Мощное Зарядное Устройство Для Смартфонов На MC34063A
Как-то давно я делал похожее устройство того же функционала, но в базовой комплектации ему очень не хватало тока для полноценной зарядки смартфона, всего около 500 мА. Устройство пыхтело изо всех сил, но микросхема перегревалась, и это отрицательно сказывалось на КПД и работоспособности в целом.
Напоминаю, чтобы не заморачиваться — можно купить крутой готовый PowerBank на свой вкус 🙂
Тут одному товарищу на курсовую работу понадобилось сделать Power Bank, поэтому за основу была взята схема с внешним ключевым элементом на полевом транзисторе.
Просто так подключить полевой транзистор на выход открытого эмиттера не получится, применён драйвер, выполненный из диода и pnp транзистора. Схема представлена ниже, все необходимые расчётные формулы указаны на картинке, в дополнение могу предложить калькулятор, по которому можно рассчитать резисторы обратной связи для получения необходимого напряжения (для зарядки смартфона необходимо 5 В). Для 5 Вольт выходного напряжения подойдут резисторы на 1к и 3 к, 1к — тот, который на землю. Как пользоваться калькулятором — написано по первой ссылке в статье.
Развести плату не составило труда, фото ниже, файл в конце статьи.
Использовались smd элементы вперемешку с выводными.
Конечная реализация устройства позволяет заряжать любой смартфон при соответствующем переходнике. Ток вполне может доходить до 2А, при этом ни одна деталь не греется. Конкретно в этой реализации на выходе был USB разъём.
По сути вы видите STEP-UP преобразователь на MCP34063A + MOSFET транзистор для усиления тока.
Если нужно питать от маленького напряжения, как от литий-ионного аккумулятора, на затвор подавать импульсы через диод Шоттки.
Файл платы в формате lay.
| Рис. Структурная схема MC34063A (русский datasheet) | Рис. Структурная схема MC34063A (английский datasheet) |
повышающих (Step-up converter)
 |
Важное замечание! Опорное напряжение токового входа микросхемы 34063 различается у разных корпусов, с разбросами от 0,25В до 0,45В. . Стандартные расчеты принимаются для опорного напряжения 0,3В. Таким образом если напряжение на шунте станет выше чем 0.3 вольта, микросхема 34063 отключится. (Например резистор R1=1 Ом, тогда при достижении U=1 Ом*0,3А=0,3В сработает защита по току и микросхема отключится. На практике это означает, что при значении резистора R1=1 Ом выходной ток источника питания будет 0,3А).
R2, R3 — делитель напряжения, с помощью которого задается выходное напряжение.
Рис. Выходное напряжение, формула расчета.
Фильтр рассмотрим отдельно, так как именно фильтр является слабым звеном при эксплуатации.
L1 – накопительная и фильтрующая индуктивность. Данную индуктивность настоятельно не рекомендуется уменьшать, так же именно эта индуктивность задает выходной ток, поэтому толщина провода довольно критичный параметр. На практике такая схема фильтра довольно редкое явление, как правило ставится второй LC фильтр, индуктивности включаются встречно.
С3 – принцип такой же как у катушки индуктивности. Несмотря на расчеты, если нет ограничения по размерам, конденсатор на 470 мкФ увидеть здесь довольно редкое явление. А вот конденсатор на 1000 мкФ здесь общепринятый стандарт (рассматриваем схемы Uвх=24В, Uвых=5В). Конденсатор должен быть LOW ESR, однако на практике это довольно редкое явление, ставится обычный конденсатор. Хотя если поднять оборудование 2000-2002 г.в. то там можно встретить LOW ESR конденсаторы в фильтре. Некоторые производители ставят в параллель ВЧ конденсатор, однако это довольно спорное решение.
|
Конденсатор фильтра для понижающих (Step-down converter) источников питания не является обязательным элементом, при достаточно большой индуктивности фильтра.
MC34063 datasheet по-русски.
Рынок электроники сегодня предоставляет много вариантов микросхем для стабилизации и преобразования напряжения. Я остановлюсь на самом пожалуй распространенном контроллере серии 34063. Эта микросхема хороша тем что она доступна, на её базе легко изучить устройство и работу шим контроллеров. Сама микросхема копеечная так что если в ходе работы вы спалите пару штук, то будет не жалко. Для MC34063 есть в сети много удобных калькуляторов где легко рассчитать нужные параметры вашего устройства.
У MC34063 масса аналогов, и даже есть отечественный — КР1156ЕУ5.
Диапазон рабочих напряжений MC34063 от 3 до 40 вольт.
Коммутируемый ток ключа MC34063 до 1.5 А.
Данный контроллер почти так же популярен как таймер 555 серии.
Собирая данное устройство вы получите массу опыта в налаживании подобных устройств и в дальнейшем перейдёте к более сложным схемам.
Для запуска контроллера в работу потребуется сама микросхема MC34063, индуктивность, диод, пару конденсаторов на 100 — 500 мкф, и 3 — 4 резистора.
Теперь о том как это всё работает:
Смотрим на 1 схему step-down, это работает почти как обычный шим стабилизатор.
Данное включение MC34063 реализует только понижение входного напряжения !
При уравнивании или снижении входного напряжения ниже заданного выходного, ключевой транзистор открывается и мы имеем прямой переток напряжения через ключ и индуктивность к выходу устройства.
Индуктивность и емкость в выходной цепи образуют фильтр.
При открытии ключа дроссель набирает энергию. При закрытии ключа микросхемы, обратная ЭДС дросселя фильтра разряжается через диод и конденсатор Co. Данный цикл постоянно повторяется с заданной частотой. Такая схема хорошо подходит для того что бы снизить напряжение например с 12- 9 вольт на 5 или 3.3 вольта. Есть вариант поставить для этих целей обычный стабилизатор типа 7805. Но это не очень практично.
Допустим вы снижайте напряжение батареи крона через линейный стабилизатор до 5 вольт, тут вы теряйте на нагреве стабилизатора почти 50% энергии, а если вам нужно 3.3 вольта то на нагрев уйдёт уже 70%, это уже не лезет ни в какие ворота .
А если то же самое проделать с шим контроллером то потери упадут до 13%,
плюс радиатор вам не понадобится. КПД данного вида преобразователя 87%.
В реалии при замере у меня MC34063 в работе кушает 2-3 мА. По паспорту 4 мА, что возможно так же зависит от производителя микросхемы.
Едем дальше. Стабилизирует схема выходное напряжение, с помощью делителя на двух резисторах R1;R2 подключенных к 5 выводу микросхемы. Как только напряжение на 5 выводе превысит 1.25 вольта, компаратор переключит тригер и ключ микросхемы закроется. Так ограничивается рост напряжения на выходе устройства.
Меняя номиналы этих резисторов можно задавать напряжение выхода.
На практике часто ставится переменный резистор, средняя точка которого идёт к 5 выводу MC34063, а крайние выводы подключаются один к земле другой к выходному напряжению.
Резистор Rsc между 7 и 6 выводами задаёт максимальный ток ключа микросхемы. Защита срабатывает когда между выводами 7 и 6 напряжение подымается более 0.3 вольта.
На 3 выводе MC34063 стоит конденсатор задающий частоту внутреннего генератора.
Максимальная частота по паспорту 100 кГц. Чем меньше индуктивность тем больше нужно частоту и наоборот.
Теперь рассмотрим схему 2 включения MC34063, Step-Up.По нашему, это преобразователь на обратной ЭДС .
Мне на просторах интернета попалась схемка автора Ahtoxa с заменой микросхемы КРЕН5 на маленькую платку с МС34063, собранную с небольшими изменениями по даташиту по току до 0,5 А. Дело в том, что иногда бывает необходимость поставить стабилизатор без громоздкого радиатора при большом входном напряжении. И потому такой вариант вполне мог бы быть применим. Известно, что микросхема LM7805 является линейным стабилизатором напряжения,то есть всё лишнее напряжение она высаживает на себе. И при входном напряжении 12 В, она вынуждена обеспечивать на себе падение напряжения в 7 вольт. Умножьте это на ток хотя бы в 100 мА, и получите уже 0.7 Вт лишней рассеиваемой мощности. При чуть больших токах или разнице между входным и выходным напряжениями без большого теплоотвода уже не обойтись.
Простая и регулируемая схемы МС34063
Автор не стал делиться печатной платой, поэтому разработал свой похожий вариант. Скачать его вместе с докуметацией и другими нужными для сборки файлами можно в общем архиве.
Стабилизатор отлично работает. Собирал неоднократно. Правда отличия от даташита не в лучшую сторону. Ограничительный резистор ставить настоятельно рекомендуется. Иначе при наличии на выходе больших емкостей, может вызвать пробой внутри микросхемы. Включение паралельно двух диодов не оправдано. Лучше ставить один по мощнее. Хотя для тока 500 мА и такого с гловой хватит. Для больших токов, желательно ставить внешний транзистор. Хотя микросхема по даташиту и рассчитана на 1,5 А, но рабочий ток больше 500 мА не рекомендуется.
Далее ещё получилось подкорректировать печатку, ток уже можно будет до 1 А поднимать, плюс регулировка выхода. Катушка L1 паяется со стороны печатных проводников.
А вот как регулятор будет выглядеть на платке: дроссель, резистор и SMD конденсатор на этом фото пока не установлены, но в принципе всё удобно и компактно уместилось. Испытания в конечном итоге прошли успешно. Автор материала Igoran.
Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР НА МИКРОСХЕМЕ МС34063
ЗУ для телефона от прикуривателя на MC34063 – Поделки для авто
MC34063 – популярная микросхема для конструирования небольших схем бестрансформаторных преобразователей напряжения. Она универсальна, поскольку на ее базе можно сделать повышающие, понижающие и инвертирующие DC-DC преобразователи напряжения. Диапазон входных и выходных напряжений позволяет с легкостью собрать на базе этой микросхемы ряд преобразователей напряжения с минимальными затратами, которые незаменимы в быту.
Разумеется, все эти конструкции можно купить в Китае, в готовом виде, но об этом мы сегодня беседовать не станем, в Китае можно все купить, но своими руками – интересней.
Рассмотрим мы конструкцию понижающего преобразователя напряжения, на вход которого можно подавать напряжение от 5/6 до 40 Вольт, при этом выходное напряжение всегда будет держаться стабильным, на уровне 5 Вольт. от 5 Вольт заряжаются все мобильные телефоны, планшеты, некоторые плееры и проигрыватели.
Микросхема пользуется широкой популярностью среди радиолюбителей именно по той причине, что стоит копейки и содержит минимальную обвязку.
Дроссель, выпрямительный диод (шоттки) и несколько пассивных компонентов. Выходное напряжение может быть и другим, существует куча программ и формул для расчета инверторов на этой микросхеме. Выходное напряжение зависит от соотношения резисторов R3/R2.
Диод в принципе тоже не критичен и можно взять обычные импульсные, можно из линейки FR/UF/HER/SF и т.п.
Диод нужен с током выше 1,5 Ампер, лучше 3, поскольку выходной ток с микросхемы может доходить до 1,5 Ампер. Сам дроссель намотан на ферритовой гантельке, можно и кольцо, обмотка намотана проводом 0,6-0,8 мм и состоит из 15-20 Витков. Можно взять готовый дроссель из некоторых компьютерных блоков питания.
Конденсатор C1 отвечает за рабочую частоту встроенного в микросхему генератора, советуется запускать микросхему на частотах 40-60 кГц.
К стати, на указанной микросхеме реализуются и однотактные трансформаторные преобразователи напряжения, для получения более широкого диапазона выходного напряжения и обеспечения гальванической развязки. Мощность при этом тоже тоже можно поднять, ведь в таком случае выход микросхемы усилен мощным транзистором.
Похожие статьи:
Повышающий DC-DC преобразователь на MC34063 (из 5В в 12В)
Повышающие DC-DC преобразователи находят широкое применение в электронике. Они могут применяться как отдельные модули питания конкретных объектов, так и могут входить в часть электрической схемы. Например, можно поднять напряжение пятивольтного аккумулятора и питать от него через повышающий преобразователь нагрузку напряжением 12В (усилитель, лампу, реле и т.д.). Еще пример, в некоторых охранно-пожарных сигнализациях на линиях контроля около 30В постоянного тока, а сам блок контроля и управления работает от 12В, поэтому в последние внедряют повышающие преобразователи и они являются частью схемы блоков контроля и управления.
Микросхема МС34063 представляет собой импульсный конвертор, поэтому она обладает высокой эффективностью (КПД) и имеет три схемы включения (инверторную, повышающую и понижающую). В этой статье будет описан исключительно повышающий (Step Up) вариант.
МС34063 выполняется в корпусах DIP-8 и SO-8. Расположение выводов показано ниже.
Основные технические параметры MC34063.
Входное напряжение ………. от 3 до 40 Вольт
Выходное напряжение ………. от 1.25 до 38 Вольт
Максимальный ток на выходе ………. 1.5 Ампер
Максимальная частота ………. 100кГц
Максимальный ток на выходе это пиковый ток на внутреннем транзисторе и он значительно больше тока нагрузки, поэтому не стоит надеяться, что преобразователь будет держать 1.5A на выходе. Ниже представлен калькулятор, который позволит правильно посчитать ток.
Другую интересующую информацию по параметрам и внутреннему устройству микросхемы можно найти в Datasheet.
Схема повышающего DC-DC преобразователя на MC34063.
Опишу работу простыми словами. В микросхеме MC34063 есть генератор, генерирующий импульсы с определенной частотой. Генератор, взаимодействуя с другими узлами, управляет выходным транзистором, коллектор которого соединен с выводом 1, а эмиттер с выводом 2.
Когда выходной транзистор открыт, дроссель L1 заряжается входным напряжением через резистор R3.
После закрытия выходного транзистора, дроссель отключается от земли и в этот момент происходит его разряд (самоиндукция). Энергия дросселя уже с противоположной полярностью и большая по силе поступает на диод VD1. После выпрямления напряжения диодом, оно поступает на выход схемы, накапливаясь в конденсаторе C3. Помимо накопления, данный конденсатор сглаживает пульсации.
Схема конвертирует напряжение постоянного тока с 5В до 12В. Чуть ниже пойдёт речь об изменении номиналов элементов под нужные напряжения.
Резисторами R1 и R2 задается напряжение на выходе. Резистор R3 ограничивает выходной ток до минимума, при превышении определенной мощности.
Конденсатор C2 задает частоту преобразования.
Элементы.
Все резисторы мощностью 0.25Вт кроме R3 (0.5-1 Ватт).
В качестве L1 я взял готовый дроссель на 470мкГн, намотанный медным эмалевым проводом на гантель из феррита и отмотал три слоя, уменьшив тем самым индуктивность до 75мкГн (индуктивность больше расчетной допускается, а меньше нельзя).
Дроссель должен выдерживать пиковый выходной ток (в моем случае 1.5А).
Также можно взять кольцо из порошкового железа (жёлтого цвета) наружным диаметром 18мм, внутренним 8мм, толщиной 8мм и намотать медным проводом (диаметром 0.6мм и более) 30-40 витков (при 30 витках индуктивность получилась 55мкГн). Кольцо можно взять больше моего, но меньше не рекомендую.
Диод VD1- Шоттки, либо быстродействующий (типа SF, UF, MUR, HER и т.д.) на ток не менее 1А и обратное напряжение в два раза больше выходного (в моем случае 40В).
У микросхемы МС34063 есть отечественный аналог КР1156ЕУ5, они полностью взаимозаменяемы.
Расчет преобразователя на MC34063 под другое напряжение и ток.
Расчет займет не более одной минуты. Для этого необходимо воспользоваться On-line калькулятором расчета параметров МС34063. Помимо номиналов программа высчитает пиковый выходной ток, и в случае его превышения выдаст сообщение.
Калькулятор считает минимальную индуктивность, поэтому ее можно брать с положительным запасом (произойдут незначительные изменения лишь в КПД).
Пару слов…
Расчетная частота (50кГц в моем случае) является минимальной и может значительно отличаться и изменяться в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки.
При выходном токе 200мА происходит достаточно сильный нагрев микросхемы MC34063, и работать в таком режиме долгое время возможно не сможет.
Рекомендую использовать MC34063 в тех случаях, когда нужно питать слаботочную часть схемы или отдельную нагрузку током до 150-250мА, а для нагрузки 3-5А предлагаю обратить внимание на повышающие DC-DC преобразователи, построенные на базе UC3843 и UC3845.
Печатная плата повышающего преобразователя на MC34063 (из 5В в 12В) СКАЧАТЬ
Datasheet на MC34063 СКАЧАТЬ
Похожие статьи
Alex_EXE » Понижающий DC-DC преобразователь на MC34063
Внимание! Статья отправлена на доработку.
Очень часто встаёт вопрос о том, как получить требуемое для схемы питание напряжение, имея источник с отличным от требуемого напряжения. Такие задачи делятся на две: когда: нужно уменьшить или увеличить напряжение до заданного. В этой статье будет рассмотрен первый вариант.
Как правило, можно применить линейный стабилизатор, но у него будут большие потери по мощности, т.к. разность в напряжениях он будет преобразовывать в тепло. Здесь на помощь приходят импульсные преобразователи. Вашему вниманию предлагается простенький и компактный преобразователь на MC34063.
Вид преобразователя
Эта микросхема очень универсальна, на ней можно реализовывать понижающие, повышающие и инвертирующие преобразователи с максимальным внутренним током до 1,5А. Но в статье рассмотрен только понижающий преобразователь, остальные будут рассмотрены позже.
Размеры получившегося преобразователя – 21х17х11 мм. Такие размеры получилось из-за использования совместно выводных и SMD деталей. Преобразователь содержит всего 9 деталей.
Схема
Детали в схеме рассчитаны на 5В с ограничение тока 500мА, с пульсацией 43кГц и 3мВ. Входное напряжение может быть от 7 до 40 вольт.
За выходное напряжение отвечают резисторный делитель на R2 и R3, если их заменить подстроечным резистором где-то на 10 кОм, то можно будет задавать требуемое выходное напряжение. За ограничение тока отвечает резистор R1. За частоту пульсаций отвечают конденсатор C1 и катушка L1, за уровень пульсаций конденсатор C3. Диод может быть заменён на 1N5818 или 1N5820. Для расчёта параметров схемы есть специальный калькулятор — http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml, где стоит только задать требуемые параметры, он так же может рассчитать схемы и параметры преобразователей нерассмотренных двух типов.
Вид сзади
Платы
Было изготовлено 2 печатные платы: слева – с делителем напряжения на делителе напряжения, выполненном на двух резисторов типоразмера 0805, справа с переменным резистором 3329H-682 6,8кОм. Микросхема MC34063 в корпусе DIP, под ней два чип танталовых конденсатора типоразмера – D. Конденсатор C1 –типоразмера 0805, диод выводной, резистор ограничения тока R1 – на пол вата, при малых токах, меньше 400 мА, можно поставить резистор меньшей мощности. Индуктивность CW68 22мкГн, 960мА.
Осциллограммы пульсаций, R огранич = 0,3 Ом
На этих осциллограммах показаны пульсации: слева – без нагрузки, справа – с нагрузкой в виде сотового телефона, ограничивающий резистор 0,3 Ом, снизу с той же нагрузкой, но ограничивающий резистор на 0,2 Ом.
Осциллограмма пульсации, R огранич = 0,2 Ом
Снятые характеристики (замерены не все параметры), при входном напряжении 8,2 В.
Применение
Этот адаптер был изготовлен для подзарядки сотового телефона и питания цифровых схем в походных условиях.
Схема с переменны резистором
В статье была приведена плата с переменным резистором в качестве делителя напряжения, размешаю к ней и соответствующею схему, отличие от первой схемы только в делителе.
Скачать печатки в формате Sprint Layout
Схема обновлена 15 марта 2011 года
