5V prendiamo quindi R 24 = 3,6KR 21 =1,2K

Il calcolo online http://uiut.org/master/mc34063/ mostra la correttezza dei valori calcolati (eccetto Ct=C11):

Esiste anche un altro calcolo online http://radiohlam.ru/teory/stepdown34063.htm, che mostra anche la correttezza dei valori calcolati.

12) Secondo le condizioni di calcolo del paragrafo 7 la corrente di picco di 1A (Max 1,4A) è prossima alla corrente massima del transistor (1,5...1,6 A), è consigliabile installare un transistor esterno già al picco corrente di 1A, per evitare il surriscaldamento del microcircuito. Questo è fatto. Selezioniamo il transistor VT4 MJD45 (tipo PNP) con un coefficiente di trasferimento di corrente di 40 (è consigliabile prendere h21e il più alto possibile, poiché il transistor funziona in modalità saturazione e la caduta di tensione ai suoi capi è di circa = 0,8 V). Alcuni produttori di transistor indicano nel titolo della scheda tecnica che la tensione di saturazione Usat è bassa, circa 1 V, che è ciò da cui dovresti orientarti.

Calcoliamo la resistenza dei resistori R26 e R28 nei circuiti del transistor selezionato VT4.

Corrente di base del transistor VT4: IO b= Io PK (interruttore) / H 21 eh . IO b=1/40=25mA

Resistenza nel circuito BE: R 26 =10*H21e/ Io PK (interruttore) . R 26 =10*40/1=400 Ohm (prendi R 26 =160 Ohm)

Corrente attraverso il resistore R 26: I RBE =V BE /R 26 =0,8/160=5mA

Resistenza nel circuito di base: R 28 =(Vin(min)-Vsat(autista)-V RSC -V BEQ 1)/(I B +I RBE)

R 28 =(20-0,8-0,1-0,8)/(25+5)=610 Ohm, puoi prendere meno di 160 Ohm (come R 26, poiché il transistor Darlington integrato può fornire più corrente per un resistore più piccolo.

13) Calcolare gli elementi smorzatori R 32, C 16. (vedere il calcolo del circuito boost e lo schema seguente).

14) Calcoliamo gli elementi del filtro di uscita l 5 , R 37, C 24 (G. Ott “Metodi per la soppressione del rumore e delle interferenze in sistemi elettronici” p.120-121).

Ho scelto: bobina L5 = 150 µH (stesso tipo di induttanza con resistenza resistiva attiva Rdross = 0,25 ohm) e C24 = 47 µF (il circuito indica un valore maggiore di 100 µF)

Calcoliamo il decremento dell'attenuazione del filtro xi =((R+Rdross)/2)* root(C/L)

R=R37 viene impostato quando il decremento dell'attenuazione è inferiore a 0,6, per eliminare il superamento della risposta in frequenza relativa del filtro (risonanza del filtro). Altrimenti, il filtro a questa frequenza di taglio amplificherà le oscillazioni anziché attenuarle.

Senza R37: Ksi=0,25/2*(radice 47/150)=0,07 - la risposta in frequenza salirà a +20dB, il che è negativo, quindi impostiamo R=R37=2,2 Ohm, quindi:

C R37: Xi = (1+2,2)/2*(radice 47/150) = 0,646 - con Xi 0,5 o più, la risposta in frequenza diminuisce (non c'è risonanza).

La frequenza di risonanza del filtro (frequenza di taglio) Fср=1/(2*pi*L*C) deve trovarsi al di sotto delle frequenze di conversione del microcircuito (filtrando quindi queste alte frequenze 10-100 kHz). Per i valori indicati di L e C, otteniamo Faver = 1896 Hz, che è inferiore alla frequenza operativa del convertitore 10-100 kHz. La resistenza R37 non può essere aumentata di più di pochi Ohm, poiché la tensione ai suoi capi diminuirà (con una corrente di carico di 500 mA e R37=2,2 Ohm, la caduta di tensione sarà Ur37=I*R=0,5*2,2=1,1 V) .

Tutti gli elementi del circuito sono selezionati per il montaggio su superficie

Oscillogrammi di funzionamento in vari punti del circuito del convertitore buck:

15) a) Oscillogrammi senza carico ( Uin=24V, Uout=+5V):

Tensione +5 V all'uscita del convertitore (sul condensatore C18) senza carico

Il segnale sul collettore del transistor VT4 ha una frequenza di 30-40 Hz, poiché senza carico, il circuito consuma circa 4 mA senza carico

Segnali di controllo sul pin 1 del microcircuito (inferiore) e basato sul transistor VT4 (superiore) senza carico

b) Oscillogrammi sotto carico(Uin=24V, Uout=+5V), con capacità di regolazione della frequenza c11=680pF. Cambiamo il carico diminuendo la resistenza del resistore (3 oscillogrammi sotto). La corrente di uscita dello stabilizzatore aumenta, così come quella di ingresso.

Carico - 3 resistori da 68 ohm in parallelo ( 221 mA) Corrente di ingresso – 70 mA

Raggio giallo - segnale basato su transistor (controllo) Raggio blu: segnale sul collettore del transistor (uscita) Carico - 5 resistori da 68 ohm in parallelo ( 367 mA) Corrente di ingresso – 110 mA

Raggio giallo - segnale basato su transistor (controllo) Raggio blu: segnale sul collettore del transistor (uscita) Carico - 1 resistenza da 10 ohm ( 500mA) Corrente di ingresso – 150 mA

Conclusione: a seconda del carico, la frequenza di ripetizione degli impulsi cambia, con un carico maggiore la frequenza aumenta, quindi scompaiono le pause (+5 V) tra le fasi di accumulo e di rilascio, rimangono solo impulsi rettangolari - lo stabilizzatore funziona "al limite" di le sue capacità. Questo può essere visto anche nell'oscillogramma sottostante, quando la tensione della "sega" presenta picchi: lo stabilizzatore entra in modalità di limitazione di corrente.

c) Tensione sulla capacità di impostazione della frequenza c11=680pF con un carico massimo di 500mA

Raggio giallo - segnale di capacità (sega di controllo) Raggio blu: segnale sul collettore del transistor (uscita) Carico - 1 resistenza da 10 ohm ( 500mA) Corrente di ingresso – 150 mA

d) Ondulazione di tensione all'uscita dello stabilizzatore (c18) ad un carico massimo di 500 mA

Raggio giallo - segnale di pulsazione in uscita (s18) Carico - 1 resistenza da 10 ohm ( 500mA)

Ondulazione di tensione all'uscita del filtro LC(R) (c24) con un carico massimo di 500 mA

Raggio giallo - segnale ondulato all'uscita del filtro LC(R) (c24) Carico - 1 resistenza da 10 ohm ( 500mA)

Conclusione: l'intervallo di tensione di ripple picco-picco è diminuito da 300 mV a 150 mV.

e) Oscillogramma delle oscillazioni smorzate senza smorzatore:

Raggio blu - su un diodo senza smorzatore (è visibile l'inserimento di un impulso nel tempo non uguale al periodo, poiché non si tratta di PWM, ma di PFM)

Oscillogramma delle oscillazioni smorzate senza snubber (ingrandito):

Calcolo di un convertitore DC-DC step-up e boost sul chip MC34063

http://uiut.org/master/mc34063/. Per il driver boost, è sostanzialmente uguale al calcolo del driver buck, quindi ci si può fidare. Durante il calcolo online, lo schema passa automaticamente allo schema standard da “AN920/D”.I dati di input, i risultati del calcolo e lo schema standard stesso sono presentati di seguito.

— transistor a canale N ad effetto di campo VT7 IRFR220N. Aumenta la capacità di carico del microcircuito e consente una commutazione rapida. Selezionato da: Il circuito elettrico del convertitore boost è mostrato in Figura 2. I numeri degli elementi del circuito corrispondono all'ultima versione del circuito (dal file “Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH”). Ci sono elementi nel diagramma che non sono attivi schema standard calcolo in linea. Questi sono i seguenti elementi:

• Massima tensione drain-source V DSS =200 V, perché la tensione di uscita è alta +94 V
• Bassa caduta di tensione sul canale RDS(acceso)max =0,6OM. Minore è la resistenza del canale, minori sono le perdite di riscaldamento e maggiore è l'efficienza.
• Piccola capacità (ingresso), che determina la carica del gate Qg (Addebito totale al cancello) e bassa corrente di ingresso del gate. Per un dato transistor IO=Qg*FSW=15nC*50 KHz=750uA.
• Corrente di drenaggio massima Id=5A, poiché la corrente impulsiva Ipk=812 mA con corrente di uscita 100 mA

- elementi divisori di tensione R30, R31 e R33 (riduce la tensione per il gate VT7, che non deve essere superiore a V GS = 20V)

- scaricare gli elementi della capacità di ingresso VT7 - R34, VD3, VT6 quando si commuta il transistor VT7 allo stato chiuso. Riduce il tempo di decadimento del gate VT7 da 400 nS (non mostrato) a 50 nS (forma d'onda con tempo di decadimento di 50 nS). Il registro 0 sul pin 2 del microcircuito apre il transistor PNP VT6 e la capacità del gate di ingresso viene scaricata attraverso la giunzione CE VT6 (più velocemente rispetto al semplice resistore R33, R34).

— la bobina L risulta essere molto grande nel calcolo, viene selezionato un valore nominale inferiore L = L4 (Fig. 2) = 150 μH

— elementi smorzatori C21, R36.

Calcolo dello smorzatore:

Quindi L=1/(4*3,14^2*(1,2*10^6)^2*26*10^-12)=6,772*10^4 Rsn=√(6,772*10^4 /26*10^- 12)=5,1KOhm

La dimensione della capacità dello smorzatore è solitamente una soluzione di compromesso, poiché, da un lato, maggiore è la capacità, migliore è il livellamento ( meno numero oscillazioni), d'altra parte, ad ogni ciclo la capacità si ricarica e dissipa parte dell'energia utile attraverso il resistore, il che influisce sull'efficienza (di solito, uno snubber di progettazione normale riduce l'efficienza molto leggermente, entro un paio di punti percentuali).

Installando un resistore variabile, abbiamo determinato la resistenza in modo più accurato R=1 K

Fig.2 Schema elettrico di un driver step-up, boost.

Oscillogrammi di funzionamento in vari punti del circuito del convertitore boost:

a) Tensione in vari punti senza carico:

Tensione di uscita: 94 V senza carico

Tensione di gate senza carico

Tensione di scarico senza carico

b) tensione al gate (raggio giallo) e al drain (raggio blu) del transistor VT7:

sul gate e sullo scarico sotto carico la frequenza cambia da 11 kHz (90 µs) a 20 kHz (50 µs) - questo non è PWM, ma PFM

sul cancello e scarico sotto carico senza ammortizzatore (allungato - 1 periodo di oscillazione)

su saracinesca e scarico sotto carico con ammortizzatore

c) tensione del bordo anteriore e posteriore pin 2 (raggio giallo) e sul gate (raggio blu) VT7, sega pin 3:

blu - tempo di salita di 450 ns sul gate VT7

Giallo: tempo di salita 50 ns per pin 2 chip blu - tempo di salita di 50 ns sul gate VT7

sega su Ct (pin 3 di IC) con rilascio di controllo F=11k

Calcolo dell'inverter DC-DC (step-up/step-down, inverter) sul chip MC34063

Anche il calcolo viene effettuato utilizzando il metodo standard “AN920/D” di ON Semiconductor.

Il calcolo può essere effettuato immediatamente “online” http://uiut.org/master/mc34063/. Per un driver invertente, è sostanzialmente lo stesso del calcolo per un driver buck, quindi ci si può fidare. Durante il calcolo online, lo schema passa automaticamente allo schema standard da “AN920/D”.I dati di input, i risultati del calcolo e lo schema standard stesso sono presentati di seguito.

— transistor bipolare PNP VT7 (aumenta la capacità di carico) Il circuito elettrico del convertitore invertente è mostrato in Figura 3. I numeri degli elementi del circuito corrispondono all'ultima versione del circuito (dal file “Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH "). Lo schema contiene elementi che non sono compresi nello schema standard di calcolo online. Questi sono i seguenti elementi:

— elementi divisori di tensione R27, R29 (imposta la corrente di base e la modalità operativa del VT7),

— elementi smorzatori C15, R35 (sopprime le vibrazioni indesiderate provenienti dall'acceleratore)

Alcune componenti differiscono da quelle calcolate:

• la bobina L è presa inferiore al valore calcolato L = L2 (Fig. 3) = 150 μH (tutte le bobine sono dello stesso tipo)
• la capacità di uscita viene presa inferiore a quella calcolata C0=C19=220μF
• Il condensatore di regolazione della frequenza è preso C13=680pF, corrispondente ad una frequenza di 14KHz
• resistori divisori R2=R22=3,6K, R1=R25=1,2K (presi per primi per tensione di uscita -5 V) e resistori finali R2=R22=5,1K, R1=R25=1,2K (tensione di uscita -6,5 V)

Il resistore limitatore di corrente viene preso Rsc - 3 resistori in parallelo, 1 Ohm ciascuno (resistenza risultante 0,3 Ohm)

Fig.3 Schema elettrico dell'inverter (step up/step down, inverter).

Oscillogrammi di funzionamento in vari punti del circuito dell'inverter:

a) con tensione di ingresso +24V senza carico:

uscita -6,5 V senza carico

sul collettore – accumulo e rilascio di energia senza carico

sul pin 1 e sulla base del transistor senza carico

sulla base e sul collettore del transistor senza carico

ondulazione in uscita senza carico

Quando lo sviluppatore di qualsiasi dispositivo si trova di fronte alla domanda "Come ottenere la tensione richiesta?", La risposta è solitamente semplice: uno stabilizzatore lineare. Il loro indubbio vantaggio è il basso costo e il cablaggio minimo. Ma oltre a questi vantaggi, hanno uno svantaggio: un forte riscaldamento. Gli stabilizzatori lineari convertono molta preziosa energia in calore. Pertanto, l'uso di tali stabilizzatori nei dispositivi alimentati a batteria non è consigliabile. Sono più economici Convertitori DC-DC. E' di questo che parleremo.

Vista posteriore:

Prima di me è già stato detto tutto sui principi di funzionamento, quindi non mi dilungherò su questo. Lasciatemi solo dire che tali convertitori sono disponibili in convertitori Step-UP (step-up) e Step-Down (step-down). Ovviamente ero interessato a quest'ultimo. Puoi vedere cosa è successo nella foto sopra. I circuiti del convertitore sono stati attentamente ridisegnati da me dal datasheet :-) Cominciamo con il convertitore Step-Down:

Come puoi vedere, niente di complicato. I resistori R3 e R2 formano un divisore da cui la tensione viene rimossa e fornita alla gamba feedback microcircuiti MC34063. Di conseguenza, modificando i valori di questi resistori, è possibile modificare la tensione all'uscita del convertitore. Il resistore R1 serve a proteggere il microcircuito da guasti in caso di cortocircuito. Se invece si salda un ponticello, la protezione verrà disabilitata e il circuito potrebbe emettere un fumo magico su cui opera tutta l'elettronica. :-) Maggiore è la resistenza di questo resistore, minore è la corrente che il convertitore può erogare. Con la sua resistenza di 0,3 ohm, la corrente non supererà mezzo ampere. A proposito, tutti questi resistori possono essere calcolati dal mio. Ho preso lo starter già pronto, ma nessuno mi vieta di caricarlo da solo. La cosa principale è che abbia la corrente richiesta. Anche il diodo è qualsiasi Schottky e anche per la corrente richiesta. Come ultima risorsa, è possibile collegare in parallelo due diodi a bassa potenza. Le tensioni dei condensatori non sono indicate nello schema; devono essere scelte in base alla tensione di ingresso e di uscita. E' meglio prenderlo con doppia riserva.
Il convertitore Step-UP presenta piccole differenze nel suo circuito:

I requisiti per le parti sono gli stessi dello Step-Down. Per quanto riguarda la qualità della tensione di uscita risultante, è abbastanza stabile e le increspature sono, come si suol dire, piccole. (Non posso parlare personalmente delle increspature poiché non ho ancora un oscilloscopio). Domande, suggerimenti nei commenti.

L'MC34063 è un tipo abbastanza comune di microcontrollore per la realizzazione di convertitori di tensione sia da bassa ad alta che da alta a bassa. Le caratteristiche del microcircuito risiedono nelle sue caratteristiche tecniche e indicatori di prestazione. Il dispositivo può gestire bene i carichi con una corrente di commutazione fino a 1,5 A, il che indica un'ampia gamma di utilizzo in vari convertitori di impulsi con elevate caratteristiche pratiche.

Descrizione del chip

Stabilizzazione e conversione della tensione- Questa è una funzione importante utilizzata in molti dispositivi. Si tratta di tutti i tipi di alimentatori regolati, circuiti di conversione e alimentatori integrati di alta qualità. La maggior parte dell'elettronica di consumo è progettata specificamente su questo MS, perché ha caratteristiche di prestazioni elevate e commuta una corrente abbastanza grande senza problemi.

L'MC34063 ha un oscillatore integrato, quindi per far funzionare il dispositivo e iniziare a convertire la tensione a diversi livelli, è sufficiente fornire una polarizzazione iniziale collegando un condensatore da 470pF. Questo controllore è molto popolare tra un gran numero di radioamatori. Il chip funziona bene in molti circuiti. E avendo una topologia semplice e semplice dispositivo tecnico, puoi facilmente comprendere il principio del suo funzionamento.

Un tipico circuito di connessione è costituito dai seguenti componenti:

• 3 resistori;
• diodo;
• 3 condensatori;
• induttanza.

Considerando il circuito per ridurre la tensione o stabilizzarla, puoi vedere che è dotato di un feedback profondo e di un transistor di uscita abbastanza potente, che fa passare la tensione attraverso se stesso in una corrente continua.

Circuito di commutazione per la riduzione e la stabilizzazione della tensione

Dal diagramma si può vedere che la corrente nel transistor di uscita è limitata dal resistore R1 e il componente temporale per impostare la frequenza di conversione richiesta è il condensatore C2. L'induttanza L1 accumula energia quando il transistor è aperto e quando è chiuso viene scaricata attraverso il diodo sul condensatore di uscita. Il coefficiente di conversione dipende dal rapporto tra le resistenze dei resistori R3 e R2.

Lo stabilizzatore PWM funziona in modalità impulso:

Quando un transistor bipolare si accende, l'induttanza guadagna energia, che poi si accumula nella capacità di uscita. Questo ciclo viene ripetuto continuamente, garantendo un livello di uscita stabile. A condizione che all'ingresso del microcircuito sia presente una tensione di 25 V, alla sua uscita sarà 5 V con una corrente di uscita massima fino a 500 mA.

La tensione può essere aumentata modificando il tipo di rapporto di resistenza nel circuito di feedback collegato all'ingresso. Viene utilizzato anche come diodo di scarica durante l'azione della forza elettromotrice posteriore accumulata nella bobina al momento della sua carica con il transistor aperto.

Usando questo schema nella pratica, è possibile produrre in modo altamente efficiente convertitore dollaro. In questo caso, il microcircuito non consuma energia in eccesso, che viene rilasciata quando la tensione scende a 5 o 3,3 V. Il diodo è progettato per fornire una scarica inversa dell'induttanza al condensatore di uscita.

Modalità di riduzione degli impulsi la tensione consente di risparmiare notevolmente la carica della batteria quando si collegano dispositivi a basso consumo. Ad esempio, quando si utilizza uno stabilizzatore parametrico convenzionale, il suo riscaldamento durante il funzionamento richiede almeno il 50% della potenza. Cosa possiamo dire allora se è necessaria una tensione di uscita di 3,3 V? Una sorgente così step-down con un carico di 1 W consumerà tutti i 4 W, il che è importante quando si sviluppano dispositivi affidabili e di alta qualità.

Come dimostra la pratica dell'utilizzo dell'MC34063, la perdita di potenza media è ridotta almeno al 13%, il che è diventato l'incentivo più importante per la sua implementazione pratica per alimentare tutti i consumatori a bassa tensione. E tenendo conto del principio di controllo dell'ampiezza dell'impulso, il microcircuito si riscalderà in modo insignificante. Pertanto non sono necessari radiatori per raffreddarlo. L'efficienza media di un tale circuito di conversione è almeno dell'87%.

Regolazione del voltaggio all'uscita del microcircuito viene effettuato grazie a un partitore resistivo. Quando supera il valore nominale di 1,25 V, il comparatore commuta il trigger e chiude il transistor. Questa descrizione descrive un circuito di riduzione della tensione con un livello di uscita di 5 V. Per modificarlo, aumentarlo o diminuirlo sarà necessario modificare i parametri del divisore di ingresso.

Un resistore di ingresso viene utilizzato per limitare la corrente dell'interruttore di commutazione. Calcolato come il rapporto tra la tensione di ingresso e la resistenza del resistore R1. Per organizzare uno stabilizzatore di tensione regolabile, il punto centrale del resistore variabile è collegato al pin 5 del microcircuito. Un'uscita è per il filo comune e la seconda è per l'alimentatore. Il sistema di conversione funziona in una banda di frequenza di 100 kHz; se cambia l'induttanza, è possibile modificarla. Al diminuire dell'induttanza, la frequenza di conversione aumenta.

Altre modalità operative

Oltre alle modalità operative di riduzione e stabilizzazione, vengono spesso utilizzate anche le modalità boost. differisce in quanto l'induttanza non è in uscita. La corrente lo attraversa quando la chiave è chiusa e, quando sbloccata, fornisce una tensione negativa al terminale inferiore dell'induttanza.

Il diodo, a sua volta, fornisce una scarica di induttanza al carico in una direzione. Pertanto, quando l'interruttore è aperto, sul carico vengono generati 12 V dalla fonte di alimentazione e la corrente massima e quando è chiuso sul condensatore di uscita sale a 28 V. L'efficienza del circuito boost è almeno dell'83%. Caratteristica del circuito quando si opera in questa modalità, il transistor di uscita si accende senza problemi, il che è garantito limitando la corrente di base tramite un resistore aggiuntivo collegato al pin 8 dell'MS. La frequenza di clock del convertitore è impostata da un piccolo condensatore, principalmente 470 pF, mentre è 100 kHz.

La tensione di uscita è determinata dalla seguente formula:

Uout=1,25*R3 *(R2+R3)

Utilizzando il circuito sopra per collegare il microcircuito MC34063A, è possibile realizzare un convertitore di tensione step-up alimentato da USB a 9, 12 o più volt, a seconda dei parametri del resistore R3. Per eseguire un calcolo dettagliato delle caratteristiche del dispositivo, è possibile utilizzare un calcolatore speciale. Se R2 è 2,4k ohm e R3 è 15k ohm, il circuito convertirà 5 V in 12 V.

Circuito di aumento di tensione MC34063A con transistor esterno

Il circuito presentato utilizza un transistor ad effetto di campo. Ma c'era un errore. Sul transistor bipolare è necessario cambiare in alcuni luoghi K-E. Di seguito è riportato uno schema dalla descrizione. Il transistor esterno viene selezionato in base alla corrente di commutazione e alla potenza di uscita.

Molto spesso, per alimentare sorgenti luminose a LED, questo particolare microcircuito viene utilizzato per realizzare un convertitore step-down o step-up. Alta efficienza, basso consumo ed elevata stabilità della tensione di uscita sono i principali vantaggi dell'implementazione del circuito. Esistono molti circuiti driver LED con caratteristiche diverse.

Come uno dei tanti esempi applicazione pratica Puoi considerare il seguente diagramma qui sotto.

Lo schema funziona come segue:

Quando viene applicato un segnale di controllo, il trigger interno dell'MS viene bloccato e il transistor viene chiuso. E la corrente di carica del transistor ad effetto di campo scorre attraverso il diodo. Quando l'impulso di controllo viene rimosso, il trigger passa al secondo stato e apre il transistor, che porta alla scarica del gate VT2. Questa connessione di due transistor Fornisce accensione e spegnimento rapidi VT1, che riduce la probabilità di riscaldamento per l'assenza quasi totale di una componente variabile. Per calcolare la corrente che scorre attraverso i LED è possibile utilizzare: I=1,25V/R2.

Caricabatterie per MC34063

Il controller MC34063 è universale. Oltre agli alimentatori, può essere utilizzato per progettare un caricabatterie per telefoni con una tensione di uscita di 5 V. Di seguito è riportato uno schema dell'implementazione del dispositivo. Suo principio di funzionamento si spiega come nel caso di una regolare conversione al ribasso. La corrente di carica della batteria in uscita è fino a 1 A con un margine del 30%. Per aumentarlo, è necessario utilizzare un transistor esterno, ad esempio KT817 o qualsiasi altro.