В настоящее время, импульсные преобразователи используются практически везде и очень часто заменяют классические линейные стабилизаторы, на которых, как правило, при больших токах происходят значительные потери в виде тепла.

Приведенная здесь схема является простым импульсным понижающим преобразователем (Step-Down) с 12В до 5В. Схема построена на основе популярной и недорогой микросхеме MC34063.

Устройство предназначено для работы с автомобильной бортовой сетью 12В и может использоваться для зарядки/питания GPS навигаторов или мобильных телефонов, оснащенных разъемом USB.

В режиме ожидания схема полностью отключается от источника питания, а во время нормальной работы отключается сразу же после отключения нагрузки. Запуск преобразователя осуществляется путем кратковременного нажатия на кнопку и если к выходу не была ранее подключена нагрузка, например телефон, то преобразователь автоматически выключится.

Описание работы преобразователя напряжения с 12 на 5 вольт

Как уже было сказано ранее, схема построена на микросхеме MC34063, которая представляет собой контроллер, содержащий основные компоненты, необходимые для изготовления DC-DC преобразователей.

MC34063 содержит температурную компенсацию, источник опорного напряжения, компаратор и генератор с регулируемым заполнением. Кроме того, данная микросхема содержит схему ограничения тока и внутренний ключ, который может работать с токами до 1,5 А.

Для изготовления преобразователя требуется ОУ, дроссель, диод и несколько резисторов и конденсаторов. На рисунке ниже представлена полная принципиальная схема преобразователя.

Сердцем устройства является уже упомянутый ранее чип DD2 (MC34063), а так же дроссель L1 и диод Шоттки VD1. Диод выполняет очень важную роль — благодаря ему происходит закрытие контура для протекания тока от дросселя L1, возникающего после отключения внутреннего выходного ключа MC34063.

Конденсатор C3 определяет частоту работы внутреннего генератора DD2 и при емкости в 470pf частота будет составлять около 50 кГц. Резистор R5 отвечает за ограничение тока преобразователя и через него протекает весь импульсный ток, поступающий далее на дроссель L1. Ограничение тока установлено на уровне около 1,1 А.

Конденсатор C1 фильтрует напряжение питания. Выходной фильтр представляет собой конденсатор C4, а стабилитрон VD3 мощностью 1,3 Вт защищает схему от возможного кратковременного повышения напряжения.

Очень важным элементом является резистивный делитель напряжения R3, R7, так как он отвечает за величину выходного напряжения. Их соотношение подобрано таким образом, что при выходном напряжении 5В на входе 5 компаратора микросхемы DD2 было напряжение 1,25В.

Большим преимуществом данной схемы является возможность автоматического выключения питания после отключения нагрузки. За эту функцию отвечает транзистор VT1 и резисторы R1,R2. В выключенном состоянии резистор R1 обеспечивает правильную отсечку транзистора VT1. Запуск системы осуществляется через кратковременное нажатие кнопки SW1.

Преобразователь запускается, а транзистор VT2 далее поддерживает низкий уровень на базе VT1. Резистор R2 ограничивает ток базы транзистора VТ1.

Для контроля тока, потребляемого нагрузкой, используется операционный усилитель DD1 (LM358). Он работает в качестве неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления равным 1000. Коэффициент усиления определяется номиналами резисторов R8 и R9.

Конденсатор C2 фильтрует напряжение питания усилителя. Для управления транзистором VT2 используется делитель напряжения на резисторах R4 и R6, с коэффициентом деления 2.

Незначительное падение напряжения на измерительном резисторе (шунте) R11 порядка 5-6мВ приведет к открытию транзистора VT2 и поддержанию работы преобразователя. Таким образом, для поддержания работы преобразователя достаточно чтобы ток потребления был порядка 25-30мА. Светодиод VD2 выполняет роль индикатора питания, а его ток ограничен резистором R10.

Скачать рисунок печатной платы (80,4 Kb, скачано: 1 252)

Есть стандартное напряжение 24 или 48 В. Как из такого входного напряжения получить 5 В на 3 А выходного тока? Со специальным DC-DC преобразователем BD9G341AEFJ от ROHM. Эта микросхема идеально подходит для высокого входного напряжения и снижения его до 5-ти вольтового низкого напряжения с током 3 A. Микросхема BD9G341AEFJ — это понижающий импульсный стабилизатор со встроенным MOSFET транзистором имеющим сопротивление канала 150 миллиом. Архитектура обеспечивает быстрый старт и простую настройку компенсации фазы. Рабочая частота программируется от 50 кГц до 750 кГц.

Схема преобразователя 24/5 В

Огромный плюс платы в том, что конфигурация 3-х контактов похожа на ldo-стабилизатор регулятор LM7805, так что инвертор предназначен в качестве замены для микросхемы БП старой серии, который может к тому же обеспечить гораздо больший ток и принять более высокое входное напряжение.

Технические характеристики

  • Питание 24-48 В постоянного тока (12-76 В диапазон)
  • Выходная мощность 5.1 В / 3 А
  • Конфигурация цоколёвки под непосредственную замену LM7805
  • Частота преобразования 200 кГц.

При необходимости можно получить различное выходное напряжение путем замены нескольких радиокомпонентов в схеме согласно даташита.

Дополнительно есть функции защиты, такие как защита от перегрузки по току, перегрева и пониженного напряжения блокировки. Блокировка и гистерезис могут быть установлены внешним резистором. Рисунок печатной платы здесь.

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