Preklopni pretvarač na MC34063A. IC MC34063 sklopni sklop Mc34063 sklopni sklop jednostavni uređaji

Mikro krug je univerzalni pretvarač impulsa, koji se može koristiti za implementaciju pretvarača step-down, step-up i invertiranja s maksimalnom unutarnjom strujom do 1,5 A.

Ispod je dijagram silaznog pretvarača s izlaznim naponom od 5V i strujom od 500mA.

Shematski dijagram pretvarača MC34063A

Set dijelova

C1 je kapacitet kondenzatora za podešavanje frekvencije pretvarača.
R1 je otpornik koji će isključiti mikro krug kada je struja prekoračena.
C2 je filterski kondenzator. Što je veći, to je manji val, trebao bi biti LOW ESR tip.
R1, R2 - razdjelnik napona koji postavlja izlazni napon.
D1 - dioda mora biti ultrabrza ili Schottky dioda s dopuštenim obrnutim naponom najmanje 2 puta većim od izlaza.
Napon napajanja mikro kruga je 9 - 15 volti, a ulazna struja ne smije prelaziti 1,5 A

PCB MC34063A

Ključne specifikacije za MC34063

• Širok raspon vrijednosti ulaznog napona: od 3 V do 40 V;
• Visoka izlazna impulsna struja: do 1,5 A;
• Podesivi izlazni napon;
• Frekvencija pretvarača do 100 kHz;
• Interna referentna točnost napona: 2%;
• Ograničenje struje kratkog spoja;
• Niska potrošnja u stanju mirovanja.

1. Izvor referentnog napona 1,25 V;
2. Komparator koji uspoređuje referentni napon i ulazni signal s ulaza 5;
3. Resetiranje generatora impulsa RS flip-flop;
4. Element A koji kombinira signale iz komparatora i generatora;
5. RS-okidač eliminira visokofrekventno prebacivanje izlaznih tranzistora;
6. Pogonski tranzistor VT2, u krugu pratioca emitera, za pojačavanje struje;
7. Izlazni tranzistor VT1 daje struju do 1,5A.

MC34063 pretvarač pojačanja

• C1 - 100uF 25V;
• C2 - 1500 pF;
• C3 - 330uF 50V;
• DA1 - MC34063A;
• L1 - 180 μH;
• R1 - 0,22 Ohma;
• R2 - 180 Ohma;
• R3 - 2,2 kOhm;
• R4 - 47 kOhm;
• VD1 - 1N5819.

Step-down pretvarač na MC34063

• C1 - 100uF 50V;
• C2 - 1500 pF;
• C3 - 470uF 10V;
• DA1 - MC34063A;
• L1 - 220 μH;
• R1 - 0,33 Ohma;
• R2 - 1,3 kOhm;
• R3 - 3,9 kOhm;
• VD1 - 1N5819.

MC34063 sklop invertirajućeg pretvarača

• C1 - 100uF 10V;
• C2 - 1500 pF;
• C3 - 1000uF 16V;
• DA1 - MC34063A;
• L1 - 88 μH;
• R1 - 0,24 Ohma;
• R2 - 8,2 kOhm;
• R3 - 953 Ohma;
• VD1 - 1N5819.

Analozi MC34063

Došao sam na ideju stvaranja ovog pretvarača nakon kupnje Asus EeePC 701 2G netbooka. Mali, udobni, mnogo mobilniji od ogromnih laptopa, općenito, ljepota, i ništa više. Jedan problem - morate stalno puniti. A budući da je jedini izvor energije koji je uvijek pri ruci automobilska baterija, prirodno se javila želja da se netbook puni iz nje. Tijekom eksperimenata pokazalo se da koliko god dali netbooku, i dalje neće trebati više od 2 ampera, odnosno regulator struje, kao u slučaju punjenja konvencionalnih baterija, nije potreban. Ljepota, netbook će sam uništiti koliko struje treba potrošiti, stoga vam samo treba snažan pretvarač sniženog napona od 12 do 9,5 volti, sposoban
dajte netbooku potrebna 2 ampera.

Kao osnova pretvarača uzet je dobro poznati i široko dostupni čip MC34063. Budući da se tijekom eksperimenata tipični krug s vanjskim bipolarnim tranzistorom pokazao, blago rečeno, ne baš dobro (zagrijava se), odlučeno je da se na ovu mikruhu priključi p-kanalni terenski uređaj (MOSFET).

Shema:

Zavojnica od 4..8 uH može se uzeti sa stare matične ploče. Jeste li vidjeli da postoje prstenovi na kojima je nekoliko zavoja namotano debelim žicama? Tražimo onaj koji ima 8..9 zavoja s jednožilnom debelom žicom - baš ono.

Svi elementi sklopa izračunavaju se prema , na isti način kao i za pretvarač bez vanjskog tranzistora, jedina je razlika što se V sat mora izračunati za korišteni tranzistor s efektom polja. To je vrlo jednostavno učiniti: V sat \u003d R 0 * I, gdje je R 0 otpor tranzistora u otvorenom stanju, I je struja koja teče kroz njega. Za IRF4905 R 0 =0,02 Ohma, što pri struji od 2,5A daje Vsat=0,05V. Što se zove, osjetite razliku. Za bipolarni tranzistor, ova vrijednost je najmanje 1V. Kao rezultat toga, rasipanje snage u otvorenom stanju je 20 puta manje, a minimalni ulazni napon kruga je 2 volta manji!

Kao što se sjećamo, da bi se sklopka polja p-kanala otvorila, potrebno je primijeniti negativan napon na vrata u odnosu na izvor (to jest, primijeniti napon na vrata, manji od napona napajanja, budući da je izvor priključen je na napajanje). Za to su nam potrebni otpornici R4, R5. Kada se tranzistor mikro kruga otvori, oni formiraju razdjelnik napona, koji postavlja napon na vratima. Za IRF4905, s naponom izvor-odvod od 10 V, za potpuno otvaranje tranzistora, dovoljno je primijeniti napon na vrata 4 volta manji od napona izvora (opskrbe), U GS = -4V struje). Pa, osim toga, otpori ovih otpornika određuju strminu otvaranja i zatvaranja frontova uređaja za polje (što je manji otpor otpornika, to su fronte strmije), kao i struju koja teče kroz tranzistor mikro kruga (ne smije biti veći od 1,5 A).

Spreman uređaj:

Općenito, radijator se čak može uzeti manji - pretvarač se malo zagrijava. Učinkovitost ovog uređaja je oko 90% pri struji od 2A.

Spojite ulaz na utikač za upaljač, a izlaz na utikač za netbook.

Ako nije strašno, onda možete jednostavno staviti kratkospojnik umjesto R sc otpornika, kao što vidite, osobno sam to učinio, glavna stvar je da ništa ne skratite, inače će procvjetati 🙂

Osim toga, želim dodati da tipična metodologija nije nimalo idealna u smislu izračuna i ne objašnjava ništa, pa ako stvarno želite razumjeti kako to sve funkcionira i kako se pravilno izračunava, preporučam čitanje.

Sada postoji mnogo LED stabilizatora struje mikro krugova, ali svi su, u pravilu, prilično skupi. A budući da je potreba za takvim stabilizatorima u vezi sa širenjem LED dioda velike snage velika, moramo tražiti opcije za njih, stabilizatore i one jeftinije.

Ovdje nudimo drugu verziju stabilizatora na uobičajenom i jeftinom čipu stabilizatora ključa MS34063. Predložena inačica razlikuje se od već poznatih krugova stabilizatora na ovom mikrokrugu malo nestandardnim uključivanjem, što je omogućilo povećanje radne frekvencije i osiguranje stabilnosti čak i pri niskim vrijednostima induktiviteta induktora i kapaciteta izlazni kondenzator.

Značajke mikro kruga - PWM ili PWM?

Posebnost mikro kruga je da je i PWM i relej! Štoviše, možete odabrati što će biti.

Dokument AN920-D, koji detaljnije opisuje ovaj mikro krug, kaže nešto ovako (pogledajte funkcionalni dijagram mikro kruga na slici 2).

Tijekom punjenja kondenzatora za podešavanje vremena, na jednom ulazu logičkog elementa I postavlja se logička jedinica koja upravlja okidačem. Ako je izlazni napon stabilizatora niži od nominalnog (na ulazu s naponom praga od 1,25 V), tada se logička jedinica postavlja i na drugom ulazu istog elementa. U ovom slučaju također se postavlja logička jedinica na izlazu elementa i na ulazu "S" okidača se postavlja (aktivna razina na ulazu "S" je log. 1) i pojavljuje se logička jedinica na svom izlazu “Q”, otvarajući ključne tranzistore.

Kada napon na kondenzatoru za podešavanje frekvencije dosegne gornji prag, počinje se prazniti, a na prvom ulazu logičkog elementa I pojavljuje se logička nula. Ista razina se primjenjuje na reset ulaz okidača (aktivna razina na ulazu "R" - log. 0) i resetira ga. Na izlazu "Q" okidača pojavljuje se logička nula i ključni tranzistori su zatvoreni.
Zatim se ciklus ponavlja.

Iz funkcionalnog dijagrama je vidljivo da se ovaj opis odnosi samo na strujni komparator, funkcionalno povezan s glavnim oscilatorom (kojim upravlja ulaz 7 mikro kruga). A izlaz komparatora napona (kojim upravlja ulaz 5) nema takve "privilegije".

Ispada da u svakom ciklusu komparator struje može i otvoriti ključne tranzistore i zatvoriti ih, osim ako, naravno, komparator napona to ne dopušta. Ali sam komparator napona može samo dati dopuštenje ili zabranu otvaranja, što se može razraditi tek u sljedećem ciklusu.

Slijedi da ako kratko spojite ulaz komparatora struje (pinovi 6 i 7) i kontrolirate samo komparator napona (pin 5), tada se ključni tranzistori otvaraju i ostaju otvoreni do kraja ciklusa punjenja kondenzatora. , čak i ako napon na ulazu komparatora premaši prag. I tek s početkom pražnjenja kondenzatora, generator će zatvoriti tranzistore. U ovom načinu rada, snaga isporučena opterećenju može se dozirati samo frekvencijom glavnog oscilatora, budući da su ključni tranzistori, iako su prisiljeni zatvoriti, ali samo za vrijeme reda veličine 0,3-0,5 μs na bilo kojoj frekvenciji vrijednost. A ovaj način je više poput PFM - pulsno-frekvencijske modulacije, koja pripada relejnom tipu regulacije.

Ako, naprotiv, kratko spojite ulaz komparatora napona na kućište, isključite ga iz rada i kontrolirate samo ulaz komparatora struje (pin 7), tada će glavni oscilator otvoriti ključne tranzistore i zatvoren na naredbu tekućeg komparatora u svakom ciklusu! To jest, u nedostatku opterećenja, kada trenutni komparator ne radi, tranzistori se otvaraju dugo i zatvaraju kratko vrijeme. U slučaju preopterećenja, naprotiv, otvaraju se i odmah zatvaraju dugo vremena na naredbu trenutnog komparatora. Pri nekim prosječnim vrijednostima struje opterećenja, ključeve otvara generator, a nakon nekog vremena, nakon što se pokrene komparator struje, zatvaraju se. Dakle, u ovom načinu rada, snaga u opterećenju regulirana je trajanjem otvorenog stanja tranzistora - to jest, punopravni PWM.

Može se tvrditi da ovo nije PWM, jer u ovom načinu rada frekvencija ne ostaje konstantna, već se mijenja - smanjuje se s povećanjem radnog napona. Ali s konstantnim naponom napajanja, frekvencija ostaje nepromijenjena, a stabilizacija struje opterećenja provodi se samo promjenom trajanja impulsa. Stoga možemo pretpostaviti da je ovo punopravni PWM. A promjena radne frekvencije s promjenom napona napajanja objašnjava se izravnom vezom strujnog komparatora s glavnim oscilatorom.

Uz istodobnu upotrebu oba komparatora (u klasičnom krugu), sve radi na potpuno isti način, a ključni način rada ili PWM uključuje se ovisno o tome koji komparator trenutno radi: u slučaju naponskog preopterećenja - ključ (PFM) , au slučaju strujnog preopterećenja - PWM.

Komparator napona možete u potpunosti isključiti iz rada kratkim spojem 5. izlaza mikro kruga na kućište, a stabilizacija napona također se može izvesti pomoću PWM-a instaliranjem dodatnog tranzistora. Ova je opcija prikazana na sl.1.

Sl. 1

Stabilizacija napona u ovom krugu provodi se promjenom napona na ulazu strujnog komparatora. Referentni napon je napon praga vrata tranzistora s efektom polja VT1. Izlazni napon stabilizatora proporcionalan je umnošku napona praga tranzistora i faktora dijeljenja otpornog razdjelnika Rd1, Rd2 i izračunava se formulom:

Uout=Up(1+Rd2/Rd1), gdje je

Gore - Napon praga VT1 (1,7 ... 2V).

Stabilizacija struje i dalje ovisi o otporu otpornika R2.

Princip rada stabilizatora struje.

MC34063 čip ima dva ulaza koji se mogu koristiti za stabilizaciju struje.

Jedan ulaz ima napon praga od 1,25 V (pin 5 ms), što nije korisno za prilično snažne LED diode zbog gubitaka snage. Na primjer, pri struji od 700 mA (za LED od 3 W), imamo gubitke na otporniku senzora struje od 1,25 * 0,7 A = 0,875 W. Samo iz tog razloga, teoretska učinkovitost pretvarača ne može biti veća od 3W/(3W+0,875W)=77%. Pravi je 60% ... 70%, što je usporedivo s linearnim stabilizatorima ili jednostavno otpornicima za ograničavanje struje.

Drugi ulaz mikro kruga ima napon praga od 0,3 V (pin 7 ms) i dizajniran je za zaštitu ugrađenog tranzistora od prekomjerne struje.
Obično se ovaj mikro krug koristi na ovaj način: ulaz s pragom od 1,25 V služi za stabilizaciju napona ili struje, a ulaz s pragom od 0,3 V služi za zaštitu mikro kruga od preopterećenja.
Ponekad stavljaju dodatno op-amp za pojačavanje napona iz trenutnog senzora, ali ovu opciju nećemo razmatrati zbog gubitka atraktivne jednostavnosti kruga i povećanja cijene stabilizatora. Lakše bi bilo uzeti još jedan čip...

U ovoj verziji predlaže se korištenje ulaza s pragom napona od 0,3 V za stabilizaciju struje, a drugi jednostavno isključite s naponom od 1,25 V.

Shema je vrlo jednostavna. Radi lakše percepcije, prikazane su funkcionalne jedinice samog mikro kruga (slika 2).

sl.2

Zadavanje i izbor elemenata sklopa.

Dioda D s prigušnicom L- elementi bilo kojeg sklopnog stabilizatora izračunavaju se za potrebnu struju opterećenja, odnosno kontinuirani način struje induktora.

Kondenzatori Cja i Co– blokada na ulazu i izlazu. Izlazni kondenzator Co nije fundamentalno neophodan zbog malih valova struje opterećenja, posebno pri visokim vrijednostima induktiviteta induktora, stoga je nacrtan isprekidanom linijom i možda neće biti prisutan u stvarnom krugu.

Kondenzator CT- podešavanje frekvencije. Također nije temeljno neophodan element, stoga je prikazan točkastom linijom.

Liste podataka za mikro krug pokazuju maksimalnu radnu frekvenciju od 100 kHz, parametri tablice pokazuju prosječnu vrijednost od 33 kHz, grafikoni koji pokazuju ovisnost trajanja otvorenog i zatvorenog stanja ključa o kapacitetu postavke frekvencije kondenzator pokazuju minimalne vrijednosti od 2 μs odnosno 0,3 μs (s kapacitetom od 10pF).
Ispada da ako uzmemo posljednje vrijednosti, tada je period 2 ms + 0,3 ms = 2,3 ms, a to je frekvencija od 435 kHz.

Ako uzmemo u obzir princip rada mikro kruga - okidač postavljen impulsom glavnog oscilatora i resetiran trenutnim komparatorom, ispada da je ovaj ms logičan, a logika ima radnu frekvenciju od najmanje MHz . Ispada da će performanse biti ograničene samo karakteristikama brzine ključnog tranzistora. A ako ne povuče frekvenciju od 400 kHz, onda bi fronte s padom impulsa bile zategnute i učinkovitost bi bila vrlo niska zbog dinamičkih gubitaka. Međutim, praksa je pokazala da se mikro krugovi različitih proizvođača dobro pokreću i uopće rade bez kondenzatora za podešavanje frekvencije. I to je omogućilo maksimiziranje radne frekvencije - do 200KHz - 400KHz, ovisno o primjerku mikro kruga i njegovom proizvođaču. Ključni tranzistori mikro kruga dobro drže takve frekvencije, budući da frontovi impulsa ne prelaze 0,1 μs, a padovi - 0,12 μs pri radnoj frekvenciji od 380 kHz. Stoga su čak i pri tako povišenim frekvencijama dinamički gubici u tranzistorima prilično mali, a glavni gubici i zagrijavanje određeni su povećanim naponom zasićenja ključnog tranzistora (0,5 ... 1V).

Otpornik Rb ograničava baznu struju ugrađenog ključnog tranzistora. Uključivanje ovog otpornika prikazanog na dijagramu omogućuje smanjenje raspršene snage na njemu i povećanje učinkovitosti stabilizatora. Pad napona na otporniku Rb jednak je razlici između napona napajanja, napona opterećenja i pada napona na čipu (0,9-2V).

Na primjer, sa serijskim lancem od 3 LED diode s ukupnim padom napona od 9 ... 10 V i napajanjem baterije (12-14 V), pad napona na otporniku Rb ne prelazi 4 V.

Zbog toga su gubici na otporniku Rb nekoliko puta manji nego kod tipičnog spoja, kada je otpornik spojen između 8. pina ms i napona napajanja.

Treba imati na umu da je ili dodatni otpornik Rb već instaliran unutar mikro kruga, ili je povećan otpor same strukture ključa, ili je struktura ključa napravljena kao izvor struje. To slijedi iz dijagrama napona zasićenja strukture (između stezaljki 8 i 2) na naponu napajanja pri različitim otporima graničnog otpornika Rb (slika 3).

sl.3

Kao rezultat toga, u nekim slučajevima (kada je razlika između napona napajanja i opterećenja mala ili se gubici mogu prenijeti s Rb otpornika na mikro krug), Rb otpornik se može izostaviti izravnim spajanjem pina 8 mikro kruga na bilo koji izlaz ili napon napajanja.

A kada ukupna učinkovitost stabilizatora nije osobito važna, možete međusobno spojiti pinove 8 i 1 mikro kruga. U tom slučaju, učinkovitost se može smanjiti za 3-10%, ovisno o struji opterećenja.

Pri izboru otpora otpornika Rb morate napraviti kompromis. Što je manji otpor, niži je početni napon napajanja, počinje način stabilizacije struje opterećenja, ali gubici na ovom otporniku rastu s velikim rasponom promjena napona napajanja. Kao rezultat toga, učinkovitost stabilizatora se smanjuje s povećanjem napona napajanja.

Sljedeći grafikon (slika 4) na primjer prikazuje ovisnost struje opterećenja o naponu napajanja za dvije različite vrijednosti otpornika Rb - 24Ω i 200Ω. Jasno se vidi da s otpornikom od 200Ω stabilizacija nestaje pri naponu napajanja ispod 14V (zbog nedovoljne bazne struje ključnog tranzistora). S otpornikom od 24 ohma stabilizacija nestaje pri naponu od 11,5 V.

sl.4

Stoga je potrebno dobro izračunati otpor otpornika Rb kako bi se dobila stabilizacija u traženom području napona napajanja. Osobito s baterijskim napajanjem, kada je taj raspon mali i iznosi samo nekoliko volti.

Otpornik Rsc je senzor struje opterećenja. Izračun ovog otpornika nema značajki. Treba samo uzeti u obzir da se referentni napon strujnog ulaza mikrosklopa razlikuje od proizvođača do proizvođača. Donja tablica prikazuje stvarne izmjerene vrijednosti referentnog napona nekih mikro krugova.

Statistički podaci o veličini referentnog napona su mali, tako da se navedene vrijednosti ne smiju smatrati standardom. Samo trebate imati na umu da se stvarna vrijednost referentnog napona može jako razlikovati od vrijednosti navedene u podatkovnoj tablici.

Tako veliko širenje referentnog napona očito je uzrokovano svrhom strujnog ulaza - ne stabilizacija struje opterećenja, već zaštita od preopterećenja. Unatoč tome, točnost održavanja struje opterećenja u gornjoj verziji je prilično dobra.

O održivosti.

U čipu MC34063 ne postoji mogućnost uvođenja korekcije u OS krug. U početku se stabilnost postiže povećanjem vrijednosti induktiviteta L induktora i, posebno, kapaciteta izlaznog kondenzatora Co. U ovom slučaju, dobiva se određeni paradoks - kada rade na povišenim frekvencijama, potrebni napon i valovi struje opterećenja mogu se dobiti s niskim induktivitetom i kapacitetom filterskih elemenata, ali se krug može pobuditi, tako da morate postaviti veliki induktivitet i (ili) veliki kapacitet. Kao rezultat toga, dimenzije stabilizatora su precijenjene.

Dodatni paradoks je da za opadajuće prekidačke regulatore izlazni kondenzator nije fundamentalno neophodan element. Potrebna razina valovitosti struje (napona) može se postići s jednom prigušnicom.

Možete dobiti dobru stabilnost stabilizatora pri potrebnim ili podcijenjenim vrijednostima induktiviteta i, posebno, kapacitivnosti izlaznog filtra instaliranjem dodatnog korektivnog RC kruga Rf i Cf, kao što je prikazano na slici 2.

Praksa je pokazala da bi optimalna vrijednost vremenske konstante ovog lanca trebala biti najmanje 1KΩ * μF. Takve vrijednosti parametara lanca kao što su otpornik od 10KΩ i kondenzator od 0,1uF mogu se smatrati prilično prikladnim.

S takvim korektivnim krugom, stabilizator radi stabilno u cijelom rasponu napona napajanja, s malim vrijednostima induktiviteta (jedinice μH) i kapacitivnosti (jedinice i frakcije μF) izlaznog filtra ili uopće bez izlaznog kondenzatora .

Važnu ulogu za stabilnost igra PWM način rada kada se koristi za stabilizaciju trenutnog ulaza mikro kruga.

Korekcija je omogućila nekim mikro krugovima da rade na višim frekvencijama, koje prije uopće nisu htjele raditi normalno.

Na primjer, sljedeći grafikon prikazuje ovisnost radne frekvencije o naponu napajanja za čip MC34063ACD tvrtke STMicroelectronics s kondenzatorom za podešavanje frekvencije od 100 pF.

sl.5

Kao što se može vidjeti iz grafikona, bez korekcije, ovaj mikro krug nije htio raditi na višim frekvencijama, čak ni s malim kapacitetom kondenzatora za podešavanje frekvencije. Promjena kapacitivnosti od nula do nekoliko stotina pF nije drastično utjecala na frekvenciju, a njezina najveća vrijednost jedva doseže 100 kHz.

Nakon uvođenja RfCf korekcijskog lanca, isti mikro krug (kao i drugi slični) počeo je raditi na frekvencijama do gotovo 300 kHz.

Gornja se ovisnost možda može smatrati tipičnom za većinu mikrosklopova, iako mikrosklopovi nekih tvrtki rade na višim frekvencijama čak i bez korekcije, a uvođenje korekcije omogućilo im je dobivanje radne frekvencije od 400 kHz pri opskrbi napon od 12 ... 14V.

Sljedeći grafikon prikazuje rad stabilizatora bez korekcije (slika 6).

sl.6

Grafikon prikazuje ovisnosti potrošene struje (Ip), struje opterećenja (In) i struje kratkog spoja izlaza (Ikz) o naponu napajanja pri dvije vrijednosti kapaciteta izlaznog kondenzatora (Co) - 10 μF i 220 μF.

Jasno je vidljivo da povećanje kapaciteta izlaznog kondenzatora povećava stabilnost stabilizatora - lomljenje krivulja pri kapacitetu od 10 μF uzrokovano je samouzbuđivanjem. Na naponu napajanja do 16V nema pobude, pojavljuje se na 16-18V. Zatim dolazi do neke promjene u režimu i na naponu od 24 V pojavljuje se drugi prekid. U tom se slučaju radna frekvencija mijenja, što se vidi i na prethodnom grafu (slika 5) ovisnosti radne frekvencije o naponu napajanja (oba grafa su dobivena istovremeno pri ispitivanju jednog primjerka stabilizatora).

Povećanje kapaciteta izlaznog kondenzatora na 220uF ili više povećava stabilnost, posebno pri niskim naponima napajanja. Ali to ne uklanja uzbuđenje. Više ili manje stabilan rad stabilizatora može se dobiti s kapacitetom izlaznog kondenzatora od najmanje 1000 mikrofarada.

U ovom slučaju, induktivitet induktora ima vrlo mali utjecaj na ukupnu sliku, iako je očito da povećanje induktiviteta povećava stabilnost.

Oscilacije u radnoj frekvenciji utječu na stabilnost struje opterećenja, što je također vidljivo na grafu. Ukupna stabilnost izlazne struje pri promjeni napona napajanja također nije zadovoljavajuća. Relativno stabilna struja može se smatrati u prilično uskom rasponu napona napajanja. Na primjer, kada radi na baterije.

Uvođenjem korektivnog lanca RfCf radikalno se mijenja rad stabilizatora.

Sljedeći grafikon prikazuje rad istog stabilizatora ali s korektivnim lancem RfCf.

sl.7

Jasno se vidi da je stabilizator počeo raditi, kao što bi trebao biti za strujni stabilizator - opterećenje i struje kratkog spoja gotovo su jednake i nepromijenjene u cijelom rasponu napona napajanja. U isto vrijeme, izlazni kondenzator općenito je prestao utjecati na rad stabilizatora. Sada kapacitet izlaznog kondenzatora utječe samo na razinu valovitosti struje i napona opterećenja, au mnogim slučajevima kondenzator se može potpuno izostaviti.

Ispod su, kao primjer, vrijednosti valovitosti struje opterećenja za različite kapacitete izlaznog kondenzatora Co. LED diode su spojene 3 u seriju u 10 paralelnih grupa (30 kom). Napon napajanja - 12V. Prigušnica 47uH.

Bez kondenzatora: struja opterećenja 226mA +-65mA ili 22,6mA +-6,5mA po LED diodi.
S kondenzatorom od 0,33uF: 226mA +-25mA ili 22,6mA +-2,5mA po LED-u.
S kondenzatorom od 1,5uF: 226mA +-5mA ili 22,6mA +-0,5mA po LED-u.
S kondenzatorom od 10µF: 226mA +-2,5mA ili 22,6mA +-0,25mA po LED-u.

Naime, bez kondenzatora, uz ukupnu struju opterećenja od 226 mA, valovitost struje opterećenja iznosila je 65 mA, što u smislu jedne LED diode daje prosječnu struju od 22,6 mA i valovitost od 6,5 mA.

Može se vidjeti kako čak i mali kapacitet od 0,33uF oštro smanjuje valovitost struje. U isto vrijeme, povećanje kapaciteta od 1 μF do 10 μF već ima mali učinak na razinu valovitosti.

Svi kondenzatori bili su keramički, budući da obični elektroliti ili tantalovi ne daju ni približnu razinu valovitosti.

Ispada da je kondenzator od 1uF sasvim dovoljan na izlazu za sve prilike. Teško da ima smisla povećati kapacitet na 10 μF pri struji opterećenja od 0,2-0,3 A, budući da se valovi više ne smanjuju značajno u usporedbi s 1 μF.
Ako se induktor uzme s većim induktivitetom, tada općenito možete bez kondenzatora čak i pri velikim strujama opterećenja i (ili) visokim naponima napajanja.

Valovitost ulaznog napona s napajanjem od 12V i kapacitetom ulaznog kondenzatora Ci 10uF ne prelazi 100mV.

Mogućnosti napajanja mikro kruga.

Mikrokrug MC34063 normalno radi na naponu napajanja od 3V do 40V prema podatkovnim tablicama (STM ms - do 50V) i do 45V u stvarnosti, osiguravajući struju opterećenja do 1A za paket DIP-8 i do 0,75A za paket SO-8. Kombinirajući serijsku i paralelnu vezu LED dioda, moguće je izgraditi rasvjetno tijelo izlazne snage od 3V*20mA=60mW do 40V*0,75…1A=30…40W.

Uzimajući u obzir napon zasićenja ključnog tranzistora (0,5 ... 0,8 V) i dopuštenu snagu koju rasipa paket mikro krugova je 1,2 W, struja opterećenja može se povećati do 1,2 W / 0,8 V = 1,5 A za DIP -8 paket i do 1A za SO-8 paket.

Međutim, u ovom slučaju potreban je dobar hladnjak, inače zaštita od pregrijavanja ugrađena u mikro krug neće dopustiti rad na takvoj struji.

Standardno lemljenje DIP paketa mikro kruga u ploču ne osigurava potrebno hlađenje pri maksimalnim strujama. Trebamo oblikovati izvode DIP paketa za SMD verziju, uz uklanjanje tankih krajeva izvoda. Preostali široki dio izvoda je savijen u ravnini s bazom kućišta i zatim zalemljen na ploču. Korisno je raširiti tiskanu pločicu tako da postoji širok poligon ispod kućišta mikro kruga, a prije ugradnje mikro kruga, morate nanijeti malo paste koja provodi toplinu na njegovu bazu.

Zbog kratkih i širokih izvoda, kao i zbog tijesnog prianjanja kućišta na bakreni poligon tiskane pločice, toplinski otpor kućišta mikrosklopa se smanjuje i ono može raspršiti nešto više snage.

Za kućište SO-8 puno pomaže ugradnja dodatnog hladnjaka u obliku ploče ili drugog profila izravno na vrh kućišta.

S jedne strane, takvi pokušaji povećanja moći izgledaju čudno. Uostalom, možete jednostavno prijeći na drugi, snažniji mikro krug ili instalirati vanjski tranzistor. A sa strujama opterećenja većim od 1,5 A, to će biti jedino ispravno rješenje. Međutim, kada je potrebna struja opterećenja od 1,3 A, tada možete jednostavno poboljšati hladnjak i pokušati koristiti jeftiniju i jednostavniju opciju na MC34063 čipu.

Maksimalna učinkovitost dobivena u ovoj verziji stabilizatora ne prelazi 90%. Daljnje povećanje učinkovitosti sprječava se povećanim naponom zasićenja ključnog tranzistora - najmanje 0,4 ... 0,5 V pri strujama do 0,5 A i 0,8 ... 1 V pri strujama 1 ... 1,5 A. Stoga je glavni grijaći element stabilizatora uvijek mikro krug. Istina, opipljivo zagrijavanje događa se samo pri maksimalnoj snazi ​​za određeni slučaj. Na primjer, mikro krug u paketu SO-8 pri struji opterećenja od 1 A zagrijava se do 100 stupnjeva i, bez dodatnog hladnjaka, ciklički se isključuje ugrađenom zaštitom od pregrijavanja. Pri strujama do 0,5A ... 0,7A, mikro krug je malo topao, a pri strujama 0,3 ... 0,4A uopće se ne zagrijava.

Pri većim strujama opterećenja radna se frekvencija može smanjiti. U ovom slučaju, dinamički gubici ključnog tranzistora značajno su smanjeni. Ukupni gubitak snage i zagrijavanje kućišta su smanjeni.

Vanjski elementi koji utječu na učinkovitost stabilizatora su dioda D, prigušnica L i otpornici Rsc i Rb. Stoga diodu treba odabrati s niskim prednjim naponom (Schottky dioda), a induktor - s najmanjim mogućim otporom namota.

Možete smanjiti gubitke na otporniku Rsc snižavanjem napona praga odabirom čipa odgovarajućeg proizvođača. O tome je već bilo riječi ranije (vidi tablicu na početku).

Druga opcija za smanjenje gubitaka na Rsc otporniku je uvođenje dodatnog prednapona konstantne struje Rf otpornika (ovo će biti detaljnije prikazano u nastavku na konkretnom primjeru stabilizatora).

Otpornik Rb treba dobro izračunati, pokušavajući ga uzeti sa što većim otporom. Kod promjene napona napajanja u širokom rasponu, bolje je staviti izvor struje umjesto otpornika Rb. U ovom slučaju povećanje gubitaka s povećanjem napona napajanja neće biti tako oštro.

Kada se poduzmu sve ove mjere, udio gubitaka ovih elemenata je 1,5-2 puta manji od gubitaka na mikro krugu.

Budući da se konstantni napon primjenjuje na strujni ulaz mikro kruga, proporcionalan samo struji opterećenja, a ne, kao obično, impulsni napon proporcionalan struji ključnog tranzistora (zbroj struja opterećenja i izlaznog kondenzatora) , induktivitet induktora više ne utječe na stabilnost rada, jer prestaje biti korektivni lanac elementa (njegovu ulogu igra lanac RfCf). O vrijednosti induktiviteta ovisi samo amplituda struje sklopnog tranzistora i valovitost struje opterećenja. A budući da su radne frekvencije relativno visoke, čak i s malim vrijednostima induktiviteta, valovi struje opterećenja su mali.

Međutim, zbog relativno niske snage ključnog tranzistora ugrađenog u mikrokrug, ne treba značajno smanjiti induktivitet induktora, jer to povećava vršnu struju tranzistora na njegovu prethodnu prosječnu vrijednost i povećava napon zasićenja. Kao rezultat toga, gubici tranzistora se povećavaju, a ukupna učinkovitost pada.
Istina, ne dramatično – za nekoliko postotaka. Na primjer, zamjena prigušnice s 12 μH na 100 μH omogućila je povećanje učinkovitosti jednog od stabilizatora s 86% na 90%.

S druge strane, to omogućuje, čak i pri niskim strujama opterećenja, odabir prigušnice s niskim induktivitetom, pazeći da amplituda struje ključnog tranzistora ne prelazi maksimalnu vrijednost od 1,5 A za mikro krug.

Na primjer, pri struji opterećenja od 0,2 A s naponom od 9 ... 10 V preko njega, naponom napajanja od 12 ... 15 V i radnom frekvencijom od 300 kHz, potrebna je prigušnica s induktivitetom od 53 μH. U ovom slučaju, impulsna struja ključnog tranzistora mikro kruga ne prelazi 0,3 A. Ako se, međutim, induktivitet induktora smanji na 4 μH, tada će pri istoj prosječnoj struji impulsna struja rasklopnog tranzistora porasti do granične vrijednosti (1,5 A). Istina, učinkovitost stabilizatora će se smanjiti zbog povećanja dinamičkih gubitaka. No, možda će u nekim slučajevima biti prihvatljivo žrtvovati učinkovitost, ali koristiti prigušnicu male veličine s malom induktivnošću.

Povećanje induktiviteta induktora također vam omogućuje povećanje maksimalne struje opterećenja do granične vrijednosti struje ključnog tranzistora mikro kruga (1,5 A).

S povećanjem induktiviteta induktora mijenja se trenutni oblik sklopnog tranzistora od potpuno trokutastog do potpuno pravokutnog. A budući da je površina pravokutnika 2 puta veća od površine trokuta (s istom visinom i bazom), prosječna vrijednost struje tranzistora (i opterećenja) može se povećati 2 puta s konstantnim strujnim impulsom amplituda.

To jest, s trokutastim oblikom impulsa s amplitudom od 1,5 A, prosječna struja tranzistora i opterećenja je:

gdje je k maksimalni radni ciklus impulsa jednak 0,9 za dati mikro krug.

Kao rezultat toga, maksimalna struja opterećenja ne prelazi:

In \u003d 1,5A / 2 * 0,9 \u003d 0,675A.

A svako povećanje struje opterećenja iznad ove vrijednosti povlači za sobom višak maksimalne struje ključnog tranzistora mikro kruga.

Stoga je u svim podatkovnim tablicama za ovaj mikro krug navedena maksimalna struja opterećenja od 0,75 A.

Povećanjem induktiviteta induktora tako da struja tranzistora postane pravokutna, možemo ukloniti dvojku iz formule maksimalne struje i dobiti:

In=1,5A*k=1,5A*0,9=1,35A.

Treba imati na umu da se uz značajno povećanje induktiviteta induktora njegove dimenzije također malo povećavaju. Međutim, ponekad je lakše i jeftinije povećati struju opterećenja kako bi se povećala veličina induktora nego instalirati dodatni snažni tranzistor.

Naravno, s potrebnim strujama opterećenja većim od 1,5 A, ne možete bez ugradnje dodatnog tranzistora (ili drugog mikro kruga-kontrolora), a ako se suočite s izborom: struja opterećenja od 1,4 A ili drugog mikro kruga, tada biste prvo trebali pokušati riješiti problem povećanjem induktiviteta povećanjem veličine leptira.

Liste podataka za mikro krug pokazuju da maksimalni radni ciklus impulsa ne prelazi 6/7 = 0,857. U stvarnosti, vrijednosti od gotovo 0,9 dobivaju se čak i pri visokim radnim frekvencijama od 300-400 kHz. Na nižim frekvencijama (100-200 kHz) radni ciklus može doseći 0,95.

Stoga stabilizator radi normalno s malom razlikom ulazno-izlaznog napona.

Stabilizator zanimljivo radi na podcijenjenim, u odnosu na nominalne, struje opterećenja, uzrokovane padom napona napajanja ispod navedenog - učinkovitost od najmanje 95% ...

Budući da se PWM ne provodi na klasičan način (potpuna kontrola glavnog oscilatora), već na "relejni" način, pomoću okidača (start od strane generatora, reset od strane komparatora), tada pri struji ispod nazivne vrijednost, moguća je situacija kada se ključni tranzistor prestane zatvarati. Razlika između napona napajanja i opterećenja smanjuje se do napona zasićenja ključnog tranzistora, koji obično ne prelazi 1V pri strujama do 1A i ne više od 0,2-0,3V pri strujama do 0,2-0,3A. Unatoč prisutnosti statičkih gubitaka, nema dinamičkih gubitaka i tranzistor radi gotovo kao skakač.

Čak i kada tranzistor ostane kontroliran i radi u PWM modu, učinkovitost ostaje visoka zbog smanjenja struje. Na primjer, s razlikom od 1,5 V između napona napajanja (10 V) i napona na LED diodama (8,5 V), krug je nastavio raditi (iako na frekvenciji smanjenoj za 2 puta) s učinkovitošću od 95%.

Parametri struja i napona za takav slučaj bit će navedeni u nastavku pri razmatranju praktičnih krugova stabilizatora.

Praktične opcije stabilizatora.

Neće biti mnogo opcija, jer one najjednostavnije, ponavljajući klasične opcije strujnog kruga, ne dopuštaju ni podizanje radne frekvencije ili struje, niti povećanje učinkovitosti, niti postizanje dobre stabilnosti. Stoga je najoptimalnija opcija ona, čiji je blok dijagram prikazan na sl.2. Samo se vrijednosti komponenti mogu mijenjati ovisno o potrebnim karakteristikama stabilizatora.

Slika 8 prikazuje dijagram klasične verzije.

sl.8

Od značajki - nakon uklanjanja struje izlaznog kondenzatora (C3) iz OS kruga, postalo je moguće smanjiti induktivitet induktora. Za uzorak je uzeta stara kućna prigušnica na šipki tipa DM-3 na 12 μH. Kao što vidite, karakteristike kruga pokazale su se prilično dobrima.

Želja za povećanjem učinkovitosti dovela je do sheme prikazane na sl. 9

Sl.9

Za razliku od prethodnog kruga, otpornik R1 nije spojen na izvor napajanja, već na izlaz stabilizatora. Kao rezultat toga, napon na otporniku R1 postao je manji za vrijednost napona na opterećenju. Pri istoj struji kroz njega, oslobođena snaga se smanjila s 0,5 W na 0,15 W.

Istodobno je povećan induktivitet induktora, što također povećava učinkovitost stabilizatora. Kao rezultat, učinkovitost se povećala za nekoliko posto. Specifični brojevi prikazani su na dijagramu.

Još jedna karakteristična značajka posljednje dvije sheme. Krug na slici 8 ima vrlo dobru stabilnost struje opterećenja kada se mijenja napon napajanja, ali je učinkovitost niska. Krug na slici 9, naprotiv, ima prilično visoku učinkovitost, ali je trenutna stabilnost loša - kada se napon napajanja promijeni s 12V na 15V, struja opterećenja raste s 0,27A na 0,3A.

To je uzrokovano netočnim izborom otpora otpornika R1, kao što je već spomenuto ranije (vidi sliku 4). Budući da povećani otpor R1, smanjujući stabilnost struje opterećenja, povećava učinkovitost, u nekim slučajevima to se može koristiti. Na primjer, s baterijskim napajanjem, kada su granice promjene napona male, a visoka učinkovitost je relevantnija.

Treba primijetiti neke pravilnosti.

Izrađeno je dosta stabilizatora (gotovo svi su bili za zamjenu žarulja sa žarnom niti LED u unutrašnjosti automobila), a dok su stabilizatori bili potrebni od slučaja do slučaja, mikro krugovi su uzeti iz neispravnih mrežnih kartica "Hubs" i "Prekidači". Unatoč razlici u proizvođačima, gotovo svi mikro krugovi omogućili su dobivanje pristojnih karakteristika stabilizatora čak iu jednostavnim krugovima.

Naišao je samo čip GS34063S tvrtke Globaltech Semiconductor, koji nije htio raditi na visokim frekvencijama.

Zatim je kupljeno nekoliko mikro krugova MC34063ACD i MC34063EBD od STMicroelectronics, koji su pokazali još gore rezultate - nisu radili na višim frekvencijama, stabilnost je bila loša, napon strujne podrške komparatora je bio previsok (0,45-0,5 V), loša stabilizacija struja opterećenja s dobrom učinkovitošću ili lošom učinkovitošću s dobrom stabilizacijom...

Možda su loše performanse navedenih mikro krugova posljedica njihove jeftinosti - najjeftinije od onoga što je kupljeno, budući da je mikro krug MC34063A (DIP-8) iste tvrtke, uzet iz neispravnog prekidača, radio normalno. Istina, na relativno niskoj frekvenciji - ne više od 160 kHz.

Sljedeći mikro krugovi, uzeti iz pokvarene opreme, dobro su radili:

Sipex Corporation (SP34063A),
Motorola (MC34063A)
Analogna tehnologija (AP34063N8),
Anachip (AP34063 i AP34063A).
Fairchild (MC34063A) - Nisam siguran da sam točno identificirao tvrtku.

ON Semiconductor, Unisonic Technologies (UTC) i Texas Instruments - ne sjećam se, jer sam počeo obraćati pažnju na tvrtku tek nakon što sam se suočio s nespremnošću da radim s MS-ima nekih tvrtki, a one nisu kupovale čipove od tih tvrtki namjerno.

Kako se kupljeni mikrosklopovi loših performansi MC34063ACD i MC34063EBD iz STMicroelectronicsa ne bi bacili, provedeno je nekoliko eksperimenata koji su doveli do sklopa prikazanog na samom početku slike 2.

Sljedeća slika 10 prikazuje praktični krug regulatora s RfCf korekcijskim krugom (u ovom krugu R3C2). Razlika u radu stabilizatora bez korektivnog lanca i s njim već je opisana ranije u odjeljku "O stabilnosti" i dani su grafikoni (Sl. 5, Sl. 6, Sl. 7).

Sl.10

Iz grafikona na slici 7 vidljivo je da je stabilizacija struje izvrsna u cijelom rasponu napona napajanja mikrosklopa. Stabilnost je vrlo dobra - kao da radi PWM. Frekvencija je dovoljno visoka, što vam omogućuje da uzmete prigušnice male veličine s niskom induktivnošću i potpuno napustite izlazni kondenzator. Iako se ugradnjom malog kondenzatora može potpuno ukloniti valovitost struje opterećenja. Ovisnost amplitude valova struje opterećenja o kapacitetu kondenzatora raspravljena je ranije u odjeljku "O stabilnosti".

Kao što je već spomenuto, pokazalo se da mikro krugovi MC34063ACD i MC34063EBD koje sam dobio od STMicroelectronics imaju precijenjeni referentni napon trenutnog komparatora - 0,45 V-0,5 V, unatoč vrijednosti od 0,25 V-0,35 V navedenoj u podatkovnoj tablici. Zbog toga se pri velikim strujama opterećenja postižu veliki gubici na otporniku strujnog senzora. Kako bi se smanjili gubici, strujni izvor je dodan u krug na tranzistoru VT1 i otporniku R2. (Slika 11).

Sl.11

Zahvaljujući ovom izvoru struje, kroz otpornik R3 teče dodatna prednaponska struja od 33 μA, tako da je napon na otporniku R3, čak i bez struje opterećenja, 33 μA * 10KΩ = 330mV. Budući da je granični napon strujnog ulaza mikro kruga 450 mV, tada za rad komparatora struje na senzoru struje otpornika R1 mora postojati napon od 450 mV-330 mV = 120 mV. Uz struju opterećenja od 1A, otpornik R1 bi trebao biti 0,12V/1A=0,12Ohm. Stavili smo dostupnu vrijednost od 0,1 Ohm.
Bez stabilizatora struje na VT1, otpornik R1 bi se morao odabrati na temelju 0,45V / 1A = 0,45Ω, a na njemu bi se rasipala snaga od 0,45W. Sada, pri istoj struji, gubitak na R1 je samo 0,1W

Ova opcija se napaja baterijom, struja u opterećenju je do 1A, snaga je 8-10W. Izlazna struja kratkog spoja 1.1A. U ovom slučaju, potrošnja struje smanjuje se na 64 mA pri naponu napajanja od 14,85 V, odnosno potrošnja energije pada na 0,95 W. Mikrokrug u ovom načinu rada čak se i ne zagrijava i može biti u načinu rada kratkog spoja koliko god želite.

Ostale karakteristike prikazane su na dijagramu.

Mikro krug se uzima u paketu SO-8, a struja opterećenja od 1 A je granica za njega. Postaje jako vruće (temperatura pinova je 100 stupnjeva!), Pa je bolje staviti mikro krug u DIP-8 paket, pretvoren za SMD montažu, napraviti velike poligone i (ili) osmisliti radijator.
Napon zasićenja ključa mikro kruga je prilično velik - gotovo 1 V pri struji od 1 A, zbog čega je zagrijavanje takvo. Iako, sudeći prema podatkovnoj tablici za mikrokrug, napon zasićenja ključnog tranzistora pri struji od 1A ne bi trebao prelaziti 0,4 V.

Uslužne funkcije.

Unatoč nedostatku bilo kakvih servisnih mogućnosti u mikrokrugu, one se mogu implementirati neovisno. Tipično, LED stabilizator struje zahtijeva isključivanje i podešavanje struje opterećenja.

Uključi-isključi

Isključivanje stabilizatora na čipu MC34063 provodi se primjenom napona na treći izlaz. Primjer je prikazan na sl.12.

sl.12

Eksperimentalno je utvrđeno da kada se napon primijeni na treći izlaz mikro kruga, njegov glavni oscilator se zaustavlja, a ključni tranzistor se zatvara. U ovom stanju, potrošena struja mikro kruga ovisi o njegovom proizvođaču i ne prelazi struju praznog hoda naznačenu u podatkovnoj tablici (1,5-4mA).

Ostatak opcija za isključivanje stabilizatora (na primjer, primjenom napona većeg od 1,25 V na 5. izlaz) pokazuje se lošijim, budući da se glavni oscilator ne zaustavlja i mikro krug troši više struje u usporedbi s ploča na 3. izlazu.

Suština takve kontrole je sljedeća.

Na trećem izlazu mikro kruga djeluje pilasti napon punjenja i pražnjenja kondenzatora za podešavanje frekvencije. Kada napon dosegne graničnu vrijednost od 1,25 V, kondenzator se počinje prazniti, a izlazni tranzistor mikro kruga se zatvara. To znači da za isključivanje stabilizatora morate primijeniti napon od najmanje 1,25 V na 3. ulaz mikro kruga.

Prema tablicama podataka za mikro krug, vremenski kondenzator se prazni maksimalnom strujom od 0,26 mA. To znači da kada se vanjski napon primijeni na 3. izlaz kroz otpornik, kako bi se dobio sklopni napon od najmanje 1,25 V, struja kroz otpornik mora biti najmanje 0,26 mA. Kao rezultat toga, imamo dva glavna broja za izračun vanjskog otpornika.

Na primjer, kada je napon napajanja stabilizatora 12 ... 15 V, stabilizator mora biti pouzdano isključen na minimalnoj vrijednosti - na 12 V.

Kao rezultat, otpor dodatnog otpornika nalazi se iz izraza:

R=(Up-Uvd1-1,25V)/0,26mA=(12V-0,7V-1,25V)/0,26mA=39KΩ.

Za pouzdano isključivanje mikro kruga odabiremo otpor otpornika manji od izračunate vrijednosti. Na fragmentu kruga sl. 12, otpor otpornika je 27KΩ. Uz ovaj otpor, napon isključivanja je oko 9V. To znači da kada je napon napajanja stabilizatora 12V, možete se nadati pouzdanom isključivanju stabilizatora pomoću ovog kruga.

Prilikom upravljanja stabilizatorom iz mikrokontrolera, otpornik R mora se preračunati za napon od 5V.

Ulazni otpor na trećem ulazu mikro kruga je prilično velik i svako spajanje vanjskih elemenata može utjecati na formiranje pilastog napona. Za odvajanje upravljačkih krugova od mikro kruga i, time, održavanje iste otpornosti na buku, koristi se dioda VD1.

Stabilizator se može kontrolirati bilo primjenom konstantnog napona na lijevi terminal otpornika R (slika 12), ili kratkim spajanjem spojne točke otpornika R s diodom VD1 na kućište (s konstantnim naponom na lijevoj strani priključak otpornika R).

Zener dioda VD2 dizajnirana je za zaštitu ulaza mikro kruga od visokog napona. Nije potreban pri niskim naponima napajanja.

Regulacija struje opterećenja

Budući da je referentni napon strujnog komparatora mikro kruga jednak zbroju napona na otpornicima R1 i R3, promjenom struje prednapona otpornika R3 možete podesiti struju opterećenja (slika 11).

Postoje dvije mogućnosti podešavanja - promjenjivi otpornik i konstantni napon.

Slika 13 prikazuje fragment sklopa na slici 11 s potrebnim izmjenama i izračunatim omjerima koji vam omogućuju izračunavanje svih elemenata upravljačkog kruga.

sl.13

Za podešavanje struje opterećenja s promjenjivim otpornikom, morate zamijeniti konstantni otpornik R2 sklopom otpornika R2 '. U ovom slučaju, kada se otpor promjenjivog otpornika promijeni, ukupni otpor otpornika R2 'promijenit će se unutar 27 ... 37 KΩ, a odvodna struja tranzistora VT1 (i otpornika R3) promijenit će se unutar 1,3 V / 27 ... 37 KΩ = 0,048 ... 0,035 mA. U isto vrijeme, na otporniku R3, prednapon će varirati unutar 0,048 ... 0,035 mA * 10 KΩ = 0,48 ... 0,35 V. Da bi se pokrenuo komparator struje mikro kruga, napon od 0,45-0,48 ... 0,35 V \u003d 0 ... 0,1 V mora pasti na senzor struje otpornika R1 (slika 11). Uz otpor R1=0,1 Ohm, ovaj napon će pasti preko njega kada struja opterećenja teče kroz njega unutar 0...0,1 V/0,1 Ohm=0...1 A.

To jest, promjenom otpora promjenjivog otpornika R2 'unutar 27 ... 37 KΩ, možemo regulirati struju opterećenja unutar 0 ... 1A.

Da biste prilagodili struju opterećenja s konstantnim naponom, trebate staviti razdjelnik napona Rd1Rd2 u vrata tranzistora VT1. Uz pomoć ovog razdjelnika, možete uskladiti bilo koji upravljački napon s onim potrebnim za VT1.

Slika 13 prikazuje sve formule potrebne za izračun.

Na primjer, potrebno je prilagoditi struju opterećenja unutar 0 ... 1A pomoću konstantnog napona koji varira unutar 0 ... 5V.

Za korištenje kruga stabilizatora struje na slici 11, stavljamo razdjelnik napona Rd1Rd2 u krug vrata tranzistora VT1 i izračunavamo vrijednosti otpornika.

U početku je krug dizajniran za struju opterećenja od 1 A, koja je postavljena strujom otpornika R2 i naponom praga tranzistora s efektom polja VT1. Da biste smanjili struju opterećenja na nulu, kao što slijedi iz prethodnog primjera, morate povećati struju otpornika R2 s 0,034 mA na 0,045 mA. S konstantnim otporom otpornika R2 (39KΩ), napon na njemu trebao bi varirati unutar 0,045 ... 0,034mA * 39KΩ = 1,755 ... 1,3V. Pri nultom naponu na vratima i naponu praga tranzistora VT2 je 1,3 V, na otporniku R2 postavljen je napon od 1,3 V. Da biste povećali napon na R2 na 1,755 V, trebate primijeniti konstantni napon od 1,755 V-1,3 V = 0,455 V na vrata VT1. Prema uvjetu problema, takav napon na vratima trebao bi biti na upravljačkom naponu od + 5V. Postavljanjem otpora otpornika Rd2 na 100KΩ (kako bi se smanjila upravljačka struja), nalazimo otpor otpornika Rd1 iz omjera Uu=Ug*(1+Rd2/Rd1):

Rd1= Rd2/(Uu/Ug-1)=100KΩ/(5V/0,455V-1)=10KΩ.

To jest, kada se upravljački napon promijeni s nule na + 5 V, struja opterećenja će se smanjiti s 1 A na nulu.

Potpuni shematski dijagram 1A stabilizatora struje s funkcijama uključivanja-isključivanja i podešavanja struje prikazan je na slici 14. Numeriranje novih elemenata nastavlja se prema shemi Sl.11.

sl.14

Kao dio slike 14, krug nije testiran. Ali shema prema sl. 11, na temelju koje je stvorena, potpuno je provjerena.

On-off metoda prikazana na dijagramu testirana je izradom prototipa. Metode podešavanja struje do sada su provjerene samo simulacijom. Ali budući da su metode podešavanja stvorene na temelju stvarno dokazanog stabilizatora struje, tijekom montaže morate samo ponovno izračunati vrijednosti otpornika za parametre primijenjenog tranzistora s efektom polja VT1.

U gornjem dijagramu koriste se obje opcije za podešavanje struje opterećenja - s promjenjivim otpornikom Rp i konstantnim naponom od 0 ... 5V. Hegulacija s promjenjivim otpornikom odabrana je nešto drugačije u odnosu na sliku 12, što je omogućilo primjenu obje opcije istovremeno.

Obje prilagodbe su ovisne - struja postavljena jednom od metoda maksimalna je za drugu. Ako postavite struju opterećenja na 0,5 A s promjenjivim otpornikom Rp, tada se podešavanjem napona struja može promijeniti od nule do 0,5 A. I obrnuto - struja od 0,5 A, postavljena konstantnim naponom, promjenjivi otpornik također će se promijeniti s nule na 0,5 A.

Ovisnost podešavanja struje opterećenja promjenjivim otpornikom je eksponencijalna, stoga je za postizanje linearnog podešavanja preporučljivo odabrati promjenjivi otpornik s logaritamskom ovisnošću otpora o kutu rotacije.

S povećanjem otpora Rp raste i struja opterećenja.

Ovisnost regulacije struje opterećenja konstantnim naponom je linearna.

Prekidač SB1 uključuje ili isključuje stabilizator. Kada su kontakti otvoreni, stabilizator je isključen, kada su kontakti zatvoreni, uključen je.

Uz potpuno elektroničko upravljanje, isključivanje stabilizatora može se ostvariti ili primjenom konstantnog napona izravno na 3. izlaz mikro kruga, ili pomoću dodatnog tranzistora. Ovisno o potrebnoj logici upravljanja.

Kondenzator C4 osigurava meki početak stabilizatora. Kada se napaja, dok se kondenzator ne napuni, struja tranzistora s efektom polja VT1 (i otpornika R3) nije ograničena otpornikom R2, ali je jednaka maksimumu za tranzistor s efektom polja uključen u modu izvora struje. (jedinice - deseci mA). Napon na otporniku R3 premašuje prag za strujni ulaz mikrosklopa, pa je ključni tranzistor mikrosklopa zatvoren. Struja kroz R3 postupno će se smanjivati ​​dok ne dosegne vrijednost koju postavlja otpornik R2. Kada se približi ovoj vrijednosti, napon na otporniku R3 opada, napon na ulazu strujne zaštite sve više ovisi o naponu na otporniku strujnog senzora R1 i, sukladno tome, o struji opterećenja. Kao rezultat toga, struja opterećenja počinje rasti od nule do unaprijed određene vrijednosti (promjenjivi otpornik ili konstantni upravljački napon).

Isprintana matična ploča.

Ispod su opcije za tiskanu pločicu stabilizatora (prema blok dijagramu sl. 2 ili sl. 10 - praktična opcija) za različite pakete mikro krugova (DIP-8 ili SO-8) i različite prigušnice (standardne, tvorničke ili domaće na prskanom željeznom prstenu ). Ploča je nacrtana u Sprint-Layout 5. verziji:

Sve opcije su predviđene za ugradnju SMD elemenata veličine od 0603 do 1206, ovisno o proračunskoj snazi ​​elemenata. Ploča ima mjesta za sve elemente sklopa. Prilikom odlemljivanja ploče, neki se elementi mogu izostaviti (o tome je već bilo riječi). Na primjer, već sam potpuno napustio ugradnju kondenzatora za podešavanje frekvencije C T i izlaznog Co (slika 2). Bez kondenzatora za podešavanje frekvencije, stabilizator radi na višoj frekvenciji, a potreba za izlaznim kondenzatorom je samo pri velikim strujama opterećenja (do 1A) i (ili) malim induktivitetima induktora. Ponekad ima smisla instalirati kondenzator za podešavanje frekvencije, smanjujući radnu frekvenciju i, sukladno tome, dinamičke gubitke snage pri velikim strujama opterećenja.

Tiskane pločice nemaju nikakvih posebnosti i mogu se izraditi i na jednostrano i na dvostrano foliranom tekstolitu. Kada koristite dvostrani tekstolit, druga strana nije urezana i služi kao dodatni hladnjak i (ili) zajednička žica.

Kada koristite metalizaciju stražnje strane ploče kao hladnjak, trebate izbušiti prolaznu rupu u blizini osmog izlaza mikro kruga i spojiti obje strane lemljenjem kratkim kratkospojnikom od debele bakrene žice. Ako se mikro krug koristi u DIP paketu, tada se mora izbušiti rupa na osmom pinu i prilikom lemljenja koristiti ovaj pin kao kratkospojnik, lemiti pin s obje strane ploče.

Dobri rezultati umjesto kratkospojnika postižu se ugradnjom zakovice od bakrene žice promjera 1,8 mm (jezgra izrađena od kabela presjeka 2,5 mm 2). Zakovica se postavlja odmah nakon jetkanja ploče - potrebno je izbušiti rupu promjera jednakog promjeru žice za zakovicu, čvrsto umetnuti komad žice i skratiti ga tako da viri iz rupe najviše 1 mm, te malim čekićem pažljivo zakivati ​​s obje strane na nakovnju. Na montažnoj strani zakivanje treba biti u ravnini s pločom, tako da izbočena glava zakovice ne ometa odlemljivanje dijelova.

Možda se čini čudnim savjet da se hladnjak napravi od 8. izlaza mikro kruga, ali test sudara slučaja neispravnog mikro kruga pokazao je da se cijeli njegov energetski dio nalazi na širokoj bakrenoj ploči s čvrstim dodirom na 8. pin slučaja. Zaključci 1 i 2 mikro kruga, iako su izrađeni u obliku traka, suviše su tanki da bi se mogli koristiti kao hladnjak. Svi ostali terminali kućišta spojeni su na čip mikro kruga pomoću kratkospojnika. Zanimljivo je da nisu svi mikro krugovi napravljeni na ovaj način. Provjereno još nekoliko slučajeva pokazalo je da se kristal nalazi u središtu, a svi pinovi trake mikro kruga su isti. Lemljenje - premosnici žice. Stoga, za provjeru, trebate "rastaviti" još nekoliko kućišta mikro krugova ...

Hladnjak još uvijek može biti izrađen od bakrene (čelične, aluminijske) pravokutne ploče debljine 0,5-1 mm s dimenzijama koje ne prelaze ploču. Kod korištenja DIP paketa, površina ploče je ograničena samo visinom prigušnice. Između ploče i kućišta mikro kruga stavite malo toplinske paste. Kod paketa SO-8 neki detalji za montažu (kondenzatori i diode) ponekad mogu spriječiti čvrsto prianjanje ploče. U tom slučaju, umjesto termalne paste, bolje je staviti Nomakon gumenu brtvu odgovarajuće debljine. Preporučljivo je lemiti 8. izlaz mikro kruga na ovu ploču žičanim kratkospojnikom.

Ako je rashladna ploča velika i zatvara izravan pristup osmom izlazu mikro kruga, tada prvo morate izbušiti rupu u ploči nasuprot osmom izlazu i prvo lemiti komad žice okomito na sam izlaz. Zatim, provucite žicu kroz rupu u ploči i pritišćući je na tijelo čipa, zalemite ih zajedno.

Sada postoji dobar fluks za lemljenje aluminija, pa je bolje od njega napraviti hladnjak. U tom slučaju, hladnjak se može saviti duž profila s najvećom površinom.

Da bi se dobile struje opterećenja do 1,5 A, rashladno tijelo treba biti izvedeno s obje strane - u obliku čvrstog poligona na stražnjoj strani ploče i u obliku metalne ploče pritisnute na kućište mikro kruga. U isto vrijeme, obavezno je lemiti 8. izlaz mikro kruga i na poligon sa stražnje strane i na ploču pritisnutu na kućište. Da biste povećali toplinsku inerciju hladnjaka na stražnjoj strani ploče, također je bolje napraviti u obliku ploče zalemljene na poligon. U ovom slučaju, prikladno je staviti ploču hladnjaka na zakovicu na 8. izlazu mikro kruga, koji je prethodno povezivao obje strane ploče. Zalemite zakovicu i pločicu i uhvatite je lemljenjem na nekoliko mjesta po obodu ploče.

Usput, kada se koristi ploča na stražnjoj strani ploče, sama ploča već može biti izrađena od jednostranog folijskog tekstolita.

Natpisi na ploči za označavanje elemenata izvode se na uobičajeni način (kao i tiskane staze), osim natpisa na poligonima. Potonji su izrađeni na servisnom sloju "F" bijele boje. U ovom slučaju, ti natpisi su dobiveni jetkanjem.

Žice za napajanje i LED diode lemljene su sa suprotnih krajeva ploče prema natpisima: "+" i "-" - za napajanje, "A" i "K" - za LED diode.

Kada koristite ploču u verziji bez okvira (nakon provjere i postavljanja), zgodno ju je uvući u komad termoskupljajuće cijevi odgovarajuće duljine i promjera i zagrijati sušilom za kosu. Krajevi termoskupljajućeg materijala koji se još nisu ohladili moraju se pritisnuti kliještima bliže zaključcima. Zvijen na vrućem termoskupljajućem materijalu je zalijepljen zajedno i čini gotovo zapečaćeno i prilično čvrsto kućište. Naborani rubovi tako se jako lijepe da kada pokušate odvojiti termoskupljajući element, on jednostavno pukne. U isto vrijeme, ako je potrebno popravak-održavanje, naborana mjesta se sama odlijepe kada se ponovno zagriju sušilom za kosu, ne ostavljajući tragove naboranja. Uz nešto vještine, još vrući termoskupljajući materijal možete rastegnuti pincetom i pažljivo skinuti ploču s njega. Kao rezultat toga, toplinski skupljač će biti prikladan za ponovno pakiranje ploče.

Ako je potrebno potpuno zabrtviti ploču, nakon stezanja termoskupljajućeg materijala, njegovi se krajevi mogu ispuniti termoelementom. Da biste ojačali "kućište", na ploču možete staviti dva sloja termoskupljajućeg materijala. Iako je jedan sloj dovoljno jak.

Program za proračun stabilizatora

Za ubrzani proračun i ocjenu elemenata sklopa nacrtana je tablica s formulama u programu EXCEL. Radi praktičnosti, neki izračuni podržani su VBA kodom. Rad programa testiran je samo u okruženju Windows XP:

Kada pokrenete datoteku, može se pojaviti prozor s upozorenjem o prisutnosti makronaredbi u programu. Trebali biste odabrati naredbu "Nemoj onemogućiti makronaredbe". U suprotnom, program će se pokrenuti, pa čak i ponovno izračunati prema formulama zapisanim u ćelijama tablica, ali će neke funkcije biti onemogućene (provjera ispravnosti unosa, mogućnost optimizacije itd.).

Nakon pokretanja programa pojavit će se prozor s upitom: "Vrati sve ulazne podatke na zadane?", U kojem trebate kliknuti gumb "Da" ili "Ne". Ako odaberete "Da", svi ulazni podaci za izračun bit će postavljeni prema zadanim postavkama, kao primjer. Također će se ažurirati sve formule za izračun. Ako je odabrano "Ne", ulazni podaci će koristiti vrijednosti spremljene u prethodnoj sesiji.

Uglavnom, potrebno je odabrati gumb "Ne", ali ako ne želite spremiti prethodne rezultate izračuna, tada možete odabrati "Da". Ponekad, kada unesete previše netočnih unosa, neku vrstu kvara ili slučajno izbrišete sadržaj ćelije s formulom, lakše je izaći iz programa i ponovno ga pokrenuti odgovorom na pitanje "Da". To je lakše nego pronalaziti i ispravljati pogreške i prepisivati ​​izgubljene formule.

Program je redoviti list Excel radne knjige s tri odvojene tablice ( Ulazni podaci , Izlaz , Rezultati proračuna ) i krug stabilizatora.

Prve dvije tablice sadrže naziv ulaznog ili izračunatog parametra, njegovu kratku oznaku (radi preglednosti se koristi i u formulama), vrijednost parametra i mjernu jedinicu. U trećoj tablici nazivi su izostavljeni kao nepotrebni, jer se namjena elementa vidi odmah na dijagramu. Vrijednosti izračunatih parametara označene su žutom bojom i ne mogu se samostalno mijenjati, budući da su formule napisane u tim ćelijama.

U stolu " Ulazni podaci » upisuju se početni podaci. Svrha nekih parametara objašnjena je u bilješkama. Sve ćelije s unesenim podacima moraju biti popunjene jer sve sudjeluju u izračunu. Iznimka je ćelija s parametrom "Vremenska struja opterećenja (Inp)" - može biti prazna. U ovom slučaju, induktivitet induktora izračunava se na temelju minimalne vrijednosti struje opterećenja. Ako u ovoj ćeliji postavite vrijednost struje valovitosti opterećenja, tada se induktivitet induktora izračunava na temelju navedene vrijednosti valovitosti.

Za različite proizvođače mikro krugova, neki parametri mogu se razlikovati - na primjer, vrijednost referentnog napona ili trenutna potrošnja. Da biste dobili pouzdanije rezultate izračuna, morate navesti točnije podatke. Da biste to učinili, možete koristiti drugi list datoteke ("Mikrosklopovi"), koji sadrži glavni popis različitih parametara. Poznavajući proizvođača čipa, možete pronaći točnije podatke.

U stolu " Izlaz » pronađeni su zanimljivi međurezultati proračuna. Formule po kojima se rade izračuni mogu se vidjeti označavanjem ćelije s izračunatom vrijednošću. Ćelija s parametrom "Maksimalni faktor popunjavanja (dmax)" može se označiti u jednoj od dvije boje - zelenoj i crvenoj. Ćelija je označena zelenom bojom kada je vrijednost parametra dopuštena, a crvenom bojom kada je najveća dopuštena vrijednost prekoračena. U bilješci ćelije možete pročitati koje unose trebate promijeniti da biste ispravili.

Dokument AN920-D, koji detaljnije opisuje ovaj IC, kaže da maksimalni radni ciklus MC34063 ne može prijeći 0,857, inače se ograničenja propisa možda neće podudarati s navedenima. Upravo se ta vrijednost uzima kao kriterij ispravnosti parametra dobivenog u izračunu. Istina, praksa je pokazala da stvarna vrijednost faktora popunjenosti može biti veća od 0,9. Očigledno, ova razlika se objašnjava "nestandardnim" uključivanjem.

Rezultat izračuna su vrijednosti pasivnih elemenata kruga, sažeti u trećoj tablici " Rezultati izračuna» . Dobivene vrijednosti mogu se koristiti pri sastavljanju kruga stabilizatora.

Ponekad je korisno prilagoditi dobivene vrijednosti za sebe, na primjer, kada dobivena vrijednost otpora otpornika, kapaciteta kondenzatora ili induktiviteta induktora ne odgovara standardnoj vrijednosti. Također je zanimljivo vidjeti kako promjena u ocjenama nekih elemenata utječe na opće karakteristike sklopa. Program ima takvu priliku.

Desno od stola Rezultati izračuna» pored svakog parametra nalazi se kvadratić. Kada kliknete lijevom tipkom miša na odabrani okvir, u njemu se pojavljuje "ptica" koja označava parametar koji zahtijeva odabir. U ovom slučaju, žuto isticanje se uklanja iz polja s vrijednošću, što znači da se vrijednost ovog parametra može samostalno odabrati. I u stolu Ulazni podaci" parametri koji se u ovom slučaju mijenjaju označeni su crvenom bojom. Odnosno, provodi se obrnuti ponovni izračun - formula se upisuje u ćeliju tablice ulaznih podataka, a parametar za izračun je vrijednost tablice " Rezultati izračuna» .

Na primjer, stavljanje "ptice" nasuprot induktiviteta induktora u tablici " Rezultati izračuna» , možete vidjeti da je parametar "Minimalna struja opterećenja" tablice " Ulazni podaci ».

Kada se induktivitet promijeni, neki parametri tablice " Izlaz “, na primjer, „Maksimalna struja induktora i ključa (I_Lmax)”. Dakle, moguće je odabrati prigušnicu s minimalnim induktivitetom iz standardnog raspona i dimenzija, bez prekoračenja maksimalne struje ključnog tranzistora mikro kruga, ali "žrtvovati" vrijednost minimalne struje opterećenja. U ovom slučaju možete vidjeti da se vrijednost kapaciteta izlaznog kondenzatora Co također povećala kako bi se kompenziralo povećanje valovitosti struje opterećenja.

Odabirom induktiviteta i osiguravajući da ostali ovisni parametri ne prelaze opasne granice, uklanjamo "pticu" nasuprot parametru induktiviteta, čime popravljamo dobiveni rezultat prije promjene drugih parametara koji utječu na induktivitet induktiviteta. Istovremeno, u tablici Rezultati izračuna» formule se vraćaju, au tablici " Ulazni podaci" , naprotiv, uklanjaju se.

Na isti način možete odabrati i druge parametre tablice " Rezultati izračuna» . Međutim, treba imati na umu da se parametri gotovo svih formula presijecaju, pa ako želite promijeniti sve parametre ove tablice odjednom, može se pojaviti prozor s pogreškom s porukom o unakrsnim referencama.

Preuzmite članak u pdf formatu.

Ispod je dijagram DC-DC pretvarača pojačanja izgrađenog prema topologiji pojačanja, koji, kada se na ulaz primijeni napon od 5 ... 13 V, proizvodi stabilan napon od 19 V na izlazu. Dakle, pomoću ovog pretvarača možete dobiti 19V iz bilo kojeg standardnog napona: 5V, 9V, 12V. Pretvarač je dizajniran za maksimalnu izlaznu struju od oko 0,5 A, ima malu veličinu i vrlo je prikladan.

Za upravljanje pretvaračem koristi se široko korišten mikro krug.

Kao sklopka snage koristi se snažan n-kanalni MOSFET, kao najekonomičnije rješenje u smislu učinkovitosti. Ovi tranzistori imaju minimalan otpor u uključenom stanju i, kao rezultat, minimalno zagrijavanje (minimalna disipacija snage).

Budući da mikrosklopovi serije 34063 nisu prikladni za pogon tranzistora s efektom polja, bolje ih je koristiti u kombinaciji s posebnim drajverima (na primjer, s drajverom s gornje strane polumosta) - to će vam omogućiti da dobijete strmije fronte kada otvaranje i zatvaranje prekidača za napajanje. Međutim, u nedostatku mikro krugova pokretača, umjesto toga možete koristiti "siromašnu alternativu": bipolarni pnp tranzistor s diodom i otpornikom (u ovom slučaju to je moguće, jer je izvor polja spojen na zajedničku žicu) . Kada je MOSFET uključen, gate se puni kroz diodu, dok je bipolarni tranzistor zatvoren, a kada je MOSFET isključen, bipolarni tranzistor se otvara i kroz njega se gate prazni.

Shema:

detalji:

L1, L2 su induktori od 35 µH odnosno 1 µH. Zavojnica L1 može se namotati debelom žicom na prsten s matične ploče, samo pronađite veći prsten, jer izvorni induktivitet ima samo nekoliko mikrohenrija i možda ćete ga morati namotati u nekoliko slojeva. Uzimamo L2 zavojnicu (za filter) spremnu s matične ploče.

C1 - ulazni filter, elektrolit 330 uF / 25V

C2 - vremenski kondenzator, keramički 100 pF

C3 - izlazni filtar, elektrolit 220 uF / 25V

C4, R4 - prigušivač, vrijednosti 2,7 nF, 10 ohma, redom. U mnogim slučajevima možete i bez njega. Ocjene prigušivača jako ovise o specifičnom ožičenju. Proračun se provodi eksperimentalno, nakon izrade ploče.

C5 - Mikruha filter za napajanje, 0,1 uF keramika

http://website/datasheets/pdf-data/2019328/PHILIPS/2PA733.html