Импульсный преобразователь на MC34063A. Схема преобразователя на микросхеме MC34063A - Преобразователи напряжения (инверторы) - Источники питания Mc34063 инвертор напряжения

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.

Этот опус будет о 3-богатырях. Почему богатырях?))) Издревна, богатыри — защитники Родины, люди которые «тырили» , то есть копили, а не как сейчас -«воровали», богатство.. Наши накопители — это импульсные преобразователи, 3 типа (понижающий, повышающий, инвертор). Причем все три — на одной микросхеме MC34063 и на одном типа катушки DO5022 индуктивностью 150 мкГн. Применяются они в составе коммутатора СВЧ-сигнала на pin-диодах, схема и плата которых приведена в конце этой статьи.

Расчет понижающего преобразователя (step-down, buck) DC-DC на микросхеме MC34063

Расчет ведется по типовой методике “AN920/D” от ON Semiconductor. Cхема электрическая принципиальная преобразователя изображена на рисунке 1. Номера элементов схемы соответствуют последнему варианту cхемы (из файла “Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH”).

Рис.1 Схема электрическая принципиальная понижающего (step-down) драйвера.

Выводы микросхемы:

Вывод 1 — SWC (switch collector) — коллектор выходного транзистора

Вывод 2 — SWE (switch emitter) — эмиттер выходного транзистора

Вывод 3 — TС (timing capacitor) — вход для подключения времязадающего конденсатора

Вывод 4 — GND – земля (соединяется с общим проводом понижающего DC-DC)

Вывод 5 — CII(FB ) (comparator inverting input) — инвертирующий вход компаратора

Вывод 6 — V CC — питание

Вывод 7 — Ipk — вход схемы ограничения максимального тока

Вывод 8 — DRC (driver collector) — коллектор драйвера выходного транзистора (в качестве драйвера выходного транзистора также используется биполярный транзистор, соединенный по схеме Дарлингтона, стоящий внутри микросхемы).

Элементы:

L 3 — дроссель. Лучше использовать дроссель открытого типа (не полностью закрытый ферритом) — серия DO5022T от Сoilkraft или RLB от Bourns, так как такой дроссель входит в насыщение при большем токе, чем распространённые дроссели закрытого типа CDRH Sumida. Лучше использовать дроссели большей индуктивности, чем полученное расчетное значение.

С 11 — времязадающий конденсатор, он определяет частоту преобразования. Максимальная частота преобразования для микросхем 34063 составляет порядка 100 кГц.

R 24 , R 21 — делитель напряжения для схемы компаратора. На неинвертирующий вход компаратора подается напряжение 1,25В от внутреннего регулятора, а на инвертирующий вход — с делителя напряжения. Когда напряжение с делителя становится равным напряжению от внутреннего регулятора — компаратор переключает выходной транзистор.

C 2 , С 5 , С 8 и С 17 , С 18 — соответственно, выходной и входной фильтры. Емкость выходного фильтра определяет величину пульсаций выходного напряжения. Если в процессе расчетов получается, что для заданной величины пульсаций требуется очень большая емкость, можно расчет сделать для больших пульсаций, а потом использовать дополнительный LC-фильтр. Входную емкость обычно берут 100 … 470 мкФ (рекомендация TI не менее 470 мкФ), выходную – также берут 100 … 470 мкФ (взято 220 мкФ).

R 11-12-13 (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. Расчет ведется именно на пиковый ток (внутреннего транзистора). При использовании внешнего транзистора пиковый ток протекает через него, через внутренний транзистор протекает меньший (управляющий) ток.

VT 4 – внешний биполярный транзистор, ставится в схему, когда расчетный пиковый ток превышает 1.5А (при большом выходном токе). Иначе перегрев микросхемы может привести к выходу ее из строя. Рабочий режим (ток базы транзистора) R 26 , R 28 .

VD 2 – диод Шоттки или ультрабыстрый (ultrafast) диод на напряжение (прямое и обратное) не менее 2U вых

Порядок расчета:

• Выбирают номинальные входное и выходное напряжения: V in , V out и максимальный

выходной ток I out .

В нашей схеме V in =24В, V out =5В, I out =500мА (максимально 750 мА)

• Выбирают минимальное входное напряжение V in(min) и минимальную рабочую частоту f min при выбранных V in и I out .

В нашей схеме V in(min) =20В (по ТЗ), выбираем f min =50 кГц

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.

(t on +t off) max =1/f min =1/50 кГц =0.02 мС =20 мкС

Рассчитывают отношение t on /t off по формуле t on /t off =(V out +V F)/(V in(min) -V sat -V out) , где V F — падение напряжения на диоде (forward –прямое падение напряжения), V sat — падение напряжения на выходном транзисторе, когда он находится в полностью открытом состоянии (saturation – напряжение насыщения) при заданном токе. V sat определяется по графикам или таблицам, приведенным в документации. 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 .

(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) Зная t on /t off и (t on +t off) max решают систему уравнений и находят t on(max) .

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

t on ( max ) =20- t off =20-14.2 мкС=5.8 мкС

5) Находят емкость времязадающего конденсатора С 11 (Ct ) по формуле:

C 11 = 4.5*10 -5 *t on(max) .

C 11 = 4.5*10 -5 * t on ( max ) =4.5*10 — 5*5.8 мкС=261 pF (это min значение) , берем 680pF

Чем меньше емкость, тем больше частота. Емкости 680pF соответствует частота 14КГц

6) Находят пиковый ток через выходной транзистор: I PK(switch) =2*I out . 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.

I PK(switch) =2*I out =2*0.5=1 A (для максимального значения выходного тока 750ма I PK(switch) = 1.4А)

7) Рассчитывают R sc по формуле: R sc =0,3/I PK(switch) .

R sc =0,3/I PK(switch) =0.3/1=0.3 Ом, параллельно соединяем 3 резистора (R 11-12-13 ) по 1 Ом

8) Рассчитывают минимальную емкость конденсатора выходного фильтра: С 17 =I PK(switch) *(t on +t off) max /8V ripple(p-p) , где V ripple(p-p) — максимальная величина пульсаций выходного напряжения. Берется максимальная ёмкость из ближайших к расчетному стандартных значений.

С 17 = I PK ( switch ) *(t on + t off ) max /8 V ripple ( p — p ) =1*14.2 мкС/8*50 мВ=50 мкФ, берем 220 мкФ

9) Рассчитывают минимальную индуктивность дросселя:

L 1( min ) = t on ( max ) *(V in ( min ) — V sat — V out )/ I PK ( switch ) . Если получаются слишком большие C 17 и L 1 , можно попробовать повысить частоту преобразования и повторить расчет. Чем выше частота преобразования — тем ниже минимальная емкость выходного конденсатора и минимальная индуктивность дросселя.

L 1(min) =t on(max) *(V in(min) -V sat -V out)/I PK(switch) =5.8 мкС *(20-0.8-5)/1=82.3 мкГн

Это минимальная индуктивность. Для микросхемы MC34063 дроссель следует выбирать с заведомо большим значением индуктивности, чем расчетное значение. Выбираем L=150мкГн фирмы CoilKraft DO5022.

10) Сопротивления делителя рассчитываются из соотношения V out =1,25*(1+R 24 /R 21) . Эти резисторы должны быть не менее 30 Ом.

Для V out =5В берем R 24 =3.6К, тогда R 21 =1.2К

Онлайн расчет http://uiut.org/master/mc34063/ показывает правильность рассчитанных значений (кроме Сt=С11):

Также есть другой онлайн расчет http://radiohlam.ru/teory/stepdown34063.htm , который также показывает правильность рассчитанных значений.

12) По условиям расчета п.7 пиковый ток 1А (Макс 1.4А) находится около максимального тока транзистора (1.5 …1.6 А) Желательно поставить внешний транзистор уже при пиковом токе 1А, во избежании перегрева микросхемы. Это и сделано. Выбираем транзистор VT4 MJD45 (PNP-тип) с коэффициентом передачи тока 40 (h21э желательно взять максимально возможным, так как транзистор работает в режиме насыщения и на нем падает напряжение порядка =0.8В). Некоторые производители транзисторов указывают в заголовке даташита про малое значение напряжения насыщения Usat порядка 1В, на которое и надо ориентироваться.

Рассчитаем сопротивления резисторов R26 и R28 в цепях выбранного транзистора VT4.

Ток базы транзистора VT4: I б= I PK ( switch ) / h 21 э . I б=1/40=25мА

Резистор в цепи БЭ: R 26 =10*h 21э / I PK ( switch ) . R 26 =10*40/1=400 Ом (берем R 26 =160Ом)

Ток через резистор R 26: I RBE =V BE /R 26 =0.8/160=5мА

Резистор в цепи базы: 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 Ом, можно взять меньше 160 Ом (однотипный с R 26 , так как встроенный транзистор Дарлингтона может обеспечить больший ток для меньшего резистора.

13) Рассчитаем элементы снаббера R 32, C 16. (см расчет повышающей схемы и схему ниже).

14) Рассчитаем элементы выходного фильтра L 5 , R 37, C 24 (Г.Oтт “Методы подавления шумов и помех в электронных системах” стр.120-121).

Выбрал — катушку L5=150мкГн (однотипный дроссель с активным резистивным сопротивлением Rдросс=0.25 ом) и С24=47мкФ (в схеме указано большее значение 100 мкФ)

Рассчитаем декремент затухания фильтра кси =((R+Rдросс)/2)* корень(С/L)

R=R37 ставится когда декремент затухания меньше 0.6, чтобы убрать выброс относительной АЧХ фильтра (резонанс фильтра). Иначе фильтр на этой частоте среза будет усиливать колебания, а не ослаблять.

Без R37: Кси=0.25/2*(корень 47/150)=0.07 — будет подъем АЧХ до +20дб, что плохо, поэтому ставим R=R37=2.2 Ом, тогда:

C R37: Кси=(1+2.2)/2*(корень 47/150)=0.646 — при кси 0.5 и более спад АЧХ (те нет резонанса).

Резонансная частота фильтра (частота среза) Fср=1/(2*пи*L*C), должна лежать ниже частот преобразования микросхемы (те фильтровать эти высокие частоты 10-100кГц). Для указанных значений L и С получим Fср=1896 Гц, что меньше частот работы преобразователя 10-100кГц. Сопротивление R37 более нескольких Ом повыщать нельзя, тк на нем упадет напряжение (при токе нагрузки 500мА и R37=2.2 Ом падение напряжения составит Ur37=I*R=0.5*2.2=1.1В).

Все элементы схемы выбраны для поверхностного монтажа

Осциллограммы работы в различных точках схемы понижающего преобразователя:

15) а) Осциллограммы без нагрузки (Uвх=24в, Uвых=+5В):

Напряжение +5В на выходе преобразователя (на конденсаторе С18) без нагрузки

Сигнал на коллекторе транзистора VT4 имеет частоту 30-40Гц, тк без нагрузки, схема потребляет около 4 мА без нагрузки

Управляющие сигналы на выв.1 микросхемы (нижний) и на базе транзистора VT4 (верхний) без нагрузки

б) Осциллограммы под нагрузкой (Uвх=24в, Uвых=+5В), при частотозадающей емкости c11=680pF. Меняем нагрузку путем уменьшения сопротивления резистора (3 осциллограммы ниже). Выходной ток стабилизатора при этом увеличивается, как и входной.

Нагрузка — 3 резистора 68 ом параллельно (221 мА ) Входной ток – 70мА

Желтый луч — сигнал на базе транзистора (управляющий) Синий луч — сигнал на коллекторе транзистора (выходной) Нагрузка — 5 резисторов 68 ом параллельно (367 мА ) Входной ток – 110мА

Желтый луч — сигнал на базе транзистора (управляющий) Синий луч — сигнал на коллекторе транзистора (выходной) Нагрузка — 1 резистор 10 ом (500 мА ) Входной ток – 150мА

Вывод: в зависимости от нагрузки меняется частота следования импульсов, при большей нагрузке – частота увеличивается, далее паузы (+5В) между фазой накопления и отдачи -пропадают, остаются только прямоугольные импульсы – стабилизатор работает “на пределе” своих возможностей. Это также видно по осциллограмме ниже, когда напряжение “пилы” имеет выбросы – стабилизатор входит в режим ограничения тока.

в) Напряжение на частотозадающей емкости c11=680pF при максимальной нагрузке 500мА

Желтый луч — сигнал емкости (управляющая пила) Синий луч — сигнал на коллекторе транзистора (выходной) Нагрузка — 1 резистор 10 ом (500 мА ) Входной ток – 150мА

г) Пульсации напряжения на выходе стабилизатора (с18) при максимальной нагрузке 500мА

Желтый луч — сигнал пульсаций на выходе (с18) Нагрузка — 1 резистор 10 ом (500 мА )

Пульсации напряжения на выходе LC(R)-фильтра (с24) при максимальной нагрузке 500мА

Желтый луч — сигнал пульсаций на выходе LC(R)-фильтра (с24) Нагрузка — 1 резистор 10 ом (500 мА )

Вывод: размах напряжений пульсаций от пика до пика уменьшился с 300мВ до 150мВ.

д) Осциллограмма затухающих колебаний без снаббера:

Cиний луч — на диоде без снаббера (видна вставка импульса со временем не равным периоду, так как это не ШИМ, а ЧИМ)

Осциллограмма затухающих колебаний без снаббера (увеличено):

Расчет повышающего преобразователя (step-up, boost) DC-DC на микросхеме MC34063

http://uiut.org/master/mc34063/ . Для повышающего драйвера он в основном аналогичен расчету понижающего драйвера, поэтому ему можно верить. Схема при онлайн-расчете автоматически меняется на типовую схему из “AN920/D” Входные данные, результаты расчета и сама типовая схема представлены ниже.

— полевой N-канальный транзистор VT7 IRFR220N. Повышает нагрузочную способность микросхемы, позволяет быстро переключаться. Подбирают по:Электрическая схема повышающего преобразователя изображена на рисунке 2. Номера элементов схемы соответствуют последнему варианту cхемы (из файла “Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH”). В схеме есть элементы, которых нет на типовой схеме онлайн расчета. Это следующие элементы:

• Максимальному напряжению сток-исток V DSS = 200В , тк высокое напряжение на выходе +94В
• Малому падению напряжения канала R DS(on) max =0.6 O м. Чем меньше сопротивление канала, тем меньше потери на нагрев и выше кпд.
• Малой емкости (входной), которая определяет заряда затвора Qg (Total Gate Charge) и малый входной ток затвора. Для данного транзистора I =Qg* Fsw =15нКл *50 КГц=750мкА .
• Максимальному току стока I d =5А , тк импульсный ток Ipk=812 mA при выходном токе 100мА

— элементы делителя напряжения R30, R31 и R33 (снижает напряжение для затвора VT7, которое должно быть не более V GS =20В)

— элементы разряда входной емкости VT7 – R34, VD3, VT6 при переключении транзистора VT7 в закрытое состояние. Уменьшает время спада на затворе VT7 с 400нС (не показана) до 50 нС (осциллограмма со временем спада 50нС). Лог 0 на выв.2 микросхемы открывает PNP-транзистор VT6 и входная затворная емкость разряжается через переход КЭ VT6 (быстрее, чем просто через резистор R33, R34).

— катушка L при расчете получается очень большой, выбран меньший номинал L=L4(рис.2)=150мкГн

— элементы снаббера С21, R36.

Расчет снаббера:

Отсюда 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)=5.1КОм

Величина ёмкости снаббера обычно является компромиссным решением, поскольку, с одной стороны, чем больше ёмкость — тем лучше сглаживание (меньше число колебаний), с другой стороны, каждый цикл ёмкость перезаряжается и рассеивает через резистор часть полезной энергии, что сказывается на КПД (обычно, нормально рассчитанный снаббер снижает КПД очень незначительно, в пределах пары процентов).

Путем постановки переменного резистора, определили более точно сопротивление R =1 K

Рис.2 Схема электрическая принципиальная повышающего (step-up, boost) драйвера.

Осциллограммы работы в различных точках схемы повышающего преобразователя:

а) Напряжение в различных точках без нагрузки :

Напряжение на выходе — 94В без нагрузки

Напряжение на затворе без нагрузки

Напряжение на стоке без нагрузки

б) напряжение на затворе (желтый луч) и на стоке (синий луч) транзистора VT7:

на затворе и на стоке под нагрузкой изменяется частота с 11кГц(90мкс) до 20кГц(50мкс) — те это не ШИМ, а ЧИМ

на затворе и на стоке под нагрузкой без снаббера (растянуто — 1 период колебания)

на затворе и на стоке под нагрузкой со снаббером

в) передний и задний фронт напряжение выв.2 (желтый луч) и на затворе (синий луч) VT7, пила выв.3:

синий — время нарастания 450 нс на затворе VT7

Желтый — время нарастания 50 нс на выв 2 микросхемы синий — время нарастания 50 нс на затворе VT7

пила на Ct (выв.3 ИМС) c выбросом регулирования F=11k

Расчет DC-DC инвертера (step-up/step-down, inverter) на микросхеме MC34063

Расчет также ведется по типовой методике “AN920/D” от ON Semiconductor.

Расчет можно вести сразу “онлайн” http://uiut.org/master/mc34063/ . Для инвертирующего драйвера он в основном аналогичен расчету понижающего драйвера, поэтому ему можно верить. Схема при онлайн-расчете автоматически меняется на типовую схему из “AN920/D” Входные данные, результаты расчета и сама типовая схема представлены ниже.

— биполярный PNP-транзистор VT7 (повышает нагрузочную способность)Электрическая схема инвертиртирующего преобразователя изображена на рисунке 3. Номера элементов схемы соответствуют последнему варианту cхемы (из файла “Driver of MC34063 3in1 – ver 08.SCH”). В схеме есть элементы, которых нет на типовой схеме онлайн расчета. Это следующие элементы:

— элементы делителя напряжения R27, R29 (задает ток базы и режим работы VT7),

— элементы снаббера С15, R35 (подавляет нежелательные колебания от дросселя)

Некоторые компоненты отличаются от расчетных:

• катушка L взята меньше расчетного значения L=L2 (рис.3)=150мкГн (однотипность всех катушек)
• выходная емкость взята меньше расчетной С0=С19=220мкФ
• частотозадающий конденсатор взят С13=680пФ, соответствует частоте 14КГц
• резисторы делителя R2=R22=3.6К, R1=R25=1.2К (взяты сначала для выходного напряжения -5В) и окончательные резисторы R2=R22=5.1 К, R1=R25=1.2К (выходного напряжения -6.5В)

ограничительный резистор тока взят Rsc – 3 резистора параллельно по 1 Ом (результирующее сопротивление 0.3Ом)

Рис.3 Схема электрическая принципиальная инвертера (step-up/step-down, inverter) .

Осциллограммы работы в различных точках схемы инвертера:

a) при входном напряжении +24В без нагрузки :

на выходе -6.5В без нагрузки

на коллекторе – накопление и отдача энергии без нагрузки

на выв.1 и базе транзистора без нагрузки

на базе и коллекторе транзистора без нагрузки

пульсации на выходе без нагрузки

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.

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.

1. Datasheet MC34063A на английском ().
2. Описание работы КР1156ЕУ5 (аналог MC34063A) на русском ().
3. И.Л. Кольцов «33 схемы на КР1156ЕУ5» ().
4. 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.

Необходимость наличия зарядного устройства вне доступа к розеткам трудно переоценить.

Взять те же международные поезда, поездка на которых может продлиться около суток-двух. Лидерство в сфере развлекательных устройств в дороге по-прежнему держат мобильники (aka. смартфоны, кому как угодно), а так же планшеты, ноутбуки и электронные книжки.

Так вот что касается ноутбуков - то количество поглощаемой энергии практически невосполнимо в дороге с помощью пальчиковых аккумуляторов либо батареек форм-фактора АА (пальчики) либо ААА (мизинцы). Что касается электронных книг - то их запаса энергии вполне хватает на месяц работы; разумеется, речь идёт об электронных книгах с технологией E-Ink (электронные чернила).

А вот мобильные устройства просто созданы для зарядки в дороге от батареек:)

Сразу скажу, чтобы не заморачиваться - можно купить дёшево крутое портативное зарядное устройство на свой вкус прямо в интернете!

Итак, небольшое отступление в теорию о ёмкости и живучести батареек.

Ёмкость среднестатистического смартфона составляет ~1500mAh при напряжении 3,7V; итого ~5,5W. Ссылаясь на википедию, приведу некоторые данные по типоразмеру "АА":

Угольно-цинковая (солевая) батарейка: 550-1100 мАч.
Щелочная, так называемая алкалиновая батарейка: 1700-3000 мАч.
Литиевая батарейка: 2500-3000 мАч.
Никель-кадмиевый аккумулятор: 600-1000 мАч.
Никель-металл-гидридный аккумулятор: 1400-3000 мАч.
Указанные значения ёмкости солевых и щелочных элементов справедливы при разряде малыми токами, не превышающими десятки мА. При разряде токами в сотни мА, ёмкость этих элементов снижается в несколько раз.

А при зарядке телефонов как раз потребляются сотни mA, из чего следует, что при зарядке аккумулятора мобильного телефона ёмкость батарейки АА упадёт приблизительно до 150-300mAh, что при напряжении 1,5V даст мощность ~0,45W.

Дальше, КПД импульсных преобразователей в среднем составляет 80%, поэтому до телефона дойдёт только ~0.35W. Теперь можно рассчитать, сколько приблизительно нужно таких батареек для одной полноценной зарядки смартфона: 5,5/0,35?16! Шеснадцать штук! Возьмём более конкретный пример: ёмкость аккумулятора моего уже не самого современного смартфона равна 2150mAh. Сколько батареек необходимо для стопроцентной зарядки? Правильно, 23. Поэтому батарейки - это, безусловно, широко доступно, но они отпадают.

Гораздо лучше дела обстоят у аккумуляторных батарей, похожих на "пальчики", но чуть больших по размерам - элементов 18650, средняя ёмкость которых варьируется в пределах 2700mAh при напряжении 3,7V. Средняя мощность таких аккумуляторов соответственно равна около 10W на штуку. Кстати, именно из таких элементов состоят батареи ноутбуков. Получается, что для одной полной зарядки практически любого смартфона хватит одного такого элемента.

Плюсы использования аккумуляторов типоразмера 18650 очевидны:

Достаточно одной - двух штук на две - шесть зарядок;
Перезаряжаемы, т.е. многоразовые;
Не занимают много места.
Минусы не столь очевидны, но всё же они есть:

Дорого;
Для зарядки нужно специальное зарядное устройство.

Итак, с типом источника энергии мы определились, осталось определиться с устройством, которое будет подавать энергию для телефона в удобном ему виде. Всем смартфонам для зарядки нужно 5V. А напряжение нашего источника меньше, поэтому нам необходим повышающий преобразователь. В качестве такового в этот раз выступает Step-Up Inverting Switching Regulator MC34063A.

Ничего страшного в этой микросхеме нет. Для расчётов можно, конечно, воспользоваться даташитом, кучей формул, которые там даны; а можно воспользоваться вот этой формой , введя данные в которую, вы получите список всех необходимых номиналов плюс схему, которая будет меняться на повышающую либо понижающую в зависимости от того, будет ли входное напряжение больше выходного или нет.

Vin - входное напряжение;
Vout - выходное напряжение;
Iout - выходной ток;
Vripple - это напряжение пульсаций;
Fmin - минимальная частота преобразователя.

Я по этой форме и рассчитывал номиналы. Оставалось только купить детальки, вытравить плату и спаять.

Плата получилась такая:

Безусловно, на моих фотографиях надписи с адресом сайта на печатной плате нет:) Но мне будет весьма приятно, если вы её оставите:). Эту плату зарядки для мобильных телефонов на MC34063A можно скачать по этой ссылке. Как видите, на ней присутствует светодиод для индикации наличия выходного напряжения.

По традиции процесс травления:

По завершению которого мы получаем на блюдечке вилочке практически готовую плату:)

Стираем тонер, сверлим, любуемся голой платой с дырками в последний раз...

И аккуратно припаиваем все компоненты на места. В результате получилось вот так:

Да, можно было бы конденсаторы и дроссель положить, но это бессмысленно, так как элемент 18650 будет даже немного выше, так что в один корпус войдёт хорошо:)

Я рассчитывал на входное напряжение три Вольта. Свои пять на выходе получил, и заявленный ток в 200mA устройство выдаёт замечательно.

И вот, наступило время теста. Включаю преобразователь, подключаю телефон через USB и наслаждаюсь радостным свечением индикатора зарядки на телефоне! А помните, я писал, что добавил к схеме светодиод для индикации? Так вот, он заставил меня усомниться в правдивости процесса зарядки.

В отсутствие подключения телефона он просто горит, показывая тем самым, что выходное напряжение присутствует, а когда ставлю телефон на зарядку - светодиод на преобразователе начинает мерцать, что говорит о непостоянстве выходного напряжения.

Оказалось, что батарейки типоразмера ААА, которые я использовал для тестирования очень быстро подсели, так как смартфон требует ток зарядки 500mA.

Поэтому было принято решение отложить испытания до приобретения парочки новых элементов 18650, а так же схема и плата будут модифицироваться добавлением туда полевого транзистора, который примет на себя основную работу по перекачке энергии, да и теплоотвод сделать будет проще.