Преобразователь на MC34063 рассчет calculate

Опубликовано: 12.11.2015 Автор: Александр

Специализированная микросхема MC34063 представляет собой интегральный DC-DC преобразователь напряжения. Рассмотрим схему включения MC34063.

Для статьи как сделать фонарь — прожектор. Как из 3 — вольтового аккумулятора получить 220 вольт и 6 ватт с помощью десятка деталек не покупая инвертер

http://www.how.net.ua/ В микросхеме есть все необходимое, чтобы с минимальным количеством деталей реализовать повышающий, понижающий и инвертирующий преобразователь напряжений. Такие преобразователи могут и используются очень часто в радиотехнике: источники питания, драйверы для светодиодов, стабилизаторы и везде, где необходимо получить другое напряжение, отличное от источника тока.

MC34063 очень распространена так как стоимость ее низка (порядка 2 центов за штуку) и простота схемы позволяет без затрат собрать готовый работающий преобразователь.

Эта микросхема позволяет преобразовывать напряжение от 3В до 40В, ток коммутации внутреннего ключа до 1А. При необходимости увеличить ток и/или напряжение можно установить внешний транзистор.

Внутри MC34063 выглядит так:

Как видим, внутри располагается источник опорного напряжения 1.25В, которые подаются на суммирующий вход компаратора. На вычитающий вход (нога 5) подается выходное напряжение через делитель. Как только выходное напряжение превысит уровень, при котором с делителя будет больше 1.25В, выход компаратора остановит генерацию ШИМ. Напряжение на выходе понизится, и ШИМ опять запустится. Точность регулирования составляет порядка 2%.

Также в микросхеме имеется интегрированный транзисторный ключ. Особенностью можно считать имеющийся ограничитель тока (нога 7) . На этот вход подается напряжение к токового шунта, при превышении при работе определенного значения (300 мВ), остановится внутренний генератор и схема выключится. Полезная вещь, чтобы не сгорела часть схемы или сама микросхема MC34063.

Более подробно описано в даташите MC34063. Существует, конечно, большое количество аналогов данной микросхемы, например, LM2596, готовыми преобразователями которой, завален весь китайский интернет. Моторола MC34063 или Российский аналог К1156ЕУ5 — более надежные изделия. За все испытания сжег только одну и то случайно подав 200 вольт вместо 40. Кто говорит старье или не работает тот хочет барахло впарить либо ниасилил.

Для статьи как сделать фонарь — прожектор. Как из 3 — вольтового аккумулятора получить 220 вольт и 6 ватт с помощью десятка деталек не покупая инвертер

В заключении хочу представить действующий онлайн калькулятор для расчета преобразователя напряжения MC34063.

 

 

Входное напряжение, В 

Выходное напряжение, В

Выходной ток, мА

Напряжение пульсаций, мВ

Частота, кГц

 

Метки: источник тока, преобразователь
Поделиться записью:

100

Рассмотрим типовую схему повышающего DC/DC конвертера на микросхемах 34063:

Выводы микросхемы:

1. SWC (switch collector) — коллектор выходного транзистора
2. SWE (switch emitter) — эмиттер выходного транзистора
3. Tc (timing capacitor) — вход для подключения времязадающего конденсатора
4. GND — земля
5. CII (comparator inverting input) — инвертирующий вход компаратора
6. Vcc — питание
7. Ipk — вход схемы ограничения максимального тока
8. DRC (driver collector) — коллектор драйвера выходного транзистора (в качестве драйвера выходного транзистора также используется биполярный транзистор)

Элементы:

L₁ — накопительный дроссель. Это, в общем-то, элемент преобразования энергии.

С₁ — времязадающий конденсатор, он определяет частоту преобразования. Максимальная частота преобразования для микросхем 34063 составляет порядка 100 кГц.

R₂, R₁ — делитель напряжения для схемы компаратора. На неинвертирующий вход компаратора подается напряжение 1,25 В от внутреннего регулятора, а на инвертирующий вход — с делителя напряжения. Когда напряжение с делителя становится равным напряжению от внутреннего регулятора — компаратор переключает выходной транзистор.

C₂, С₃ — соответственно, выходной и входной фильтры. Емкость выходного фильтра определяет величину пульсаций выходного напряжения. Если в процессе расчётов получается, что для заданной величины пульсаций требуется очень большая емкость, можно расчет сделать для бо’льших пульсаций, а потом использовать дополнительный LC-фильтр. Ёмкость С₃ обычно берут 100 … 470 мкФ.

R_sc — токочувствительный резистор. Он нужен для схемы ограничения тока. Максимальный ток выходного транзистора для MC34063 = 1.5А, для AP34063 = 1.6А. Если пиковый переключаемый ток будет превышать эти значения, то микросхема может сгореть. Если точно известно, что пиковый ток даже близко не подходит к максимальным значениям, то этот резистор можно не ставить.

R₃ — резистор, ограничивающий ток драйвера выходного транзистора (максимум 100 мА). Обычно берется 180, 200 Ом.

Порядок расчёта:

1. Выбирают номинальные входное и выходное напряжения: V_in, V_out и максимальный выходной ток I_out .
2. 2) Выбирают минимальное входное напряжение V_in(min) и минимальную рабочую частоту f_min при выбранных V_in и I_out.
3. Рассчитывают значение (t_on+t_off)_max по формуле (t_on+t_off)_max=1/f_min, t_on(max) — максимальное время, когда выходной транзистор открыт, t_off(max) — максимальное время, когда выходной транзистор закрыт.
4. Рассчитывают отношение t_on/t_off по формуле t _on/t_off=(V_out+V_F-V_in(min))/(V_in(min)-V_sat), где V_F — падение напряжения на выходном фильтре, V_sat — падение напряжения на выходном транзисторе (когда он находится в полностью открытом состоянии) при заданном токе. V_sat определяется по графикам, приведенным в документации на микросхему (или на транзистор, если схема с внешним транзистором). Из формулы видно, что чем больше V_in, V_out и чем больше они отличаются друг от друга — тем меньшее влияние на конечный результат оказывают V_F и V_sat, так что если вам не нужен суперточный расчет, то я бы посоветовал, уже при V_in(min)=6-7 В, смело брать V_F=0, V_sat=1,2 В (обычный, средненький биполярный танзистор) и не заморачиваться.
5. Зная t_on/t_off и (t_on+t_off)_max решают систему уравнений и находят t_on(max).
6. Находят емкость времязадающего конденсатора С₁ по формуле: C₁ = 4.5*10^-5*t_on(max).
7. Находят пиковый ток через выходной транзистор: I_PK(switch)=2*I_out*(1+t _on/t_off). Если он получился больше максимального тока выходного транзистора (1.5 …1.6 А), то преобразователь с такими параметрами невозможен. Нужно либо пересчитать схему на меньший выходной ток ( I_out) , либо использовать схему с внешним транзистором.
8. Рассчитывают R_sc по формуле: R_sc=0,3/I_PK(switch).
9. Рассчитывают минимальную емкость конденсатора выходного фильтра:
10. С₂=I_out*t_on(max)/V_ripple(p-p), где V_ripple(p-p) — максимальная величина пульсаций выходного напряжения.
    Разные производители рекомендуют умножать полученное значение на коэффициент от 1 до 9. Берётся максимальная ёмкость из ближайших к расчётному стандартных значений.
11. Рассчитывают минимальную индуктивность дросселя:

    L_1(min)=t_on(max)*(V_in(min)-V_sat)/I_PK(switch). Если получаются слишком большие C₂ и L₁, можно попробовать повысить частоту преобразования и повторить расчет. Чем выше частота преобразования — тем ниже минимальная емкость выходного конденсатора и минимальная индуктивность дросселя.

12. Сопротивления делителя рассчитываются из соотношения V_out =1,25*(1+R₂/R₁).

Online-калькулятор для расчёта преобразователя — по формулам из заводского описания Моторола:

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Исходные данные:

(если вы не знаете значения V_sat, V_f, V_ripple(p-p) , то расчёт будет сделан для V_sat=1. 2 В, V_f=0 В, V_ripple(p-p)=50 мВ)

V_in(min)=В;  V_out=В;  I_out=А;  f=кГц;

V_sat=В;  V_f=В    V_ripple(p-p)=мВ; 

2) Расчётные данные:

(t_on+t_off)_max=мкс;    t_on/t_off=;   t_on(max)=мкс;   I_PK=А

R_sc=Ом;   C₁=нФ;   С_2(min)=мкФ;   L_min=мкГн;

Описание принципов функционирования микросхем импульсных регуляторов серии 34063

Чтобы упростить расчет витков для изготовления дросселя или катушки индуктивности на тороидальном магнитном сердечнике можете воспользоваться нашим онлайн-калькулятором.

When the switching transistor is turn on in a fly-back converter, the primary winding of the transformer is energized, and no energy is transferred to the secondary windings. When the transistor is turned off the field collapses and the energy is transferred to the secondary windings. This differs from a forward converter topology, where energy is transferred to the secondary windings when the switching transistor is turned on. You can tell the difference between the two topologies, by looking at the orientation of the dots on the secondary compared to the primary. For the fly-back converter, the dot’s are reversed, and for the forward converter the dots are aligned.

The calculator below calculates the number of turns, the inductance, and the wire gauge for the various windings of a discontinuous mode fly-back converter.

Power Supply Specification:
Frequency, F:	(KHz)	T: (uS)
Diode Voltage Drop, Vd:	(V)
Transistor Voltage Drop, Vtran:	(V)
Efficiency:	(%)
Max Transistor Voltage, VDSMAX:	(V)
AL=L/N2:	(uH/Turns^2)
Voltage Primary, Vin:	(V)
Voltage Out 1, Vo1:	(V) (Note that this must be positive, and feed back is derived from this winding)
Current Out 1, Io1	(A)	P1: (W)
Optional Secondary Windings:
Voltage Out 2, Vo2:	(V)
Current Out 2, Io2:	(A)	P2: (W)
Voltage Out 3, Vo3:	(V)
Current Out 3, Io3:	(A)	P3: (W)
Voltage Out 4, Vo4:	(V)
Current Out 4, Io4:	(A)	P4: (W)
Transformer Result:
Power In,Pin:	(W)
Turns Ratio Primary to Secondary Winding 1, Nps1:
Charge Period, Tch:	(uS)
Discharge Period, Tdis:	(uS)
Dead Time Period, Tdt:	(uS)
Primary Inductance, L:	(uH)
Turns Primary, Np:	(Turns)
Turns Secondary 1, Ns1:	(Turns)
Turns Secondary 2, Ns2:	(Turns)
Turns Secondary 3, Ns3:	(Turns)
Turns Secondary 4, Ns4:	(Turns)
Peak Primary Current, Ip:	(A)
Primary RMS Current , Ipri(rms):	(A)
Primary Wire Diameter, Dp:	(mils)
Primary Wire Gauge, AWGp:	AWG

DC-DC для мощных светодиодов (новая схема)

Собрал тестовую версию DC-DC драйвера для питания кластера мощных светодиодов от 12 вольт. Волею судеб «бортовое» напряжение для светодиодного освещения дома — 12 вольт (изначально планировал 24V, но не срослось).
Задача: запитать 6-12 мощных трехваттных светодиодов от имеющихся 12 вольт. Варианты с step-down отметаются, не хочу ставить кучу драйверов (т.е. по драйверу на каждые 2 светика), дорого и не практично. Выход: step-up или двухтактный push-pull. С push-pull пока не стал заморачиваться (лениво транс мотать) и, пошукав по закромам, нашел все, что надо, для step-up драйвера.

За основу взял good old MC34063. Для ~700 мА на выходе шунт нужен 2 Ома, ≥2W (чтобы не грелся особо). Полевик — IRF540N (100Vds, 33A), рулить им поставил драйвер IR4428 (можно ставить IR4426 без переделки). Катушку взял от дохлого БП ATX (неисчерпаемый источник запчастей =)) с индуктивностью около 600мкГн. Диод на выходе поставил SF28.

В общем, вот:

Светит хорошо, полевик не греется, ток через кластер (6 штук последовательно) 640-650 мА, напряжение — около 21 вольта.

Эксперимента ради заменил SF28 (ибо грелся) на 8TQ100 и расширил кластер до 9-ти светодиодов. Драйвер стал кушать около 2А, на выходе — 30.9 вольт. Ток через кластер — 650 мА. Ни полевик, ни диод не греются (долго не держал, ибо перегревался одноваттный токоизмерительный резистор). Думаю, что в этой конфигурации драйвер спокойно потянет и 12 светодиодов (не проверял).

Схема простая до безобразия =)

Защиту от перенапряжения на выходе пока что не ставил, так что без нагрузки не включать (З.Ы. с новой схемой не актуально). Шунт на входе может и спасет ключ от коротыша при насыщении дросселя, а может и нет.

UPD: Попробовал кластер из 12 светодиодов с выходной емкостью 2200 мкФ. На выходе преобразователя 41 вольт, 0.62 А. RMS потребления от 12 вольт — 2.35 А. Сильно греется полевик и 4W 0.11 Ом шунт на входе, похоже дроссель влетает в насыщение. Ткнулся во входной шунт осциллографом — есть короткие всплески до 2 вольт примерно (это примерно 18А). К сожалению точно снять не получилось, у моего осциллографа полосы пропускания не хватает.

Собственно, на кластер из 6 светодиодов преобразователь работает стабильно и почти не греется даже с небольшими дросселями (из тех-же ATX-ов) типа T80-52, 40-50 витков миллиметровым проводом.

UPD: Добавил защиту от перенапряжения (и заодно ограничения максимальной мощности), усилитель напряжения с шунта и собрал модуль на PCB.

Заменил дроссель на T90-52, 58 витков миллиметровым проводом (18AWG). T80-52 при долгой работе грелся, и весьма сильно (по моим ощущениям — до 80*С). Новый дроссель не греется свыше 30-40*С даже при нагрузке, превышающей расчетную.
Для питания 6 одноваттных светодиодов не нужен и радиатор на полевик. Для трехваттных вполне хватает маленького радиатора. Выпрямительный диод оставил SF-28, для одноваттных в принципе хватает одного, для трехваттных желательно два в параллель, или заменить его на диод Шоттки (1А, 100В).

Кластер из 12 1W светодиодов тянет на ура, полевик теплый, но не горячий (м.б. я его без радиатора и оставлю). На входе 12V 1.3A, на выходе — 37V, 0.35A. При включении без нагрузки напряжение на конденсаторе мгновенно вырастает до напряжения защиты и генератор останавливается. если включить цепочку светодиодов на напряжение больше, чем напряжение защиты, напряжение на выходе будет ограничено.

В принципе, входное напряжение может быть и больше 12 вольт, максимальное напряжение 34063 — 40 вольт, но тогда надо делать отдельный стабилизатор с конвертером уровней для драйвера мосфета, у него питание 20 вольт максимум.

Новая схема (R2)
Добавил защиту от перенапряжения на выходе (стабилитроны D2,D3, можно поставить один на соответствующее напряжение), простой усилитель напряжения шунта на транзисторе (при КЗ на выходе может бомбанутьсгореть) и диод D1 заменен на Vishay 30BQ100 (при максимальной нагрузке греется в пределах разумного, палец можно держать спокойно). Благодаря усилителю токоизмерительного резистора (R4) сей резистор можно спокойно ставить одноваттный и меньшего номинала (1 Ом для 700 мА, 2 Ом для 350 мА), нагреваться сильно не будет.

Защиты от КЗ нет.

Описание работы MC34063A

Я объясняю, что схема работает на основе блок-схемы MC34063A на этой странице. Блок-схема относится к «Импульсный регулятор (2)». MC34063A состоит из следующего функционального блока. Блок сравнения эталонного напряжения Блок колебательного контура Блок переключения Далее поясняю, что работает каждый блок. Объяснение идет от понимания меня на основе блок-схемы. Так что детали могут быть разными. Блок сравнения опорного напряжения Опорное напряжение составляет 1,25 В. Он определяет, является ли сравнительное напряжение, полученное с выходным напряжением, ниже или выше, чем опорное напряжение с компаратором. Импульсный регулятор подает электроэнергию на выход со входа, если сравнительное напряжение ниже опорного напряжения, и ограничивает подачу электроэнергии на выходе, если сравнительное напряжение высокое. Сторона отрицательного опорного напряжения может не быть заземлена. При этом регулятор может работать в инвертирующем режиме. Сравнительное напряжение определяется падением напряжения на резисторах R1 и R2. R1 и R2 — внешняя часть. Сравнительное напряжение подключено к отрицательному входу компаратора. Напряжение 1,25 В выводится из эталонного регулятора. Опорное напряжение подключено к положительному входу компаратора. Когда сравнительное напряжение выше опорного напряжения, выходной сигнал компаратора становится L-уровневым. Когда сравнительное напряжение ниже опорного напряжения, выходной сигнал компаратора становится уровнем H. Объясняю сзади, регулятор ограничивает подачу электроэнергии на выход, когда на выходе компаратора становится уровень L. Подача электроэнергии работает, когда выход компаратора становится уровнем H. Вы можете изменить выходное напряжение, изменив значение R1. В случае повышающего или понижающего преобразователя в этот угол необходимо вводить внешнюю цепь. В случае инвертирующего преобразователя вы делаете внешнюю цепь, как показано на рисунке слева. Электрический ток, протекающий через R2, увеличивается, когда выходное напряжение становится высоким на отрицательной стороне. При этом напряжение на обоих краях резистора R2 возрастает. Затем сравнительное напряжение становится выше опорного напряжения, и выходной сигнал компаратора становится L-уровневым. Подача электроэнергии на выход сдерживается им и выходное напряжение становится низким в сторону плюса. Когда выходное напряжение становится низким на положительной стороне, напряжение R2 падает, и сравнительное напряжение становится ниже опорного напряжения. В этом случае выход компаратора становится уровнем H, подача электроэнергии на выход осуществляется и выходное напряжение становится высоким в сторону минуса. Вы можете изменить выходное напряжение, изменив значение резистора R1. Блок цепи колебаний Частота колебаний (частота коммутации) может быть изменена с помощью внешнего конденсатора. Выход колебательного контура подается на триггер для управления переключением и управляет переключающими транзисторами. Цепь колебаний лучше справляется с функцией обнаружения перегрузки по току. Он определяет напряжение резистора обнаружения перегрузки по току, который вставлен во входную цепь. В случае перегрузки по току сдерживает колебание и защищает переключающие транзисторы от разрушения. Напряжение обнаружения перегрузки по току составляет 0,3 В. На этот раз я использовал резистор 0,22 Ом в качестве Rsc. Верхнее предельное значение входного электрического тока становится равным 0,3 В / 0,22 Ом = 1,36 А. Поскольку потребляемая электрическая мощность резистора была (1,36 А ) 2 x 0,22 Ом = 0,41 Вт, я использовал 1-Вт резистор. На рисунке ниже показан график, показывающий зависимость между времязадающим конденсатором и частотой колебаний, которая указана в техническом паспорте. На этой диаграмме вы обнаружите, что более длительное время, в течение которого переключатель находится в положении ON, является выходным сигналом генератора. При использовании конденсатора 470 пФ становится t на = 20S, t на = 3S. Частота равна 1/(20 x 10 -6 + 3 x 10 -6 ) = 43 кГц. При 100 пФ получается 1/(7×10 -6 +1,5×10 -6 ) = 118 кГц. Что касается этой диаграммы, Vcc соответствует 5 В. Поскольку это так, это становится значением, которое немного зависит от используемого входного напряжения. При высокой частоте катушку для использования со схемой фильтра пульсаций можно сделать небольшой. Однако потери с маховиковым диодом (я использую диод с барьером Шоттки) становятся большими. Я думаю, что вам лучше использовать на частоте менее 100 кГц. Блок переключения Переключающие транзисторы управляются выходом компаратора и выходом генератора. Триггер типа SR (FF) используется для управления транзистором. Q становится уровнем H, когда S становится уровнем L в SR-FF. Однако, что касается FF, который используется здесь, инвертор (делающий L и H противоположными) добавляется к выходу. По моему объяснению, это делает выход инвертора Q. Q становится L-уровнем, когда S становится L-уровнем. Кроме того, Q становится уровнем H, когда R становится уровнем L. Когда S является L-уровнем, независимо от состояния R, Q становится L-уровнем. Этот инвертор не указан в техпаспорте. Инвертор необходим, когда речь идет о работе регулятора. Белый кружок изображает инвертор на принципиальной схеме. Поскольку переключающий транзистор закрывается, когда сравнительное напряжение выше опорного напряжения при подтверждении работы фактической ИС, вы обнаружите, что добавлен инвертор. Когда сравнительное напряжение выше опорного напряжения, выходной сигнал компаратора (C) становится L-уровневым. Когда любой из входов логического элемента И-НЕ (N) становится L-уровнем, выход становится L-уровнем. Поскольку в данном случае, независимо от выхода генератора (OSC), S становится уровнем L. Когда S является уровнем L, Q также становится уровнем L, а переключающие транзисторы переходят в состояние ВЫКЛ. Когда переключающие транзисторы выключены, подача электроэнергии на выход ограничивается, и выходное напряжение падает. Когда сравнительное напряжение выше опорного напряжения, выходной сигнал компаратора (C) становится уровнем H. В этом случае выход логического элемента И-НЕ (N) изменяется в соответствии с состоянием генератора (OSC). Когда выход OSC имеет уровень H, выход N становится H. Инвертор также добавляется к R. Поскольку это так, когда выход OSC равен H, R становится L-уровнем, а становление Q становится H-уровнем. Когда Q становится Н, переключающие транзисторы переходят в состояние ВКЛ. Когда выход OSC имеет уровень L, выход N также становится L. В этом случае, поскольку Q становится L, переключающие транзисторы переходят в состояние OFF. Упомянутое выше, когда на выходе компаратора находится уровень H, переключающие транзисторы переключаются за счет колебаний OSC. Когда выходное напряжение падает от установленного напряжения, регулятор подает электрическую мощность на выход с помощью операции переключения. Когда выходное напряжение становится выше установленного напряжения, регулятор останавливает операцию переключения и прекращает подачу электроэнергии на выход. вывод. В случае MC34063A, он не позволяет изменять длительность импульса переключения, как LM2575, как способ управления напряжением. Это делает способ управления операцией переключения в подъемах и падениях с выходным напряжением.

www.eepw.com.cn

%PDF-1.4 % 48 0 объект > эндообъект 80 0 объект >/Шрифт>>>/Поля[]>> эндообъект 44 0 объект >поток 2006-04-08T11:34:55+08:002009-11-09T21:46:03+08:002009-11-09T21:46:03+08:00www.workpdf.comPDF, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ, PDF ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ, ИС, ЧИП, ПОЛУПРОВОДНИК, ТРАНЗИСТОР, ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПОНЕНТ, КОМПОНЕНТ ISO, ALLDATASHEET, СПРАВОЧНИК, КАТАЛОГ, АРХИВ, EEPWapplication/pdf

www.eepw.com.cn

DATASHEET SEARCH, DATABOOK, COMPONENT, САЙТ БЕСПЛАТНОЙ ЗАГРУЗКИ

Предоставлено eepw.