Circuitul de comutare Mc34063 de la un transformator. Regulatoare de tensiune de comutare MC34063A, MC33063A, NCV33063A. Circuit de comutare pentru reducerea și stabilizarea tensiunii

Sursele de alimentare de la rețea sunt adesea folosite pentru a alimenta echipamentele electronice portabile acasă. Dar acest lucru nu este întotdeauna convenabil, deoarece nu există întotdeauna o priză electrică gratuită la locul de utilizare. Ce se întâmplă dacă trebuie să aveți mai multe surse de alimentare diferite?

Una dintre soluțiile potrivite este realizarea unei surse de energie universală. Și ca sursă de alimentare externă, utilizați, în special, portul USB al unui computer personal. Nu este un secret pentru nimeni faptul că versiunea standard oferă energie pentru dispozitivele electronice externe cu o tensiune de 5V și un curent de sarcină de cel mult 500 mA.

Dar, din păcate, majoritatea echipamentelor electronice portabile necesită 9 sau 12V pentru funcționarea normală. Un microcircuit specializat va ajuta la rezolvarea problemei. convertor de tensiune pe MC34063, ceea ce va facilita foarte mult producția cu parametrii necesari.

Schema bloc a convertorului mc34063:

MC34063 Limite de operare

Descrierea circuitului convertizorului

Mai jos este o diagramă schematică a unei opțiuni de alimentare care vă permite să obțineți 9V sau 12V de la un port USB de 5V de pe un computer.

Circuitul se bazează pe un microcircuit specializat MC34063 (analogul său rusesc K1156EU5). Convertorul de tensiune MC34063 este un circuit de control electronic pentru un convertor DC/DC.

Are o referință de tensiune compensată cu temperatură (CVS), un oscilator cu ciclu de lucru variabil, un comparator, un circuit de limitare a curentului, o treaptă de ieșire și un comutator de curent ridicat. Acest cip este fabricat special pentru a fi utilizat în convertizoarele electronice boost, buck și inversoare cu cel mai mic număr de elemente.

Tensiunea de ieșire obținută ca rezultat al funcționării este setată de două rezistențe R2 și R3. Alegerea se face pe baza faptului că intrarea comparatorului (pin 5) ar trebui să aibă o tensiune de 1,25 V. Puteți calcula rezistența rezistențelor pentru circuit folosind o formulă simplă:

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

Cunoscând tensiunea de ieșire necesară și rezistența rezistorului R3, puteți determina destul de ușor rezistența rezistorului R2.

Deoarece tensiunea de ieșire este determinată de , circuitul poate fi îmbunătățit foarte mult prin includerea unui comutator în circuit care îi permite să obțină diferite valori după cum este necesar. Mai jos este o versiune a convertorului MC34063 pentru două tensiuni de ieșire (9 și 12 V)

Să luăm în considerare un circuit tipic al unui convertor boost DC/DC bazat pe 34063 cipuri:

Ieșiri IC:

1. SWC(colector comutator) - colector tranzistor de ieșire
2. S.W.E.(emițător comutator) - emițător al tranzistorului de ieșire
3. Tc(condensator de temporizare) - intrare pentru conectarea unui condensator de temporizare
4. GND- Pământ
5. CII(comparator inverting input) - intrare inversoare a comparatorului
6. Vcc- nutriție
7. Ipk— intrarea circuitului de limitare a curentului maxim
8. RDC(colector de driver) - colector de driver de tranzistor de ieșire (un tranzistor bipolar este folosit și ca driver de tranzistor de ieșire)

Elemente:

L 1— sufocare de depozitare. Acesta este, în general, un element de conversie a energiei.

C 1- condensator de temporizare, determină frecvența de conversie. Frecvența maximă de conversie pentru cipurile 34063 este de aproximativ 100 kHz.

R2, R1— divizor de tensiune pentru circuitul comparator. Intrarea neinversoare a comparatorului este alimentată cu o tensiune de 1,25 V de la regulatorul intern, iar intrarea inversoare este alimentată de la un divizor de tensiune. Când tensiunea de la divizor devine egală cu tensiunea de la regulatorul intern, comparatorul comută tranzistorul de ieșire.

C2, C3— filtre de ieșire și, respectiv, de intrare. Capacitatea filtrului de ieșire determină cantitatea de ondulare a tensiunii de ieșire. Dacă în timpul calculelor se dovedește că este necesară o capacitate foarte mare pentru o anumită valoare a ondulației, puteți face calculul pentru ondulații mai mari și apoi utilizați un filtru LC suplimentar. Capacitatea C 3 este de obicei luată la 100 ... 470 μF.

Rsc- rezistor de detectare a curentului. Este necesar pentru circuitul de limitare a curentului. Curentul maxim de ieșire la tranzistor pentru MC34063 = 1,5 A, pentru AP34063 = 1,6 A. Dacă curentul de comutare de vârf depășește aceste valori, microcircuitul se poate arde. Dacă se știe cu siguranță că curentul de vârf nici măcar nu se apropie de valorile maxime, atunci acest rezistor nu poate fi instalat.

R 3- un rezistor care limitează curentul driverului tranzistorului de ieșire (maximum 100 mA). De obicei se iau 180, 200 ohmi.

Procedura de calcul:

1. Selectați tensiunile nominale de intrare și ieșire: V în, V afarăși curentul maxim de ieșire am plecat.
2. 2) Selectați tensiunea minimă de intrare V in(min)și frecvența minimă de funcționare fmin cu selectat V înȘi am plecat.
3. Calculați valoarea (t on +t off) max conform formulei (t on +t off) max =1/f min, t on(max)- timpul maxim când tranzistorul de ieșire este deschis, toff(max)— timpul maxim când tranzistorul de ieșire este închis.
4. Calculați raportul t pornit/t oprit conform formulei t on /t off =(V out +V F -V in(min))/(V in(min) -V sat), Unde V F— căderea de tensiune pe filtrul de ieșire, V sat- căderea de tensiune pe tranzistorul de ieșire (când acesta este în stare complet deschisă) la un curent dat. V sat determinat din graficele date în documentație pentru microcircuit (sau pentru tranzistor, dacă circuitul are un tranzistor extern). Din formulă este clar că cu atât mai mult V în, V afarăși cu cât se deosebesc mai mult unul de celălalt, cu atât au mai puțină influență asupra rezultatului final V FȘi V sat, deci dacă nu aveți nevoie de calcule super-precise, atunci vă sfătuiesc, deja cu V in(min)=6-7 V, nu ezitați să o luați V F=0, V sat= 1,2 V (tranzistor bipolar obișnuit, mediocru) și nu vă deranjați.
5. știind t pornit/t opritȘi (t on +t off) max rezolvați sistemul de ecuații și găsiți t on(max).
6. Aflați capacitatea condensatorului de sincronizare C 1 dupa formula: C 1 = 4,5*10 -5 *t on(max).
7. Găsiți curentul de vârf prin tranzistorul de ieșire: I PK(switch) =2*I out *(1+t on /t off). Dacă se dovedește a fi mai mare decât curentul maxim al tranzistorului de ieșire (1,5 ... 1,6 A), atunci un convertor cu astfel de parametri este imposibil. Este necesar fie să se recalculeze circuitul pentru un curent de ieșire mai mic ( am plecat), sau utilizați un circuit cu un tranzistor extern.
8. calculati Rsc dupa formula: R sc = 0,3/I PK(comutator).
9. Calculați capacitatea minimă a condensatorului filtrului de ieșire:
10. C 2 =I out *t on(max) /V ripple(p-p), Unde Undă V (p-p)— valoarea maximă a ondulației tensiunii de ieșire. Diferiți producători recomandă înmulțirea valorii rezultate cu un factor de la 1 la 9. Capacitatea maximă este luată din valorile standard cele mai apropiate de valoarea calculată.
11. Calculați inductanța minimă a inductorului:

    L 1(min) =t on(max) *(V in(min) -V sat)/I PK(comutator). Dacă C 2 și L 1 sunt prea mari, puteți încerca să creșteți frecvența de conversie și să repetați calculul. Cu cât frecvența de conversie este mai mare, cu atât capacitatea minimă a condensatorului de ieșire și inductanța minimă a inductorului este mai mică.

12. Rezistențele divizorului sunt calculate din relație V out =1,25*(1+R 2 /R 1).

Calculator online pentru calcularea convertorului:

(pentru calcule corecte, utilizați un punct și nu o virgulă ca punct zecimal)

1) Date inițiale:

(dacă nu cunoașteți valorile V sat , V f , V ripple(p-p), atunci calculul se va face pentru V sat =1,2 V, V f =0 V, V ripple(p-p) =50 mV )

Acest opus va fi de aproximativ 3 eroi. De ce eroi?))) Din cele mai vechi timpuri, eroii sunt apărătorii Patriei, oameni care au „furat”, adică au salvat, și nu, ca acum, „au furat”, bogăția.. Unitățile noastre sunt convertoare de impulsuri, 3 tipuri (scădere, creștere, invertor). Mai mult, toate trei sunt pe un cip MC34063 și pe un tip de bobină DO5022 cu o inductanță de 150 μH. Ele sunt utilizate ca parte a unui comutator de semnal cu microunde folosind diode cu pini, circuitul și placa cărora sunt prezentate la sfârșitul acestui articol.

Calculul unui convertor DC-DC step-down (step-down, buck) pe cipul MC34063

Calculul este efectuat folosind metoda standard „AN920/D” de la ON Semiconductor. Schema circuitului electric al convertorului este prezentată în Figura 1. Numerele elementelor circuitului corespund celei mai recente versiuni a circuitului (din fișierul „Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH”).

Fig. 1 Schema circuitului electric al unui driver de tip step-down.

Ieșiri IC:

Concluzia 1 - SWC(colector comutator) - colector tranzistor de ieșire

Concluzia 2 - S.W.E.(emițător comutator) - emițător al tranzistorului de ieșire

Concluzia 3 - TS(condensator de temporizare) - intrare pentru conectarea unui condensator de temporizare

Concluzia 4 - GND– masă (se conectează la firul comun al reductorului DC-DC)

Concluzia 5 - CII(FB) (comparator inverting input) - intrare inversoare a comparatorului

Concluzia 6 - VCC- nutriție

Concluzia 7 - Ipk— intrarea circuitului de limitare a curentului maxim

Concluzia 8 - RDC(colector de driver) - colectorul driverului tranzistorului de ieșire (un tranzistor bipolar conectat conform unui circuit Darlington situat în interiorul microcircuitului este folosit și ca driver de tranzistor de ieșire).

Elemente:

L 3- regulator. Este mai bine să utilizați un inductor de tip deschis (nu complet închis cu ferită) - seria DO5022T de la Oilkraft sau RLB de la Bourns, deoarece un astfel de inductor intră în saturație la un curent mai mare decât inductorii obișnuiți de tip închis CDRH Sumida. Este mai bine să folosiți șocuri cu inductanță mai mare decât valoarea calculată obținută.

De la 11- condensator de temporizare, determină frecvența de conversie. Frecvența maximă de conversie pentru cipurile 34063 este de aproximativ 100 kHz.

R 24, R 21— divizor de tensiune pentru circuitul comparator. Intrarea neinversoare a comparatorului este alimentată cu o tensiune de 1,25 V de la regulatorul intern, iar intrarea inversoare este alimentată de la un divizor de tensiune. Când tensiunea de la divizor devine egală cu tensiunea de la regulatorul intern, comparatorul comută tranzistorul de ieșire.

C2, C5, C8 și C17, C18— filtre de ieșire și, respectiv, de intrare. Capacitatea filtrului de ieșire determină cantitatea de ondulare a tensiunii de ieșire. Dacă în timpul calculelor se dovedește că este necesară o capacitate foarte mare pentru o anumită valoare a ondulației, puteți face calculul pentru ondulații mari și apoi utilizați un filtru LC suplimentar. Capacitatea de intrare este de obicei luată 100 ... 470 μF (recomandarea TI este de cel puțin 470 μF), capacitatea de ieșire este de asemenea luată 100 ... 470 μF (luat 220 μF).

R 11-12-13 (Rsc)- rezistor de detectare a curentului. Este necesar pentru circuitul de limitare a curentului. Curentul maxim de ieșire la tranzistor pentru MC34063 = 1,5 A, pentru AP34063 = 1,6 A. Dacă curentul de comutare de vârf depășește aceste valori, microcircuitul se poate arde. Dacă se știe cu siguranță că curentul de vârf nici măcar nu se apropie de valorile maxime, atunci acest rezistor nu poate fi instalat. Calculul este efectuat special pentru curentul de vârf (al tranzistorului intern). Când se utilizează un tranzistor extern, curentul de vârf trece prin acesta, în timp ce un curent mai mic (de control) trece prin tranzistorul intern.

VT 4 – un tranzistor bipolar extern este plasat în circuit atunci când curentul de vârf calculat depășește 1,5 A (la un curent de ieșire mare). În caz contrar, supraîncălzirea microcircuitului poate duce la defecțiunea acestuia. Mod de funcționare (curent de bază a tranzistorului) R 26 , R 28 .

VD 2 – Diodă Schottky sau diodă ultrarapidă pentru tensiune (înainte și inversă) de cel puțin 2U de ieșire

Procedura de calcul:

• Selectați tensiunile nominale de intrare și ieșire: V în, V afară si maxim

curent de ieșire am plecat.

În schema noastră V in =24V, V out =5V, I out =500mA(maximum 750 mA)

• Selectați tensiunea minimă de intrare V in(min)și frecvența minimă de funcționare fmin cu selectat V înȘi am plecat.

În schema noastră V in(min) =20V (conform specificațiilor tehnice), alege f min =50 kHz

3) Calculați valoarea (t on +t off) max conform formulei (t on +t off) max =1/f min, t on(max)- timpul maxim când tranzistorul de ieșire este deschis, toff(max)— timpul maxim când tranzistorul de ieșire este închis.

(t on +t off) max =1/f min =1/50kHz=0.02 DOMNIȘOARĂ=20 μS

Calculați raportul t pornit/t oprit conform formulei t on /t off =(V out +V F)/(V in(min) -V sat -V out), Unde V F- căderea de tensiune pe diodă (cădere de tensiune directă - directă), V sat- căderea de tensiune pe tranzistorul de ieșire atunci când acesta este într-o stare complet deschisă (saturație - tensiune de saturație) la un curent dat. V sat determinată din graficele sau tabelele date în documentaţie. Din formulă este clar că cu atât mai mult V în, V afarăși cu cât se deosebesc mai mult unul de celălalt, cu atât au mai puțină influență asupra rezultatului final V FȘi 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) Cunoașterea t pornit/t opritȘi (t on +t off) max rezolvați sistemul de ecuații și găsiți t on(max).

t off = (t on +t off) max / ((t on /t off) max +1) =20μS/(0.408+1)=14.2 μS

t on (max) =20- t off=20-14,2 uS=5,8 uS

5) Aflați capacitatea condensatorului de sincronizare De la 11 (CT) dupa formula:

C 11 = 4,5*10 -5 *t on(max).

C 11 = 4.5*10 -5 * t on (max) =4,5*10 - 5*5,8 uS=261pF(aceasta este valoarea minimă), luați 680pF

Cu cât capacitatea este mai mică, cu atât frecvența este mai mare. Capacitatea 680pF corespunde cu frecvența de 14KHz

6) Găsiți curentul de vârf prin tranzistorul de ieșire: I PK(comutator) =2*I out. Dacă se dovedește a fi mai mare decât curentul maxim al tranzistorului de ieșire (1,5 ... 1,6 A), atunci un convertor cu astfel de parametri este imposibil. Este necesar fie să se recalculeze circuitul pentru un curent de ieșire mai mic ( am plecat), sau utilizați un circuit cu un tranzistor extern.

I PK(comutator) =2*I out =2*0,5=1A(pentru curent de ieșire maxim 750mA I PK(comutator) = 1.4A)

7) Calculați Rsc dupa formula: R sc = 0,3/I PK(comutator).

R sc =0,3/I PK(comutator) =0,3/1=0,3 Ohm, Conectăm 3 rezistențe în paralel ( R 11-12-13) 1 ohm

8) Calculați capacitatea minimă a condensatorului filtrului de ieșire: C 17 =I PK(comutator) *(t pornit +t oprit) max /8V ondulație (p-p), Unde Undă V (p-p)— valoarea maximă a ondulației tensiunii de ieșire. Capacitatea maximă este luată din valorile standard cele mai apropiate de cea calculată.

De la 17 =eu PK (intrerupator) *(t on+ t off) max/8 V ondulare (p — p) =1*14,2 µS/8*50 mV=50 µF, luați 220 µF

9) Calculați inductanța minimă a inductorului:

L 1(min) = t on (max) *(V în (min) — V sat— V afară)/ eu PK (intrerupator) . Dacă C 17 și L 1 sunt prea mari, puteți încerca să creșteți frecvența de conversie și să repetați calculul. Cu cât frecvența de conversie este mai mare, cu atât capacitatea minimă a condensatorului de ieșire și inductanța minimă a inductorului este mai mică.

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

Aceasta este inductanța minimă. Pentru microcircuitul MC34063, inductorul trebuie selectat cu o valoare a inductanței în mod deliberat mai mare decât valoarea calculată. Alegem L=150μH de la CoilKraft DO5022.

10) Rezistențele divizorului sunt calculate din raport V out =1,25*(1+R 24 /R 21). Aceste rezistențe trebuie să fie de cel puțin 30 ohmi.

Pentru V out = 5V luăm R 24 = 3,6K, atunciR 21 = 1,2K

Calculul online http://uiut.org/master/mc34063/ arată corectitudinea valorilor calculate (cu excepția Ct=C11):

Există și un alt calcul online http://radiohlam.ru/teory/stepdown34063.htm, care arată și corectitudinea valorilor calculate.

12) Conform condițiilor de calcul din paragraful 7, curentul de vârf de 1A (Max 1.4A) este aproape de curentul maxim al tranzistorului (1.5 ... 1.6 A).Este recomandabil să instalați un tranzistor extern deja la vârf. curent de 1A, pentru a evita supraîncălzirea microcircuitului. Acest lucru este făcut. Selectăm tranzistorul VT4 MJD45 (tip PNP) cu un coeficient de transfer de curent de 40 (este recomandabil să luăm h21e cât mai mare posibil, deoarece tranzistorul funcționează în modul de saturație și căderea de tensiune pe el este de aproximativ = 0,8V). Unii producători de tranzistori indică în titlul foii de date că tensiunea de saturație Usat este scăzută, aproximativ 1V, ceea ce ar trebui să vă ghidați.

Să calculăm rezistența rezistențelor R26 și R28 în circuitele tranzistorului VT4 selectat.

Curentul de bază al tranzistorului VT4: eu b= eu PK (intrerupator) / h 21 uh . eu b=1/40=25mA

Rezistorul din circuitul BE: R 26 =10*h21e/ eu PK (intrerupator) . R 26 =10*40/1=400 Ohm (luați R 26 =160 Ohm)

Curent prin rezistorul R 26: I RBE =V BE /R 26 =0,8/160=5mA

Rezistorul din circuitul de bază: R 28 =(Vin(min)-Vsat(driver)-V RSC -V BEQ 1)/(I B +I RBE)

R 28 =(20-0.8-0.1-0.8)/(25+5)=610 Ohm, puteți lua mai puțin de 160 Ohm (la fel ca R 26, deoarece tranzistorul Darlington încorporat poate furniza mai mult curent pentru un rezistor mai mic.

13) Calculați elementele amortizoare R 32, C 16. (vezi calculul circuitului de amplificare și diagrama de mai jos).

14) Să calculăm elementele filtrului de ieșire L 5 , R 37, C 24 (G. Ott „Metode pentru suprimarea zgomotului și interferențelor în sistemele electronice” p. 120-121).

Am ales - bobina L5 = 150 µH (choke de același tip cu rezistență rezistivă activă Rdross = 0,25 ohm) și C24 = 47 µF (circuitul indică o valoare mai mare de 100 µF)

Să calculăm scăderea atenuării filtrului xi =((R+Rdross)/2)* root(C/L)

R=R37 este setat atunci când decrementul de atenuare este mai mic de 0,6, pentru a elimina depășirea răspunsului în frecvență relativă al filtrului (rezonanța filtrului). În caz contrar, filtrul la această frecvență de tăiere va amplifica oscilațiile mai degrabă decât să le atenueze.

Fără R37: Ksi=0,25/2*(rădăcină 47/150)=0,07 - răspunsul în frecvență va crește la +20dB, ceea ce este rău, așa că setăm R=R37=2,2 Ohm, apoi:

C R37: Xi = (1+2,2)/2*(rădăcină 47/150) = 0,646 - cu Xi 0,5 sau mai mult, răspunsul în frecvență scade (nu există rezonanță).

Frecvența de rezonanță a filtrului (frecvența de tăiere) Fср=1/(2*pi*L*C) trebuie să se situeze sub frecvențele de conversie ale microcircuitului (filtrând astfel aceste frecvențe înalte 10-100 kHz). Pentru valorile indicate de L și C, obținem Faver = 1896 Hz, care este mai mică decât frecvența de funcționare a convertorului 10-100 kHz. Rezistența R37 nu poate fi crescută cu mai mult de câțiva ohmi, deoarece tensiunea pe ea va scădea (cu un curent de sarcină de 500mA și R37=2,2 ohmi, căderea de tensiune va fi Ur37=I*R=0,5*2,2=1,1V) .

Toate elementele circuitului sunt selectate pentru montare la suprafață

Oscilograme de funcționare în diferite puncte ale circuitului convertorului buck:

15) a) Oscilograme fara sarcina ( Uin=24V, Uout=+5V):

Tensiune +5V la ieșirea convertorului (pe condensatorul C18) fara sarcina

Semnalul de la colectorul tranzistorului VT4 are o frecvență de 30-40Hz, deoarece fără sarcină, circuitul consumă aproximativ 4 mA fara sarcina

Semnale de control pe pinul 1 al microcircuitului (inferior) și bazat pe tranzistorul VT4 (superior) fara sarcina

b) Oscilograme sub sarcină(Uin=24V, Uout=+5V), cu capacitatea de setare a frecvenței c11=680pF. Schimbăm sarcina scăzând rezistența rezistorului (3 oscilograme mai jos). Curentul de ieșire al stabilizatorului crește, la fel ca și intrarea.

Sarcină - 3 rezistențe de 68 ohmi în paralel ( 221 mA) Curent de intrare - 70mA

Fascicul galben - semnal bazat pe tranzistori (control) Fascicul albastru - semnal la colectorul tranzistorului (ieșire) Sarcină - 5 rezistențe de 68 ohmi în paralel ( 367 mA) Curent de intrare - 110mA

Fascicul galben - semnal bazat pe tranzistori (control) Fascicul albastru - semnal la colectorul tranzistorului (ieșire) Sarcină - 1 rezistor 10 ohmi ( 500 mA) Curent de intrare - 150mA

Concluzie: în funcție de sarcină, frecvența de repetare a impulsurilor se modifică, cu o sarcină mai mare frecvența crește, apoi pauzele (+5V) dintre fazele de acumulare și de eliberare dispar, rămân doar impulsuri dreptunghiulare - stabilizatorul funcționează „la limita” de capacitățile sale. Acest lucru poate fi văzut și în oscilograma de mai jos, când tensiunea „fierăstrăului” are supratensiuni - stabilizatorul intră în modul de limitare a curentului.

c) Tensiune la capacitatea de setare a frecvenței c11=680pF la o sarcină maximă de 500mA

Fascicul galben - semnal de capacitate (ferăstrău de control) Fascicul albastru - semnal la colectorul tranzistorului (ieșire) Sarcină - 1 rezistor 10 ohmi ( 500 mA) Curent de intrare - 150mA

d) Ondulare de tensiune la ieșirea stabilizatorului (c18) la o sarcină maximă de 500 mA

Fascicul galben - semnal de pulsație la ieșire (s18) Sarcină - 1 rezistor 10 ohmi ( 500 mA)

Ondularea de tensiune la ieșirea filtrului LC(R) (c24) la o sarcină maximă de 500 mA

Fascicul galben - semnal ondulat la ieșirea filtrului LC(R) (c24) Sarcină - 1 rezistor 10 ohmi ( 500 mA)

Concluzie: intervalul de tensiune de ondulare de la vârf la vârf a scăzut de la 300mV la 150mV.

e) Oscilograma oscilațiilor amortizate fără amortizor:

Fascicul albastru - pe o diodă fără amortizor (inserția unui impuls în timp este vizibilă nu este egal cu perioada, deoarece acesta nu este PWM, ci PFM)

Oscilograma oscilațiilor amortizate fără amortizor (mărit):

Calculul unui convertor DC-DC intensificat pe cipul MC34063

http://uiut.org/master/mc34063/. Pentru driverul de creștere, este practic același cu calculul șoferului de dolari, așa că poate fi de încredere. În timpul calculului online, schema se schimbă automat la schema standard de la „AN920/D.” Datele de intrare, rezultatele calculului și schema standard în sine sunt prezentate mai jos.

— tranzistor cu canal N cu efect de câmp VT7 IRFR220N. Mărește capacitatea de încărcare a microcircuitului și permite comutarea rapidă. Selectat de: Circuitul electric al convertorului boost este prezentat în Figura 2. Numărul de elemente ale circuitului corespunde celei mai recente versiuni a circuitului (din fișierul „Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH”). Schema conține elemente care nu sunt incluse în schema standard de calcul online. Acestea sunt următoarele elemente:

• Tensiune maximă dren-sursă V DSS =200V, deoarece tensiunea de ieșire este mare +94V
• Cădere scăzută de tensiune pe canal RDS(on)max = 0,6Om. Cu cât rezistența canalului este mai mică, cu atât pierderile de încălzire sunt mai mici și eficiența este mai mare.
• Capacitate mică (intrare), care determină încărcarea porții Qg (Taxa totală de poartă)și curent de intrare scăzut al porții. Pentru un anumit tranzistor eu=Qg*FSW=15nC*50 KHz=750uA.
• Curent de scurgere maxim Id=5A, deoarece curentul de impuls Ipk=812 mA la curentul de ieșire 100 mA

- elemente divizoare de tensiune R30, R31 și R33 (reduce tensiunea pentru poarta VT7, care nu trebuie să fie mai mare de V GS = 20V)

- elemente de descărcare a capacității de intrare VT7 - R34, VD3, VT6 la comutarea tranzistorului VT7 în starea închisă. Reduce timpul de dezintegrare al porții VT7 de la 400nS (nu este prezentat) la 50nS (forma de undă cu un timp de dezintegrare de 50nS). Log 0 pe pinul 2 al microcircuitului deschide tranzistorul PNP VT6 și capacitatea porții de intrare este descărcată prin joncțiunea CE VT6 (mai rapid decât pur și simplu prin rezistorul R33, R34).

— bobina L se dovedește a fi foarte mare la calcul, se selectează o valoare nominală mai mică L = L4 (Fig. 2) = 150 μH

— elemente amortizoare C21, R36.

Calcul amortizor:

Prin urmare, 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)=5,1 KOhm

Mărimea capacității amortizorului este de obicei o soluție de compromis, deoarece, pe de o parte, cu cât capacitatea este mai mare, cu atât este mai bună netezirea (număr mai mic de oscilații), pe de altă parte, la fiecare ciclu, capacitatea este reîncărcată și disipează o parte din energia utilă prin rezistor, care afectează eficiența (de obicei, un amortizor proiectat în mod normal reduce eficiența foarte ușor, cu câteva procente).

Prin instalarea unui rezistor variabil, am determinat rezistența mai precis R=1 K

Fig.2 Schema circuitului electric al unui driver de tip step-up, boost.

Oscilograme de funcționare în diferite puncte ale circuitului convertizorului de amplificare:

a) Tensiune în diferite puncte fara sarcina:

Tensiune de ieșire - 94V fără sarcină

Tensiunea poarta fara sarcina

Tensiunea de scurgere fără sarcină

b) tensiunea la poarta (fascicul galben) si la drenul (fascicul albastru) tranzistorului VT7:

pe poartă și se scurge sub sarcină, frecvența se schimbă de la 11 kHz (90 µs) la 20 kHz (50 µs) - acesta nu este PWM, ci PFM

pe poartă și scurgeți sub sarcină fără amortizor (întins - 1 perioadă de oscilație)

pe poartă și scurgeți sub sarcină cu amortizor

c) pinul 2 (fascicul galben) și pe poartă (fascicul albastru) VT7, pinul ferăstrăului 3:

albastru - timp de creștere de 450 ns pe poarta VT7

Galben - timp de creștere 50 ns per pin 2 cipuri albastru - timp de creștere de 50 ns pe poarta VT7

ferăstrău pe Ct (pin 3 al IC) cu declanșare de control F=11k

Calculul invertorului DC-DC (step-up/step-down, invertor) pe cipul MC34063

Calculul este efectuat și folosind metoda standard „AN920/D” de la ON Semiconductor.

Calculul se poate face imediat „online” http://uiut.org/master/mc34063/. Pentru un driver inversor, este practic același cu calculul pentru un driver de dolari, așa că poate fi de încredere. În timpul calculului online, schema se schimbă automat la schema standard de la „AN920/D.” Datele de intrare, rezultatele calculului și schema standard în sine sunt prezentate mai jos.

— tranzistor PNP bipolar VT7 (crește capacitatea de sarcină) Circuitul electric al convertorului inversor este prezentat în Figura 3. Numărul elementelor de circuit corespunde celei mai recente versiuni a circuitului (din fișierul „Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH ”). Schema conține elemente care nu sunt incluse în schema standard de calcul online. Acestea sunt următoarele elemente:

— elemente divizoare de tensiune R27, R29 (setează curentul de bază și modul de funcționare al VT7),

- elemente amortizoare C15, R35 (suprimă vibrațiile nedorite de la accelerație)

Unele componente diferă de cele calculate:

• bobina L este luată mai puțin decât valoarea calculată L = L2 (Fig. 3) = 150 μH (toate bobinele sunt de același tip)
• capacitatea de ieșire este luată mai puțin decât cea calculată C0=C19=220μF
• Condensatorul de setare a frecvenței este luat C13=680pF, corespunzător unei frecvențe de 14KHz
• rezistențe divizor R2=R22=3,6K, R1=R25=1,2K (luate mai întâi pentru tensiunea de ieșire -5V) și rezistențele finale R2=R22=5,1K, R1=R25=1,2K (tensiune de ieșire -6,5V)

Rezistorul de limitare a curentului este luat Rsc - 3 rezistențe în paralel, de 1 Ohm fiecare (rezistență rezultată 0,3 Ohm)

Fig.3 Schema circuitului electric al invertorului (step-up/step-down, invertor).

Oscilograme de funcționare în diferite puncte ale circuitului invertorului:

a) cu tensiune de intrare +24V fara sarcina:

ieșire -6,5V fără sarcină

pe colector – acumulare și eliberare de energie fără sarcină

pe pinul 1 și baza tranzistorului fără sarcină

pe baza si colectorul tranzistorului fara sarcina

ondulație de ieșire fără sarcină

Acest calculator vă permite să calculați parametrii unui convertor DC-DC în impulsuri pe MC34063A. Calculatorul poate calcula convertizoare de amplificare, reducere și inversare folosind microcircuitul larg disponibil mc33063 (alias mc34063). Datele condensatorului de setare a frecvenței, curentul maxim, inductanța bobinei și rezistența rezistenței sunt afișate pe ecran. Rezistoarele sunt selectate dintre cele mai apropiate valori standard, astfel încât tensiunea de ieșire să se potrivească cel mai bine cu valoarea necesară.

CT- capacitatea condensatorului de setare a frecvenței convertizorului.
Ipk- curent de vârf prin inductanță. Inductanța trebuie proiectată pentru acest curent.
Rsc- un rezistor care va opri microcircuitul dacă este depășit curentul.
Lmin- inductanță minimă a bobinei. Nu puteți lua mai puțin decât această denominație.
Co- condensator de filtru. Cu cât este mai mare, cu atât mai puțină ondulație, ar trebui să fie de tip LOW ESR.
R1, R2- un divizor de tensiune care stabilește tensiunea de ieșire.

Dioda trebuie să fie o diodă ultrarapidă sau Schottky cu o tensiune inversă admisibilă de cel puțin 2 ori mai mare decât cea de ieșire.

Tensiunea de alimentare IC 3 - 40 volți, și curentul Ipk nu ar trebui sa depaseasca 1,5A

MC34063 este un tip destul de comun de microcontroler pentru construirea atât de convertoare de tensiune joasă la înaltă, cât și de înaltă la joasă tensiune. Caracteristicile microcircuitului constau în caracteristicile sale tehnice și indicatorii de performanță. Dispozitivul poate gestiona bine sarcinile cu un curent de comutare de până la 1,5 A, ceea ce indică o gamă largă de utilizare în diferite convertoare de impulsuri cu caracteristici practice ridicate.

Descrierea cipului

Stabilizarea tensiunii și conversia- Aceasta este o funcție importantă care este utilizată în multe dispozitive. Acestea sunt tot felul de surse de alimentare reglementate, circuite de conversie și surse de alimentare încorporate de înaltă calitate. Majoritatea electronicelor de larg consum sunt proiectate special pe acest MS, deoarece are caracteristici de înaltă performanță și comută fără probleme un curent destul de mare.

MC34063 are un oscilator încorporat, astfel încât pentru a opera dispozitivul și a începe să convertească tensiunea la diferite niveluri, este suficient să oferiți o polarizare inițială prin conectarea unui condensator de 470pF. Acest controler este foarte popular printre un număr mare de radioamatori. Cipul funcționează bine în multe circuite. Și având o topologie simplă și un dispozitiv tehnic simplu, puteți înțelege cu ușurință principiul funcționării acestuia.

Un circuit de conectare tipic este format din următoarele componente:

• 3 rezistențe;
• diodă;
• 3 condensatoare;
• inductanţă.

Având în vedere circuitul pentru reducerea tensiunii sau stabilizarea acesteia, puteți vedea că este echipat cu feedback profund și un tranzistor de ieșire destul de puternic, care trece tensiunea prin el însuși în curent continuu.

Circuit de comutare pentru reducerea și stabilizarea tensiunii

Din diagramă se poate observa că curentul din tranzistorul de ieșire este limitat de rezistența R1, iar componenta de sincronizare pentru setarea frecvenței de conversie necesară este condensatorul C2. Inductanța L1 acumulează energie atunci când tranzistorul este deschis, iar când este închis, este descărcată prin diodă către condensatorul de ieșire. Coeficientul de conversie depinde de raportul dintre rezistențele rezistențelor R3 și R2.

Stabilizatorul PWM funcționează în modul puls:

Când un tranzistor bipolar pornește, inductanța câștigă energie, care apoi se acumulează în capacitatea de ieșire. Acest ciclu se repetă continuu, asigurând un nivel de ieșire stabil. Cu condiția ca la intrarea microcircuitului să existe o tensiune de 25V, la ieșirea acestuia va fi de 5V cu un curent de ieșire maxim de până la 500mA.

Tensiunea poate fi crescută prin modificarea tipului de raport de rezistență în circuitul de feedback conectat la intrare. De asemenea, este folosit ca o diodă de descărcare în timpul acțiunii EMF din spate acumulat în bobină în momentul încărcării acesteia cu tranzistorul deschis.

Folosind această schemă în practică, este posibil să se producă foarte eficient convertor de dolari. În acest caz, microcircuitul nu consumă puterea în exces, care este eliberată atunci când tensiunea scade la 5 sau 3,3 V. Dioda este proiectată pentru a furniza descărcarea inversă a inductanței la condensatorul de ieșire.

Modul de reducere a pulsului tensiunea vă permite să economisiți în mod semnificativ energia bateriei atunci când conectați dispozitive cu putere redusă. De exemplu, când se folosește un stabilizator parametric convențional, încălzirea acestuia în timpul funcționării necesită cel puțin 50% din putere. Ce putem spune atunci dacă este necesară o tensiune de ieșire de 3,3 V? O astfel de sursă redusă cu o sarcină de 1 W va consuma toți cei 4 W, ceea ce este important atunci când dezvoltați dispozitive de înaltă calitate și fiabile.

După cum arată practica de utilizare a MC34063, pierderea medie de putere este redusă la cel puțin 13%, ceea ce a devenit cel mai important stimulent pentru implementarea sa practică pentru a alimenta toți consumatorii de joasă tensiune. Și ținând cont de principiul controlului lățimii impulsului, microcircuitul se va încălzi nesemnificativ. Prin urmare, nu sunt necesare calorifere pentru a-l răci. Eficiența medie a unui astfel de circuit de conversie este de cel puțin 87%.

Reglarea tensiunii la ieșirea microcircuitului se realizează datorită unui divizor rezistiv. Când depășește valoarea nominală cu 1,25 V, comparatorul comută declanșatorul și închide tranzistorul. Această descriere descrie un circuit de reducere a tensiunii cu un nivel de ieșire de 5V. Pentru a-l schimba, crește sau micșora, va trebui să modificați parametrii divizorului de intrare.

Un rezistor de intrare este utilizat pentru a limita curentul comutatorului de comutare. Calculat ca raport dintre tensiunea de intrare și rezistența rezistorului R1. Pentru a organiza un stabilizator de tensiune reglabil, punctul de mijloc al unui rezistor variabil este conectat la pinul 5 al microcircuitului. O ieșire este către firul comun, iar a doua este către sursa de alimentare. Sistemul de conversie funcționează într-o bandă de frecvență de 100 kHz; dacă inductanța se modifică, aceasta poate fi schimbată. Pe măsură ce inductanța scade, frecvența de conversie crește.

Alte moduri de operare

Pe lângă modurile de funcționare de reducere și stabilizare, modurile de amplificare sunt, de asemenea, destul de des folosite. diferă prin aceea că inductanța nu este la ieșire. Curentul trece prin el în sarcină atunci când cheia este închisă, care, atunci când este deblocată, furnizează o tensiune negativă la borna inferioară a inductanței.

Dioda, la rândul său, asigură descărcarea de inductanță a sarcinii într-o direcție. Prin urmare, atunci când comutatorul este deschis, se generează 12 V de la sursa de alimentare și curentul maxim la sarcină, iar când este închis la condensatorul de ieșire, acesta crește la 28 V. Eficiența circuitului de amplificare este de cel puțin 83%. Caracteristica circuitului atunci când funcționează în acest mod, tranzistorul de ieșire pornește fără probleme, ceea ce este asigurat prin limitarea curentului de bază printr-un rezistor suplimentar conectat la pinul 8 al MS. Frecvența de ceas a convertorului este setată de un condensator mic, în principal 470 pF, în timp ce este de 100 kHz.

Tensiunea de ieșire este determinată de următoarea formulă:

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

Folosind circuitul de mai sus pentru conectarea microcircuitului MC34063A, puteți realiza un convertor de tensiune de creștere alimentat de la USB la 9, 12 sau mai mulți volți, în funcție de parametrii rezistenței R3. Pentru a efectua un calcul detaliat al caracteristicilor dispozitivului, puteți utiliza un calculator special. Dacă R2 este de 2,4 k ohmi și R3 este de 15 k ohmi, atunci circuitul va converti 5 V la 12 V.

Circuit de creștere a tensiunii MC34063A cu tranzistor extern

Circuitul prezentat folosește un tranzistor cu efect de câmp. Dar a fost o greșeală în ea. Pe un tranzistor bipolar, este necesar să schimbați pozițiile C-E. Mai jos este o diagramă din descriere. Tranzistorul extern este selectat pe baza curentului de comutare și a puterii de ieșire.

Destul de des, pentru a alimenta sursele de lumină cu LED-uri, acest microcircuit special este folosit pentru a construi un convertor step-down sau step-up. Eficiența ridicată, consumul redus și stabilitatea ridicată a tensiunii de ieșire sunt principalele avantaje ale implementării circuitului. Există multe circuite de driver LED cu caracteristici diferite.

Ca unul dintre numeroasele exemple de aplicare practică, puteți lua în considerare următoarea diagramă de mai jos.

Schema funcționează după cum urmează:

Când este aplicat un semnal de control, declanșatorul intern al MS este blocat și tranzistorul este închis. Și curentul de încărcare al tranzistorului cu efect de câmp trece prin diodă. Când pulsul de control este îndepărtat, declanșatorul intră în a doua stare și deschide tranzistorul, ceea ce duce la descărcarea porții VT2. Această conexiune a două tranzistoare Oferă pornire și oprire rapidă VT1, care reduce probabilitatea de încălzire datorită absenței aproape complete a unei componente variabile. Pentru a calcula curentul care circulă prin LED-uri, puteți utiliza: I=1.25V/R2.

Încărcător pentru MC34063

Controlerul MC34063 este universal. Pe lângă sursele de alimentare, poate fi folosit pentru a proiecta un încărcător pentru telefoane cu o tensiune de ieșire de 5V. Mai jos este o diagramă a implementării dispozitivului. A ei Principiul de funcționare se explică ca în cazul unei conversii descendențe obișnuite. Curentul de încărcare a bateriei de ieșire este de până la 1 A cu o marjă de 30%. Pentru a-l crește, trebuie să utilizați un tranzistor extern, de exemplu, KT817 sau oricare altul.