Мужчина и женщина 

Термистор в блоке питания. Терморезисторы. Перечень возможных неисправностей

Очень часто встаёт вопрос о том, как получить требуемое для схемы питание напряжение, имея источник с отличным от требуемого напряжения. Такие задачи делятся на две: когда: нужно уменьшить или увеличить напряжение до заданного. В этой статье будет рассмотрен первый вариант.

Как правило, можно применить линейный стабилизатор , но у него будут большие потери по мощности, т.к. разность в напряжениях он будет преобразовывать в тепло. Здесь на помощь приходят импульсные преобразователи. Вашему вниманию предлагается простенький и компактный преобразователь на MC34063.

Эта микросхема очень универсальна, на ней можно реализовывать понижающие, повышающие и инвертирующие преобразователи с максимальным внутренним током до 1,5А. Но в статье рассмотрен только понижающий преобразователь, остальные будут рассмотрены позже.

Размеры получившегося преобразователя – 21х17х11 мм. Такие размеры получилось из-за использования совместно выводных и SMD деталей. Преобразователь содержит всего 9 деталей.

Детали в схеме рассчитаны на 5В с ограничение тока 500мА, с пульсацией 43кГц и 3мВ. Входное напряжение может быть от 7 до 40 вольт.

За выходное напряжение отвечают резисторный делитель на R2 и R3, если их заменить подстроечным резистором где-то на 10 кОм, то можно будет задавать требуемое выходное напряжение. За ограничение тока отвечает резистор R1. За частоту пульсаций отвечают конденсатор C1 и катушка L1, за уровень пульсаций конденсатор C3. Диод может быть заменён на 1N5818 или 1N5820. Для расчёта параметров схемы есть специальный калькулятор - http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml , где стоит только задать требуемые параметры, он так же может рассчитать схемы и параметры преобразователей нерассмотренных двух типов.

Было изготовлено 2 печатные платы: слева – с делителем напряжения на делителе напряжения, выполненном на двух резисторов типоразмера 0805, справа с переменным резистором 3329H-682 6,8кОм. Микросхема MC34063 в корпусе DIP, под ней два чип танталовых конденсатора типоразмера – D. Конденсатор C1 –типоразмера 0805, диод выводной, резистор ограничения тока R1 – на пол вата, при малых токах, меньше 400 мА, можно поставить резистор меньшей мощности. Индуктивность CW68 22мкГн, 960мА.

Осциллограммы пульсаций, R огранич = 0,3 Ом

На этих осциллограммах показаны пульсации: слева – без нагрузки, справа – с нагрузкой в виде сотового телефона, ограничивающий резистор 0,3 Ом, снизу с той же нагрузкой, но ограничивающий резистор на 0,2 Ом.

Осциллограмма пульсации, R огранич = 0,2 Ом

Снятые характеристики (замерены не все параметры), при входном напряжении 8,2 В.

Этот адаптер был изготовлен для подзарядки сотового телефона и питания цифровых схем в походных условиях.

В статье была приведена плата с переменным резистором в качестве делителя напряжения, размешаю к ней и соответствующею схему, отличие от первой схемы только в делителе.

Рассмотрим типовую схему повышающего DC/DC конвертера на микросхемах 34063:

Выводы микросхемы:

  1. SWC (switch collector) — коллектор выходного транзистора
  2. SWE (switch emitter) — эмиттер выходного транзистора
  3. Tc (timing capacitor) — вход для подключения времязадающего конденсатора
  4. GND — земля
  5. CII (comparator inverting input) — инвертирующий вход компаратора
  6. Vcc — питание
  7. Ipk — вход схемы ограничения максимального тока
  8. DRC (driver collector) — коллектор драйвера выходного транзистора (в качестве драйвера выходного транзистора также используется биполярный транзистор)

Элементы:

L 1 — накопительный дроссель. Это, в общем-то, элемент преобразования энергии.

С 1 — времязадающий конденсатор, он определяет частоту преобразования. Максимальная частота преобразования для микросхем 34063 составляет порядка 100 кГц.

R 2 , R 1 — делитель напряжения для схемы компаратора. На неинвертирующий вход компаратора подается напряжение 1,25 В от внутреннего регулятора, а на инвертирующий вход — с делителя напряжения. Когда напряжение с делителя становится равным напряжению от внутреннего регулятора — компаратор переключает выходной транзистор.

C 2 , С 3 — соответственно, выходной и входной фильтры. Емкость выходного фильтра определяет величину пульсаций выходного напряжения. Если в процессе расчётов получается, что для заданной величины пульсаций требуется очень большая емкость, можно расчет сделать для бо’льших пульсаций, а потом использовать дополнительный LC-фильтр. Ёмкость С 3 обычно берут 100 … 470 мкФ.

R sc — токочувствительный резистор. Он нужен для схемы ограничения тока. Максимальный ток выходного транзистора для MC34063 = 1.5А, для AP34063 = 1.6А. Если пиковый переключаемый ток будет превышать эти значения, то микросхема может сгореть. Если точно известно, что пиковый ток даже близко не подходит к максимальным значениям, то этот резистор можно не ставить.

R 3 — резистор, ограничивающий ток драйвера выходного транзистора (максимум 100 мА). Обычно берется 180, 200 Ом.

Порядок расчёта:

  1. Выбирают номинальные входное и выходное напряжения: V in , V out и максимальный выходной ток I out .
  2. 2) Выбирают минимальное входное напряжение V in(min) и минимальную рабочую частоту f min при выбранных V in и I out .
  3. Рассчитывают значение (t on +t off) max по формуле (t on +t off) max =1/f min , t on(max) — максимальное время, когда выходной транзистор открыт, t off(max) — максимальное время, когда выходной транзистор закрыт.
  4. Рассчитывают отношение t on /t off по формуле t on /t off =(V out +V F -V in(min))/(V in(min) -V sat) , где V F — падение напряжения на выходном фильтре, V sat — падение напряжения на выходном транзисторе (когда он находится в полностью открытом состоянии) при заданном токе. V sat определяется по графикам, приведенным в документации на микросхему (или на транзистор, если схема с внешним транзистором). Из формулы видно, что чем больше V in , V out и чем больше они отличаются друг от друга — тем меньшее влияние на конечный результат оказывают V F и V sat , так что если вам не нужен суперточный расчет, то я бы посоветовал, уже при V in(min) =6-7 В, смело брать V F =0, V sat =1,2 В (обычный, средненький биполярный танзистор) и не заморачиваться.
  5. Зная t on /t off и (t on +t off) max решают систему уравнений и находят t on(max) .
  6. Находят емкость времязадающего конденсатора С 1 по формуле: C 1 = 4.5*10 -5 *t on(max) .
  7. Находят пиковый ток через выходной транзистор: I PK(switch) =2*I out *(1+t on /t off) . Если он получился больше максимального тока выходного транзистора (1.5 …1.6 А), то преобразователь с такими параметрами невозможен. Нужно либо пересчитать схему на меньший выходной ток (I out ) , либо использовать схему с внешним транзистором.
  8. Рассчитывают R sc по формуле: R sc =0,3/I PK(switch) .
  9. Рассчитывают минимальную емкость конденсатора выходного фильтра:
  10. С 2 =I out *t on(max) /V ripple(p-p) , где V ripple(p-p) — максимальная величина пульсаций выходного напряжения. Разные производители рекомендуют умножать полученное значение на коэффициент от 1 до 9. Берётся максимальная ёмкость из ближайших к расчётному стандартных значений.
  11. Рассчитывают минимальную индуктивность дросселя:

    L 1(min) =t on(max) *(V in(min) -V sat)/I PK(switch) . Если получаются слишком большие C 2 и L 1 , можно попробовать повысить частоту преобразования и повторить расчет. Чем выше частота преобразования — тем ниже минимальная емкость выходного конденсатора и минимальная индуктивность дросселя.

  12. Сопротивления делителя рассчитываются из соотношения V out =1,25*(1+R 2 /R 1) .

Online-калькулятор для расчёта преобразователя :

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Исходные данные:

(если вы не знаете значения V sat , V f , V ripple(p-p) , то расчёт будет сделан для V sat =1.2 В, V f =0 В, V ripple(p-p) =50 мВ)