Понижающий преобразователь на MC34063 для мобильного телефона
Подзаряжать аккумулятор мобильного телефона приходится в среднем один раз в неделю. Если Вы читаете наши обзоры мобильных телефонов , то, возможно, уже выбрали для себя экономичную модель , которая держит заряд по нескольку недель.
Со временем свойства аккумулятора мобильного телефона ухудшаются, и заряжать его приходится всё чаще. Особенно это ощущается на старых телефонах, которые жалко выбросить, но покупать новый аккумулятор нецелесообразно. Кроме того, у старых телефонов часто выходит из строя контроллер заряда и заряжать их приходится только при помощи лягушки .
Одно из решений для подобных телефонов - питание от ёмкого свинцового гелевого аккумулятора (например, восстановленного от UPS). Разумеется, телефон с таким аккумулятором уже не является мобильным. Он может лежать на полочке и использоваться по мере надобности.
Задача преобразователя - понизить напряжение аккумулятора (11-12 вольт) до напряжения, необходимого для питания телефона - 3.6 вольт. Преобразователь должен обладать высоким КПД, чтобы эффективно использовать энергию, запасённую в аккумуляторе. Линейные стабилизаторы здесь нежелательны по той причине, что часть энергии переводят в тепло.
Вашему вниманию предлагается импульсный преобразователь, который имеет миниатюрные размеры (плата - 3x3 см, а при использовании smd-компонентов - ещё меньше) и не нагреватся совсем.
В преобразователе используется известная микросхема MC34063. Параметры стабилизатора можно легко рассчитать на требуемые значения выходного напряжения и тока. Поэтому на основе этого преобразователя легко построить, например, автомобильную зарядку для телефона или КПК.
Схема стабилизатора - стандартная step-down (понижающая) из даташита на MC34063:
Для удобства приводим онлайн-калькулятор параметров для данной схемы. Задав нужные значения напряжений и тока, Вы легко посчитаете номиналы деталей.
| Онлайн-калькулятор MC34063 | |
| Здесь будет результат вычисления | |
Обратите внимание, что чем больше частота преобразования, тем меньшие значения индуктивности дросселя и ёмкости конденсатора потребуются. Параметр I L - значение тока, на который должен быть рассчитан дроссель, а L - минимальное значение его индуктивности (т.е меньше нельзя, можно больше).
Печатная плата может быть, например, такой, как на рисунке. В ней возможна как установка рассчитанных резисторов для получения конкретного напряжения, так и установка подстроечного резистора для регулировки. Конденсатор на входе преобразователя - в SMD исполнении, устанавливается со стороны печатных дорожек. Конденсатор на выходе может быть как SMD, так и в выводном исполнении. Необходимо, чтобы он был Low ESR, т.к. частота преобразователя высокая. Обратите внимание, что у электролитических конденсаторов в SMD исполнении полоса на корпусе означает плюсовой вывод, а не минусовой.
Собранный преобразователь подключается выходом непосредственно к клеммам аккумулятора мобильного телефона, а входом - к гелевому аккумулятору. Зарядки такого аккумулятора хватит на длительный срок работы телефона.
Данную схему также можно использовать и для иных целей, например, для питания светодиодов и т.п.
Импульсный регулятор напряжения MC34063A (полный российский аналог КР1156ЕУ5) - специально разработанная микросхема для DC-DC преобразователей с минимальным количеством внешних элементов. Микросхема MC34063A применяется в импульсных источниках питания со входным напряжением от 3 до 40В и выходным током до 1,5А:
Повышающих (Step-up converter)
понижающих (Step-down converter)
инвертирующих (Voltage inverting converter).
На практике приходилось встречаться только с вариантами источников питания
повышающих – Феликс 02К, цепь формирования 24В из 12В
понижающих – практически все фискальные регистраторы работающие от 24В, принтеры этикеток и прочее оборудование, где входное напряжение питания больше 5 вольт. Поэтому будем рассматривать только первые два варианта использования микросхемы MC34063A.
- Datasheet MC34063A на английском ().
- Описание работы КР1156ЕУ5 (аналог MC34063A) на русском ().
- И.Л. Кольцов «33 схемы на КР1156ЕУ5» ().
- Документ AN920/D. В данном документе приведены формулы для расчета преобразователей DC-DC на базе микросхемы MC34063. Рассмотрен принцип работы. ().
Общее описание.
Мощный электронный ключ на составном транзисторе (VT1 и VT2), который соединен со схемой управления. На нее поступают импульсы синхронизации от генератора, скважность которых зависит от сигнала схемы ограничения по току. Также на схему управления подается сигнал обратной связи с компаратора. Он производит сравнение напряжения обратной связи с напряжением внутреннего источника опорного напряжения. Стабильность параметров выходного напряжения микросхемы полностью обеспечивает источник опорного напряжения, т.к. его напряжение не зависит от изменений температуры окружающей среды и колебания входного напряжения.
Рис. Расположение выводов (pinout) MC34063A
Назначение выводов
Switch Collector (VT1) Коллектор выходного транзистора.
Switch Emitter (OUT) Эмиттер выходного транзистора.
Timing Capacitor (OSC) Вывод для подключения времязадающего конденсатора.
Ground (Gnd) Общий вывод.
Comparator Inverting Input (CMP) Вход компаратора - инвертирующий.
Vcc (Uin) Напряжение питания (3... 40В).
Ipk Sense (Rt) Вход схемы ограничения тока, сюда подключается токоограничивающий резистор. Ipk пиковый ток через индуктивность, где Ipk <1.5А.
Driver Collector (VT2) Коллектор предвыходного транзистора.
Схема подключения.
Микросхема МС34063A имеет два входа, которые можно использовать для стабилизации тока.
Один вход имеет пороговое напряжение 1.25В (5 нога), что для мощной нагрузки не выгодно из-за потерь мощности. Например, при токе 1000 мА имеем потери на резисторе-датчике тока величиной 1.25*1А=1.25Вт, что сопоставимо с потерями мощности на линейном стабилизаторе.
Второй вход микросхемы имеет пороговое напряжение 0.3В (7 нога), и предназначен для защиты встроенного транзистора от перегрузки по току.
Рис. Схема понижения (Step-down converter)
Рис. Схема повышения (Step-up converter)
С2 - конденсатор задающий частоту преобразования.
VD1 – быстродействующий диод, практически вся схема зависит от быстродействия этого диода. При использовании диодов Шотки, диод должен выдерживать обратное напряжение вдвое превышающее выходное напряжение.
R1 – Токовый датчик, задает максимальный ток на выходе стабилизатора. При превышении максимального тока – микросхема отключится, фактически является защитой от короткого замыкания (перегрузки) на выходе. Обладает довольно большой рассеиваемой мощностью, от 0,5 Вт до 2Вт, на практике иногда выглядит в виде нескольких параллельно включенных резисторов.
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.
Когда перед разработчиком какого либо устройства, встает вопрос «Как получить нужное напряжение?», то обычно ответ прост — линейный стабилизатор. Их несомненный плюс это маленькая стоимость и минимальная обвязка. Но кроме этих достоинств, у них есть недостаток — сильный нагрев. Очень много драгоценной энергии, линейные стабилизаторы превращают в тепло. Поэтому использование таких стабилизаторов, в устройствах с батарейным питанием не желательно. Более экономичными являются DC-DC преобразователи . О них то и пойдёт речь.
Вид сзади:
О принципах работы уже всё сказано до меня, так что я не буду на этом останавливаться. Скажу лишь что такие преобразователи бывают Step-UP (повышающие) и Step-Down (понижающие). Меня конечно же заинтересовали последние. Что получилось вы можете видеть на рисунке выше. Схемы преобразователей были мной заботливо перерисованы из даташита:-) Начнем с Step-Down преобразователя:
Как видите ничего хитрого. Резисторы R3 и R2 образуют делитель с которого снимается напряжение и поступает на ногу обратной связи микросхемы MC34063.
Соответственно изменяя номиналы этих резисторов можно менять напряжение на выходе преобразователя. Резистор R1 служит для того чтоб защитить микросхему от выхода из строя в случае короткого замыкания. Если впаять вместо него перемычку то защита будет отключена и схема может испустить волшебный дымок на котором работает вся электроника. :-) Чем больше сопротивление этого резистора, тем меньший ток сможет отдать преобразователь. При его сопротивлении 0.3 ома, ток не превысит пол ампера. Кстати все эти резисторы может рассчитать моя . Дроссель я брал готовый но ни кто не запрещает его намотать самому. Главное чтоб он был на нужный ток. Диод так же любой Шотки и так же на нужный ток. В крайнем случае можно запараллелить два маломощных диода. Напряжения конденсаторов не указаны на схеме, их нужно выбирать исходя из входного и выходного напряжения. Лучше брать с двойным запасом.
Step-UP преобразователь имеет в своей схеме незначительные отличия:
Требования к деталям, те же что и для Step-Down. Что касается качества получаемого напряжения на выходе,то оно достаточно стабильно и пульсации как говорят — небольшие. (сам на счёт пульсаций не могу сказать так как нет у меня осциллографа пока). Вопросы, предложения в комментарии.
Похожие статьи
