Повышающий преобразователь напряжения на MC34063
2015-11-02 16:53:39

   Буржуи называют такой преобразователь Step Up DC-DC: DC — бурж. direct current — то есть постоянный ток, DC-DC — показывает, что это преобразователь из постоянного тока в постоянный же. Step Up переводится буквально как Шаг вверх, бывает еще Step Down — шаг вниз, ну это, понятное дело, про понижающие преобразователи.

   Разберем сам принцип работы преобразователя напряжения на MC34063. В качестве устройства преобразования напряжения используется катушка индуктивности. Немного теории (скучной, но необходимой для понимания сути):

   Всяк разумный человек знает, что если по проводнику пустить ток, то этот ток породит магнитное поле, вокруг проводника, однако процесс ведь обоюдоострый — всем известно, что магнитное поле вокруг проводника тоже порождает ток в нем. То есть получается, что когда ток течет по проводнику, вокруг образуется магнитное поле и это же поле тут же влияет на этот же ток. О как. Это происходит всегда и в любом проводнике, просто обычно эти явления пренебрежительно малы и ими можно смело пренебрегать. Почти всегда, кроме тех случаев, когда приняты специальные меры, чтоб усилить эти эффекты, а именно: проводник можно смотать в катушку, тогда единое магнитное поле катушки будет суммой всех магнитных полей каждого участка провода в ней (мы компактно размещаем много провода, который намотан в одном направлении) — напряженность магнитного поля в катушке увеличивается кратно количеству витков — это первый способ, и второй — разместить магнитопроводник так, чтоб магнитное поле шло через него, а не через воздух. Если соблюсти эти два условия — получим катушку индуктивности — такой способ организации проводника, при котором магнитное влияние на ток максимизированно.

   Как же ведет себя ток в катушке индуктивности? Понять элементарно: ток приобретает инерционность! то есть, когда мы подключаем напряжение на катушку индуктивности, ток в ней возрастает медленно: можно легко запомнить, представив строительную тачку, груженную кирпичами — с места она трогается и разгоняется медленно. Если попытаться понизить напряжение, прикладываемое к обкладкам катушки, она постарается сохранить ток: снова представляем строительную тачку, груженную кирпичами — если мы ее уже разогнали, а потом попытались резко снизить ее скорость, она сама потянет нас вперед, пытаясь сохранить скорость. И третий вариант: мы попытаемся резко вообще отключить катушку от напряжения, она в свою очередь, пытаясь сохранить ток, резко (в идеале, до бесконечности) повысит напряжение на своих выходах. Снова, (в последний раз, спокойно) представим тачку с кирпичами, если мы ее разгоним, а потом (чисто случайно) со всей дури вмажем ее в стену? Идея понятна?

    Повышающий преобразователь на MC34063 использует именно последнее свойство катушек индуктивности, то есть набирает в нее энергии, потом резко отключает ее от источника напряжения и вся энергия, которая к этому моменту успела накопиться в виде магнитного поля в катушке индуктивности, выплескивается через диод в выходной конденсатор. Потом смотрит напряжение на выходе: если напряжение достаточно высоко — прекращает работать, а если напряжение на выходе слишком низко — снова начинает дрюкать катушку и собирать вылетающую из нее энергию в выходную емкость.

   Разберем работу схемы деталь за деталью. С разъема CONN2 входное напряжение (в моем случае, с автомобильного аккумулятора) попадает на конденсатор С1, который нужен для того чтоб когда катушку резко начинали включать, она (катушка) смело бы забирала эту энергию (из конденсатора). Сама микросхема работает как ключ (выходы 1 и 2) там внутри транзистор на 1.5 А. Когда транзистор открыт, ток из входного конденсатора С1, через резистор R1 (0.22 Ома всего, его назначение объясню позже) проходит на катушку индуктивности L1, через открытый транзистор (который в микросхеме) и на землю. В это время в катушке запасается энергия в виде магнитного поля. Затем ключ размыкается и большущее-прибольшущее напряжение с выхода катушки, через диод D1 заряжает конденсатор C3. Слишком сильно перезарядить выходной конденсатор не получится, так как весь процесс проходит на очень высокой частоте (порядка 100 кГц) и применяется очень маленькая катушка индуктивности, поэтому энергия в выходной конденсатор поступает очень маленькими порциями, но очень часто.

   После выходного конденсатора стоит делитель напряжения, образованный резисторами R3 и R4, они имеют довольно большое сопротивление (десятки или сотни кОм, в зависимости от желания левой пятки разработчика), поэтому выходную часть преобразователя особо не нагружает. Этот делитель нужен для контроля выходного напряжения. Работает это так: если в средней точке делителя (выход 5 микросхемы) напряжение будет меньше, чем 1.25 В, то тактовый генератор в микросхеме будет включен, и, как следствие, катушка индуктивности будет гоняться туда-сюда, преобразование будет работать, напряжение на выходе будет расти и будет так до тех пор пока на 5 входе микросхемы напряжение не поднимется выше 1.25 вольт. В этот момент тактовый генератор заглохнет, ключевой транзистор внутри микросхемы наглухо закроется и преобразование прекратится. Оно будет стоять до тех пор, пока нагрузка не заберет часть энергии из выходного конденсатора и на 5 входе микросхемы напряжение вновь не упадет ниже 1.25 вольт. И так по кругу. Такая вот автоматика.

   Вернемся, немножко, к резистору R1. Вся энергия, проходящая через преобразователь, проходит и через него, казалось бы — нафига зачем? Зачем вставлять резистор в цепь? А затем, что когда через резистор протекает ток, на нем выделяется напряжение, а когда протекает ток, больше нормы, то и напряжение выделяется больше нормы. Именно этот факт и используется для контроля предельного тока микросхемой: когда разница между питающим напряжением и входом 7 микросхемы, превышает определенный предел — микросхема, снова же, выключает тактовый генератор, транзистор снова же, вусмерть закрывается и микросхема не сгорает. Таким образом, меняя этот резистор, можно менять максимальный ток. Нужно учитывать, что сей ток не должен превышать полтора ампера, ибо полтора ампера — это все, на что способна микросхема MC34063 без внешнего транзистора. Есть формула для вычисления номинала резистора R1 — R = 0.3 / I (Если кому интересно)

   Дальше идут детальки обвески микросхемы: резистор R2 — это резистор ограничения тока коллектора управляющего транзистора, внутри микросхемы. Везде, во всех примерах в документации его номинал равен 180 омам. На кой пес его вынесли за корпус микросхемы я так и не понял, но, что делать? Он должен быть. (у меня, грешным делом, резистора на 180 Ом не нашлось, в магазин бежать ради этого поленился, впаял резистор на 150 Ом — прокатило) Конденсатор С2 — маленький (680 pF) — нужен для задания частоты работы внутреннего генератора. (формула есть в датащите)

   Ну и пара слов о диоде. Это должен быть именно диод Шоттки — такой особенный диод, который обладает исключительными параметрами и хорош для высокочастотных цепей (малая емкость, и люторская скорость переключения) я пробовал обычный диод — не прокатило, пришлось, таки, бежать в ларек за диодами Шоттки.

  • agentSmith 2015-12-06 21:45:16
    ЗАЧЕТНО.СПАСИБО !!!
  • bo 2015-12-10 17:41:53
    Обращайтесь :) дальше больше и вкуснее напишу
  • anonymous 2016-01-17 14:30:35
    внешний транзистор нужен чтоб задавать ток на транзисторах. это более актуально для низких входных напряжений. при 180 омах и скажет 3В входа, то 1.5А тех самых никак не выжать! надо пересчитывать это сопротивление.
  • bo 2016-01-18 17:41:52
    внешний транзистор нужен чтоб задавать ток на транзисторах

       внешний резистор?

    это более актуально для низких входных напряжений. при 180 омах и скажет 3В входа, то 1.5А тех самых никак не выжать!

       сообразил... ток открытия транзистора. То есть на маленьком входном напряжении — ставить маленький, а на большом входном — побольше, чтоб транзистор не пробить. Спасибо.

    надо пересчитывать это сопротивление.

       от 12 вольт всяко откроется :) пойдет в этом случае. Спасибо: единственное до чего я тут не догнал...

  • anonymous 2016-04-10 17:23:46
    Какая катушка стоит и какой диод? У меня при R1=0.2 Ом, катушке 390мкГ и Диоде 1N5819 c входным конденсатором 470мкФ и выходным на 2200 мкФ данная микруха из 5 вольт преобразует в 12В, но ток максимум 10 мА :))))))))))))))))))) Потом напряжения проседает до входного при 30 - 35 мА. Проверял на трех микросхемах разных производителей....
  • bo 2016-04-14 07:36:26
    >Какая катушка стоит

       катушка самодельная, как легко можно было догадаться по этой фотографии. Алгоритм крафта катушки для этой схемы следующий: перво-наперво, с помощью, например, онлайн калькулятора определяемся с МИНИМАЛЬНОЙ индуктивностью (больше можно, меньше — нет, иначе тянуть по току не будет, как у тебя). Я точно уже не помню, но, по-моему, у меня получилось где-то 1000 с лишним микрогенрей, у тебя, на мой взгляд, явно недостаточно. Катушка такая либо покупается, либо (что, на мой взгляд, гораздо проще) — изготавливается самостоятельно. Для самостоятельного изготовления необходимо вооружиться прибором, способным эту самую индуктивность замерять, я пользовался типа такой штукой. Методика такая: взял сердечник (лучше колечко, но на стержень мотать проще) ферритовый, взял кусок провода с метр и залудил концы. Измерил прибором индуктивность простого куска провода — мало, сделал несколько витков на сердечник — снова измерил индуктивность — снова мало — и так до тех пор, пока показатель индуктивности нас не удовлетворит. После чего лишний провод обкусывается и залуживается, а саму катушечку неплохо бы мазануть спиртоканифолькой, чтоб форму держала

  • bo 2016-04-14 08:05:22
    какой диод?

       диод такой же как у тебя.

        > Проверял на трех микросхемах разных производителей....

       если напряжение повышается (хоть и не держится при нагрузке) значит микросхема рабочая и работает. Смотри еще раз как происходит процесс: микросхема работает ключом и много раз в секунду вкидывает в катушку небольшую порцию энергии, откуда эта же энергия выбрасывается в выходной конденсатор. То есть если на выходном конденсаторе напряжение выше входного — значит этот процесс идет и микросхема работает. Другое дело, что когда подключаешь нагрузку, может так случится, что энергия из выходного конденсатора на нагрузку будет вытекать быстрее, чем катушка будет успевать эту энергию в конденсатор подкидывать и тогда напряжение просядет.

       Представь следующее: есть некоторая емкость, например ведро, в которое снизу вмонтирован кран. Поставим это ведро повыше, откроем немножко кран и начнем стаканом наливать туда воду. Стакан за стаканом. Если кран открыт немножко то мы стаканом сможем легко успевать поддерживать ведро полным, а вот если кран открыт на всю, то ведро начнет пустеть и нам останется либо взять стакан побольше, либо чаще руками махать чтоб успевать поддерживать ведро полным. Модель понятна?

       То есть тебе нужно либо взять катушку побольше, либо поставить конденсатор С2 поменьше, чтоб увеличить частоту работы микросхемы. Какой у тебя С2?

  • agentSmith 2016-04-20 15:07:26
    Мужик, респект тебе и уважение. Толком никто не мог объяснить принцип работы. Просто и доступно.
  • GuyFox 2016-04-21 07:05:43
    Ох спасибо за доброе слово — приятно писать когда такие комментарии. Приходите еще: будет больше и вкуснее!
Чтоб доказать что Вы не робот причините вред человеку или своим бездействием допустите, чтоб ему был причинен вред решите сложнейший пример:
9 + 4 =
Регистрация