Для живлення портативної електронної апаратури в домашніх умовах найчастіше використовують мережні джерела живлення. Але це не завжди буває зручним, оскільки не завжди за місцем використання є вільна електрична розетка. А якщо потрібно мати кілька різних джерел живлення?

Одне з правильних рішень це зробити універсальне джерело живлення. А як зовнішнє джерело живлення застосувати, зокрема, USB-порт персонального комп'ютера. Не секрет, що в типовому передбачено живлення для зовнішніх електронних пристроїв напругою 5В та струм навантаження не більше 500 мА.

Але, на жаль, для нормальної роботи більшості переносної електронної апаратури потрібно 9 або 12В. Вирішити поставлене завдання допоможе спеціалізована мікросхема перетворювач напруги на MC34063яка значно полегшить виготовлення з необхідними параметрами.

Структурна схема перетворювача mc34063:

Граничні параметри роботи MC34063

Опис схеми перетворювача

Нижче представлено принципову схему варіанта джерела живлення, що дозволяє отримати 9В або 12В з 5В USB-порту комп'ютера.

За основу схеми взято спеціалізовану мікросхему MC34063 (її російський аналог К1156ЕУ5). Перетворювач напруги MC34063 є електронною схемою управління DC/DC - перетворювачем.

Вона має температурно-компенсоване джерело опорної напруги (ІОН), генератор зі змінним робочим циклом, компаратор, схему обмеження струму, вихідний каскад і сильноточний ключ. Ця мікросхема спеціально виготовлена ​​для використання у підвищуючих, знижувальних та інвертуючих електронних перетворювачах з найменшою кількістю елементів.

Вихідна напруга, що отримується в результаті роботи, встановлюється двома резисторами R2 та R3. Вибір проводиться з розрахунку, що на вході компаратора (висновок 5) має бути напруга 1,25 В. Обчислити опір резисторів для схеми можна використовуючи нескладну формулу:

Uвих = 1,25 (1 + R3 / R2)

Знаючи необхідну вихідну напругу та опір резистора R3, можна досить легко визначити опір резистора R2.

Так як вихідна напруга визначається, можна значно поліпшити схему, включивши в схему перемикач, що дозволяє отримувати всілякі значення при необхідності. Нижче наведено варіант перетворювача MC34063 на дві вихідні напруги (9 і 12 В)

Основні технічні характеристики MC34063

• Широкий діапазон значень вхідної напруги: від 3 до 40 В;
• Високий вихідний імпульсний струм: 1,5 А;
• Регульована вихідна напруга;
• Частота перетворювача до 100 кГц;
• Точність внутрішнього джерела опорної напруги: 2%;
• Обмеження струму короткого замикання;
• Низьке споживання в режимі сну.

Структура схеми:

1. Джерело опорної напруги 1,25;
2. Компаратор, що порівнює опорну напругу та вхідний сигнал з входу 5;
3. Генератор імпульсів, що скидає RS-тригер;
4. Елемент І поєднує сигнали з компаратора та генератора;
5. RS-тригер усуває високочастотні перемикання вихідних транзисторів;
6. Транзистор драйвера VT2, у схемі емітерного повторювача, для посилення струму;
7. Вихідний транзистор VT1 забезпечує струм до 1,5А.

Генератор імпульсів постійно скидає RS-тригер, якщо напруга на вході мікросхеми 5 - низька, компаратор видає сигнал на вхід S сигнал встановлює тригер і включає транзистори VT2 і VT1. Чим швидше прийде сигнал на вхід S тим більше часу транзистор перебуватиме у відкритому стані і тим більше енергії буде передано з входу на вихід мікросхеми. А якщо напруга на вході 5 підняти вище 1,25, то тригер взагалі не буде встановлюватися. І енергія не передаватиметься на вихід мікросхеми.

MC34063 підвищуючий перетворювач

Наприклад я цю мікросхему використовував щоб отримати 12 В живлення інтерфейсного модуля від ноутбука USB (5 В), таким чином інтерфейсний модуль працював коли працював ноутбук йому не потрібен був своє джерело безперебійного живлення.
Також є сенс використовувати мікросхему для живлення контакторів, яким потрібна більш висока напруга, ніж іншим частинам схеми.
Хоча MC34063 випускається давно, але можливість роботи від 3 В, дозволяє її використовувати в стабілізаторах напруги, що живляться від літієвих акумуляторів.
Розглянемо приклад підвищує перетворювача з документації. Ця схема розрахована на вхідну напругу 12 В, вихідну - 28 В при струмі 175мА.

• C1 - 100 мкФ 25 В;
• C2 - 1500 пФ;
• C3 - 330 мкФ 50 В;
• DA1 - MC34063A;
• L1 - 180 мкГн;
• R1 - 0,22 Ом;
• R2 - 180 Ом;
• R3 - 2,2 кОм;
• R4 - 47 ком;
• VD1 - 1N5819.

У цій схемі обмеження вхідного струму визначається резистором R1, вихідна напруга визначається співвідношенням резистором R4 і R3.

Знижувальний перетворювач на МС34063

Зменшити напругу значно простіше – існує велика кількість компенсаційних стабілізаторів індуктивності, що не потребують котушок, що вимагають меншої кількості зовнішніх елементів, але й для імпульсного перетворювача знаходитися робота коли вихідна напруга в кілька разів менша за вхідну, або просто важливий ККД перетворення.
У технічній документації наводиться приклад схеми з вхідною напругою 25 і вихідним 5 при струмі 500мА.

• C1 - 100 мкФ 50 В;
• C2 - 1500 пФ;
• C3 - 470 мкФ 10 В;
• DA1 - MC34063A;
• L1 - 220 мкГн;
• R1 - 0,33 Ом;
• R2 - 1,3 ком;
• R3 – 3,9 кОм;
• VD1 - 1N5819.

Цей перетворювач можна використовувати для живлення USB-пристроїв. До речі можна підвищити струм, що віддається в навантаження, для цього потрібно збільшити ємності конденсаторів C1 і C3, зменшити індуктивність L1 і опір R1.

МС34063 схема інвертуючого перетворювача

Третя схема використовується рідше двох перших, але з менш актуальна. Для точного вимірювання напруги або посилення аудіо сигналів часто потрібне двополярне живлення, і МС34063 може допомогти в отриманні негативних напруг.
У документації наводиться схема, що дозволяє перетворити напругу 4,5.. 6.0 В в негативну напругу -12 В зі струмом 100 мА.

• C1 - 100 мкФ 10 В;
• C2 - 1500 пФ;
• C3 - 1000 мкФ 16 В;
• DA1 - MC34063A;
• L1 - 88 мкГн;
• R1 - 0,24 Ом;
• R2 - 8,2 ком;
• R3 - 953 Ом;
• VD1 - 1N5819.

Зверніть увагу, що в даній схемі сума вхідної та вихідної напруги не повинна перевищувати 40 Ст.

Аналоги мікросхеми MC34063

Якщо MC34063 призначена для комерційного застосування і має діапазон робочих температур 0...70°C, то її повний аналог MC33063 може працювати в комерційному діапазоні -40...85°C.
Декілька виробників випускають MC34063, інші виробники мікросхем випускають повні аналоги: AP34063, KS34063. Навіть вітчизняна промисловість випускала повний аналог К1156ЕУ5, і хоча цю мікросхему купити зараз велика проблема, але можна знайти багато схем методик розрахунків саме на К1156ЕУ5, які застосовні до MC34063.
Якщо необхідно розробити новий пристрій і як MC34063 підходить якнайкраще, то варто звернути увагу на більш сучасні аналоги, наприклад: NCP3063.

Якийсь час тому я вже публікував огляд, де показав як за допомогою КРЕН5 зробити ШИМ стабілізатор. Тоді ж я згадав про одного з найпоширеніших і, напевно, найдешевших контролерів DC-DC перетворювачів. Мікросхема МС34063.
Сьогодні я спробую доповнити попередній огляд.

Взагалі, цю мікросхему можна вважати застарілою, проте вона користується заслуженою популярністю. В основному через низьку ціну. Я їх досі іноді використовую у своїх усіляких виробах.
Власне тому я й вирішив купити собі сотню таких мікрох. Обійшлися вони мені в 4 долари, зараз у того ж продавця коштують 3.7 долара за сотню, це всього 3.7 цента за штуку.
Знайти можна і дешевше, але я замовляв їх у комплект до інших деталей (огляди зарядного для літієвого акумулятора та стабілізатор струму для ліхтарика). Є ще четвертий компонент, який я замовив там же, але про нього іншим разом.

Ну, я напевно вже втомив довгим вступом, тому перейду до огляду.
Попереджу відразу, буде багато усіляких фото.
Прийшло це все в пакетиках, замотане у стрічку з пухирці. Така собі купка:)

Самі мікросхеми акуратно запаковані в пакетик із клямкою, на нього наклеєний папірець із найменуванням. Написано від руки, але проблеми розпізнати напис, гадаю, не виникне.

Дані мікросхеми виробляються різними виробниками і маркуються так само по-різному.
MC34063
KA34063
UCC34063
І т.д.
Як видно, змінюються лише перші літери, цифри залишаються незмінними, тому зазвичай її називають просто 34063.
Мені дісталися перші, MC34063.

Фото поруч із такою ж мікрохою, але іншого виробника.
Оглядана виділяється чіткішим маркуванням.

Що далі можна оглянути я не знаю, тому перейду до другої частини огляду, пізнавальної.
DC-DC перетворювачі використовуються в багатьох місцях, зараз, напевно, вже важко зустріти електронний пристрій, де їх немає.

Існує три основні схеми перетворення, всі вони описані в до 34063, а так само в її застосуванні, ну і в ще одному .
Усі описані схеми немає гальванічної розв'язки. Так само, якщо ви уважно подивіться всі три схеми, то помітите, що вони дуже схожі і відрізняються перестановкою місцями трьох компонентів, дроселя, діода і силового ключа.

Спочатку найпоширеніша.
Step-down або знижуючий ШІМ перетворювач.
Застосовується там, де треба зменшити напругу, причому зробити це з максимальним ККД.
Напруга на вході завжди більша, ніж на виході, зазвичай мінімум на 2-3 Вольта, чим більша різниця, тим краще (в розумних межах).
При цьому струм на вході менший, ніж на виході.
Таку схемотехніку застосовують часто на материнських платах, щоправда, перетворювачі там зазвичай багатофазні і з синхронним випрямленням, але суть залишається колишньою, Step-Down.

У цій схемі дросель накопичує енергію при відкритому ключі, а після закриття ключа напруга на дроселі (за рахунок самоіндукції) заряджає вихідний конденсатор

Наступна схема застосовується трохи рідше за першу.
Її часто можна зустріти в Power-bank, де з напруги акумулятора в 3-4.2 Вольта виходить стабілізована 5 Вольт.
За допомогою такої схеми можна отримати і більше, ніж 5 Вольт, але треба враховувати, що чим більша різниця напруги, тим важче працювати перетворювачу.
Також є одна не дуже приємна особливість даного рішення, вихід не можна відключити «програмно». Тобто. акумулятор завжди підключено до виходу через діод. Так само у разі КЗ струм буде обмежений лише внутрішнім опором навантаження та батареї.
Для захисту від цього застосовують запобіжники або додатковий силовий ключ.

Так само як і минулого разу, при відкритому силовому ключі спочатку накопичується енергія в дроселі, після закриття ключа струм на дроселі змінює свою полярність і підсумовуючи напругою батареї надходить на вихід через діод.
Напруга на виході такої схеми не може бути нижчою за напругу на вході мінус падіння на діоді.
Струм на вході більше ніж на виході (іноді значно).

Третя схема застосовується досить рідко, але не розглянути її неправильно.
Ця схема має на виході напругу зворотної полярності, ніж вході.
Називається - інвертуючий перетворювач.
У принципі дана схема може як підвищувати, так і знижувати напругу щодо вхідної, але через особливості схемотехніки частіше використовується тільки для напруги більше або рівних вхідному.
Перевага даної схемотехніки – можливість відключення напруги на виході за допомогою закриття силового ключа. Це також вміє робити і перша схема.
Як і в попередніх схемах, енергія накопичується в дроселі, а після закриття силового ключа надходить у навантаження через увімкнений діод.

Коли я замислювався на цей огляд, то не знав, що краще вибрати для прикладу.
Були варіанти зробити знижуючий перетворювач для РоЕ або підвищуючий для живлення світлодіода, але все це було нецікаво і зовсім нудно.
Але кілька днів тому зателефонував товариш і попросив допомогти йому з вирішенням одного завдання.
Треба було отримати вихідну стабілізовану напругу незалежно від того, вхідно більше або менше вихідного.
Тобто. потрібен був підвищуюче-знижуючий перетворювач.
Топологія даних перетворювачів називається (Single-ended primary-inductor converter).
Ще кілька хороших документів з цієї топології. , .
Схема даного типу перетворювачів помітно складніша і містить додатковий конденсатор та дросель.

Ось за цією схемою я й вирішив робити

Наприклад я вирішив робити перетворювач, здатний давати стабілізовані 12 Вольт при коливаннях вхідного від 9 до 16 Вольт. Правда потужність перетворювача невелика, тому що використовується вбудований ключ мікросхеми, але рішення цілком працездатне.
Якщо уміщувати схему, поставити додатковий польовий транзистор, дроселі на більший струм тощо. то така схема може допомогти вирішити проблему живлення 3,5 дюйми жорсткого диска в машині.
Так само, такі перетворювачі можуть допомогти вирішити проблему отримання, що вже стало популярним, напруги 3.3 Вольт від одного літієвого акумулятора в діапазоні 3-4.2 Вольта.

Але для початку перетворимо умовну схему на принципову.

Після цього перетворимо її на трасування, не будемо ж ми на монтажній платі все ваяти.

Ну, далі я пропущу етапи, описані в одному з моїх , де я показав, як виготовляти друковану плату.
У результаті вийшла невелика хустка, розміри плати 28х22.5, товщина після запаювання деталей – 8мм.

Нарив по дому різних деталей.
Дроселі у мене були в одному з оглядів.
Резистори завжди є.
Конденсатори частково були, а частково випаяли з різних пристроїв.
Керамічний на 10мкФ випаяв зі старого жорсткого диска (ще вони водяться на платах моніторів), алюмінієвий SMD взяв зі старого CD-ROM.

Спаяв хустку, вийшло начебто акуратно. Треба було зробити фото на якійсь сірниковій коробці, але забув. Розміри плати приблизно в 2.5 рази менше сірникової коробки.

Плата ближче, намагався компонувати плату щільніше, вільного місця не дуже багато.
Резистор 0.25 Ома утворений чотирма по 1 Ом паралельно на 2 поверхи.

Фотографій багато, тому прибрав під спойлер

Перевіряв у чотирьох діапазонах, але випадково вийшло у п'яти, не став цьому чинити опір, а просто зробив ще одне фото.
У мене не було резистора на 13ком, довелося впаяти на 12, тому на виході напруга дещо занижена.
Але так як плату я робив просто для перевірки мікросхеми (тобто сама по собі ця плата більше для мене ніякої цінності не несе) та написання огляду, то не став морочитися.
Як навантаження була лампа розжарювання, струм навантаження близько 225мА

На вході 9 Вольт, на виході 11:45

На вході 11 Вольт, на виході 11:44.

На вході 13 вольт, на виході ті самі 11.44

На вході 15 Вольт, на виході знову 11:44. :)

Після цього думав закінчити, але оскільки у схемі вказав діапазон до 16 Вольт, то й перевірити вирішив на 16 Вольт.
На вході 16.28, на виході 11.44

Оскільки я розжився цифровим осцилографом, то вирішив зняти осцилограми.

Я їх також сховав під спойлер, тому що їх досить багато

Це звичайно іграшка, потужність перетворювача смішна, хоч і корисна.
Але товаришу я підібрав трохи більше на Аліексрес.
Можливо комусь буде і корисно.

MC34063 є досить поширеним типом мікроконтролера для побудови перетворювачів напруги як з низького рівня у високий, так і з високого в низький. Особливості мікросхеми полягають у її технічних характеристиках та робочих показниках. Пристрій добре тримає навантаження з комутаційним струмом до 1,5 А, що говорить про широку сферу його використання в різних імпульсних перетворювачах з високими практичними характеристиками.

Опис мікросхеми

Стабілізація та перетворення напруги- це важлива функція, яка використовується в багатьох пристроях. Це всілякі регульовані джерела живлення, що перетворюють схеми і високоякісні блоки живлення, що вбудовуються. Більшість побутової електроніки сконструйовано саме на цій МС, тому що вона має високі робочі характеристики і без проблем комутує досить великий струм.

MC34063 має вбудований осцилятор, тому для роботи пристрою та старту перетворення напруги у різні рівні достатньо забезпечити початкове зміщення шляхом підключення конденсатора ємністю 470пФ. Цей контролер користується величезною популярністюсеред великої кількості радіоаматорів. Мікросхема добре працює у багатьох схемах. А маючи нескладну топологію та простий технічний пристрій, можна легко розібратися із принципом її роботи.

Типова схема включення складається з наступних компонентів:

• 3 резистори;
• діод;
• 3 конденсатори;
• індуктивність.

Розглядаючи схему зниження напруги чи його стабілізації можна побачити, що вона оснащена глибоким зворотним зв'язком і досить потужним вихідним транзистором, який прямотоком пропускає напругу.

Схема включення на зниження напруги та стабілізації

Зі схеми видно, що струм у вихідному транзисторі обмежується резистором R1, а компонентів для встановлення необхідної частоти перетворення є конденсатор C2. Індуктивність L1 накопичує в собі енергію при відкритому транзисторі, а його закриття розряджається через діод на вихідний конденсатор. Коефіцієнт перетворення залежить від співвідношення опорів резисторів R3 та R2.

ШИМ-стабілізатор працює в імпульсному режимі:

При відкритті біполярного транзистора індуктивність набирає енергію, яка потім накопичується на вихідній ємності. Такий цикл повторюється постійно, забезпечуючи стабільний вихідний рівень. За умови наявності на вході мікросхеми напруги 25В на її виході воно складе 5 з максимальним вихідним струмом до 500мА.

Напруга можна збільшитишляхом зміни типу відношення опорів у ланцюгу зворотного зв'язку, підключеного до входу. Також він використовується як розрядний діод в момент дії зворотної ЕРС, накопиченої в котушці в момент її заряду при відкритому транзисторі.

Застосовуючи таку схему на практиці, можна виготовити високоефективнийзнижуючий перетворювач. При цьому мікросхема не споживає надлишок потужності, що виділяється при зниженні напруги до 5 або 3,3 В. Діод призначений для забезпечення розряду зворотного індуктивності на вихідний конденсатор.

Імпульсний режим зниженнянапруги дозволяє значно заощаджувати заряд батареї при підключенні пристроїв із низьким споживанням. Наприклад, при використанні звичайного параметричного стабілізатора на його нагрівання під час роботи йшло щонайменше до 50% потужності. А що тоді говорити, якщо буде потрібна вихідна напруга в 3,3 В? Таке знижувальне джерело при навантаженні в 1 Вт споживатиме всі 4 Вт, що важливо при розробці якісних та надійних пристроїв.

Як показує практика застосування MC34063, середній показник втрат потужності знижується щонайменше до 13%, що стало найважливішим стимулом для її практичної реалізації для харчування всіх низьковольтних споживачів. А враховуючи широтно-імпульсний принцип регулювання, то й нагріватись мікросхема буде незначною мірою. Тому для її охолодження не потрібно радіаторів. Середній ККД такої схеми перетворення становить щонайменше 87%.

Регулювання напругина виході мікросхеми здійснюється рахунок резистивного дільника. При його перевищенні вище від номінального на 1,25В компоратор перемикає тригер і закриває транзистор. У цьому описі розглянута схема зниження напруги з вихідним рівнем 5В. Щоб змінити його, підвищити або зменшити, необхідно змінити параметри вхідного дільника.

Для обмеження струму комутаційного ключа використовується вхідний резистор. Який розраховується як відношення вхідної напруги до опору резистора R1. Щоб організувати регульований стабілізатор напруги до висновку 5 мікросхеми підключається середня точка змінного резистора. Один висновок до загального дроту, а другий до харчування. Працює система перетворення в смузі частот 100кГц, за зміни індуктивності вона може бути змінена. При зменшенні індуктивності збільшується частота перетворення.

Інші режими роботи

Крім режимів роботи на зниження і стабілізацію, також часто застосовується підвищує. відрізняється тим, що індуктивність не на виході. Через неї протікає струм у навантаження при закритому ключі, який відмикаючись, подає на нижній висновок індуктивності негативну напругу.

Діод, своєю чергою, забезпечує розряд індуктивності на навантаження щодо одного напрямі. Тому при відкритому ключі на навантаженні формується 12 від джерела живлення і максимальний струм, а при закритому на вихідному конденсаторі воно підвищується до 28В. ККД схеми підвищення становить як мінімум 83%. Схемною особливістюпри роботі в такому режимі є плавне включення вихідного транзистора, що забезпечується обмеженням струму бази за допомогою додаткового резистора, підключеного до виводу 8 МС. Тактова частота роботи перетворювача визначається конденсатором невеликої ємності, переважно 470пФ, при цьому вона становить 100кГц.

Вихідна напруга визначається за такою формулою:

Uвих = 1,25 * R3 * (R2 + R3)

Використовуючи вищевказану схему включення мікросхеми МС34063А, можна виготовити перетворювач напруги, що підвищує, з живленням від USB до 9, 12 і більше вольт в залежності від параметрів резистора R3. Щоб провести детальний розрахунок характеристик пристрою можна скористатися спеціальним калькулятором. Якщо R2 становить 2,4кОм, а R3 15кОм, то схема буде перетворити 5В 12В.

Схема на MC34063A підвищення напруги із зовнішнім транзистором

У представленій схемі використаний польовий транзистор. Але в ній припущено помилку. На біполярному транзисторі потрібно замінити місцями К-Е. А нижче представлено схему з опису. Зовнішній транзистор вибирається виходячи із струму комутації та вихідної потужності.

Досить часто для живлення світлодіодних джерел світла застосовується саме ця мікросхема для побудови перетворювача, що понижує або підвищує. Високий ККД, низьке споживання та висока стабільність вихідної напруги – ось основні переваги схемної реалізації. Є багато драйверів для світлодіодів з різними особливостями.

Як один із численних прикладів практичного застосування можна розглянути наступну схему нижче.

Схема працює так:

При подачі сигналу керування внутрішній тригер МС блокований, а транзистор закритий. І через діод протікає зарядний струм польового транзистора. При знятті імпульсу управління тригер перетворюється на другий стан і відкриває транзистор, що призводить до розряду затвора VT2. Таке включення двох транзисторів забезпечує швидке включення та вимкнення VT1, що знижує ймовірність нагріву через практично повну відсутність змінної складової. Для розрахунку струму, що протікає через світлодіоди, можна скористатися: I=1,25/R2.

Зарядний пристрій MC34063

Контролер MC34063 універсальний. Крім джерел живлення вона може бути застосована для конструювання зарядного пристрою для телефонів з вихідною напругою 5В. Нижче наведена схема реалізації пристрою. Її принцип роботипояснюється як і у випадку зі звичайним перетворенням понижувального типу. Вихідний струм заряду акумулятора становить до 1А із запасом 30%. Для його збільшення необхідно використовувати зовнішній транзистор, наприклад КТ817 або будь-який інший.

Мені на просторах інтернету попалася схемка автора Ahtoxa із заміною мікросхеми КРЕН5 на маленьку хустку з МС34063, зібрану з невеликими змінами по даташиту до 0,5 А. Справа в тому, що іноді буває необхідність поставити стабілізатор без громіздкого радіатора при великій вхідній напругі. І тому такий варіант цілком міг би бути застосовним. Відомо, що мікросхема LM7805 є лінійним стабілізатором напруги, тобто вся зайва напруга вона висаджує на собі. І при вхідній напрузі 12 В вона змушена забезпечувати на собі падіння напруги в 7 вольт. Помножте це на струм хоча б в 100 мА, і отримайте вже 0.7 Вт зайвої потужності, що розсіюється. При трохи більших струмах або різниці між вхідною та вихідною напругою без великого тепловідведення вже не обійтися.

Проста та регульована схеми МС34063

Автор не став ділитися друкованою платою, тож розробив свій схожий варіант. Завантажити його разом з документацією та іншими потрібними для збирання файлами можна в загальному архіві.

Стабілізатор чудово працює. Збирав неодноразово. Правда відмінності від даташита не на краще. Обмежувальний резистор ставити рекомендується. Інакше за наявності на виході великих ємностей може викликати пробій всередині мікросхеми. Включення паралельно двох діодів не виправдано. Краще ставити один потужніше. Хоча для струму 500 мА і такого з головою вистачить. Для великих струмів бажано ставити зовнішній транзистор. Хоча мікросхема за датаситом і розрахована на 1,5 А, але робочий струм більше 500 мА не рекомендується.