Проседает выходное напряжение на MC34063 в инвертирующем включении

На сайте подставил параметры, получил такие значения:

Ct=1010 pF
Ipk=1376 mA
Rsc=0.218 Ohm
Lmin=73 uH
Co=364 uF
R1=2.7k R2=62k (29.95V)

Поставил Ct=1nF, L=220uH, Co=470uF, Rsc зашунтировал.

В холостом ходе все так и есть — на выходе -30 В. Но под нагрузкой (470 Ом) напряжение проседает до -18 В.
Стоит поднять входное напряжение в 5В до 8В, и на выходе уже стабильно -30 В.

Пробовал промоделировать свою схему в PROTEUS, та же картина — если напряжение на входе 5В, то выходное напряжение проседает, если входное увеличить, то проседает меньше, а от 8 вольт вообще не проседает.

Что я делаю не так? Заранее спасибо!

Такой преобразователь критичен к сопротивлению обмотки дросселя и динамическому сопротивдению диода. Чем оно больше, тем меньше будет выходное напряжение при одном и том же сопротивлении нагрузки.
А Вы ещё и дроссель взяли с бОльшей индуктивностью — с бОльшим сопротивлением.

Выберите (намотайте) дроссель с малым сопротивлением и поставьте диод Шоттки.

Диод стоит 1N5818, так что наверное тут ничего не улучшишь. Сопротивление катушки (по паспорту) — 280 мОм.

Есть ли в этой схеме какой-то смысл увеличивать индуктивность катушки сверх того, что рекомендует калькулятор? Насколько реально намотать катушку с меньшим сопротивлением?

Увеличивать индуктивность дросселя особого смысла нет. Дело в том, что при таком сключении схема является по сути однотактным обратноходовым преобразователем, для которой индуктивность дросселя берётся по расчёту. Если индуктивность будет меньше расчётной, то появится насыщение, а если больше — то она не будет успевать накапливать требуемую энергию для получения нужной мощности в нагрузке.

А что бы обмотка дросселя имела меньше сопротивление, нужно мотать её более толстым проводом и на большем сердечнике. Это ещё и число витков уменьшит — соответственно и сопротивление.

Выходит, что мне надо сделать около десяти витков. У меня есть несколько разных проводов в лаковой оболочке. Как думаете, стоит взять пучок из десятка тонких (около 0.5мм в диаметре), или взять провод потолще (1 или даже 1.5мм)?

Не вижу причины заморачиваться намоткой литцендратом. Достаточно намотать одинарным проводом.

не оторвать ли ножку 8 и подключить ее к 6ой

Попробовал несколько разных вариантов, и все равно мало.

Для начала попробовал подключить две одинаковых индуктивности на 220 мкГн параллельно. Под нагрузкой прирост где-то 1В. Попробовал несколько разных индуктивностей, какие попали под руку, везде разные результаты, где-то больше, где-то меньше, но все равно ощутимо меньше, чем надо. Попробовал намотать в два провода толщиной 0.8мм на броневом сердечнике диаметром 22 мм, и все равно напряжение проседает.

Как ни крути, без нагрузки напряжение стабильное, под даже очень небольшой нагрузкой проваливается.

Это и правда неудачная топология для такой задачи? Может правильнее было бы взять какой-нибудь TL494 и на нем по полумостовой схеме через небольшой трансформатор получить нужное напряжение?

Там 8-я нога и так соединена с 6-й, потому что Rsc=0. Ноги 6, 7, 8 и 1 сведены в одну точку. То есть это не из-за срабатывающего ограничения по току.

Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.

Arduino.ru

Есть MC34063 и кучка индуктивностей в 3.2 миллигенри. По уму, для MC34063, в моем случае, достаточно и 300 микрогенри и меньше. Возможны ли отрицательные последствия, если влепить индуктивность на порядок большую, чем требуется?

Судя по даташит — ограничивается при расчете только минимум индуктивности. Больше ставить можно. Но разница в порядок смущает.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Если есть опасение, что индуктивность куда-нибудь «выстрелит» при выключении питания — надо ее заблокировать диодом, как блокируют обычную обмотку реле.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ни в коем случае не соблюдайте предыдущую рекомендацию. Блокировать индуктивность диодом в источнике питания контрпродуктивно.

А теперь по теме вопроса — считается минимальная индуктивность из допустимого рипла напряжения, просто при выборе конкретной катушки надо учитывать и ток насыщения, а он для бОльших индуктивностей, как правило, меньше. Если по этому параметру проходите, то ставьте.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Во всех схемах 170-220 микрогенри. У вас раз в 20 больше.

Думаю многовато будет- сильно упадёт частота и мощьность.
Да ещё и ток насыщения низкий у таких дросселей.

Неужели на убитых платах никак не найти?
И обзорчик http://mysku.ru/blog/aliexpress/29891.html

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Во всех схемах 170-220 микрогенри. У вас раз в 20 больше.

Не совсем так. При частоте

3 миллигенри и нужно. Именно по даташит. Другой вопрос, что на такой частоте и КПД может быть низковат, да и пульсации знатные. Хотя если все равно загнять на VCC ардуины под стабилизацию, то может и так сойдет.

Просто такие индуктивности уже есть )

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Вопрос в том какое внутреннее сопротивление дросселя, может быть большим, да и жужжать будет скорее всего. А чего вы не хотите (раз их много) штуки 3-5 в параллель?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Читать еще: Перенести синхронизацию на другой комп

3 миллигенри и нужно . КПД может быть низковат .

Простите, что поздно вмешиваюсь, но я немного болел и был невнимателен.

Вам, конечно, известна механическая аналогия: емкость-пружина, индуктивность-масса, ток-скорость, напряжение-сила.

Я даже знак вопроса не ставлю, аналогия известна еще со времен «Фейнмановских лекций по физике».

В этой аналогии (а она абсолютно точна, формулы цепей и механики просто переходят друг в друга) испульсный степ-ар конвертер это просто молоток.

Мне, как человеку, не хватает силы вдавить гвоздь в доску рукой, но я беру молоток, и прикладываю свою, невеликую, силу для разгона (насыщаю индуктивность током). И опускаю молокок на гвоздь (закрываю транзистор). Сила равна производной импульса, в механие это называется 2-й закон Ньютона, в цепях — U=L * dI/dt. За счет быстрого изменения скорости молотка (тока в индуктивности) к шляпке гвоздя прикладывается короткий импульс большой силы (выходной конденсатор заряжается до более высокого напряжения).

Что такое бОльшая индуктивность? — Просто более тяжелый молоток. Цели — добьетесь, но взмахи будут реже и больше устанете. То есть, как Вы и сказали, частота нужна ниже, пульсации станут выше и КПД пониже.

Регулятор оборотов минидрели

Сверление печатных плат — настоящая головная боль для электронщика, но наше новое устройство поможет ее немного смягчить. Это простое и компактное дополнение к минидрели позволит продлить жизнь двигателю и сверлам. Схема, плата, инструкции по настройке, видео — все в статье!

Для чего нужен регулятор оборотов

Обычно минидрели строятся на базе обычных двигателей постоянного тока. А обороты таких двигателей зависят от нагрузки и приложенного напряжения. В результате на холостых оборотах двигатель раскручивается очень сильно, а в моменты сверления обороты двигателя плавают в большом диапазоне.

Если снижать напряжение на двигателе, когда не нем нет нагрузки, можно добиться увеличения ресурса как свёрл, так и самих двигателей. Кроме того, даже точность сверления повышается. Самый простой способ добиться этого — измерение тока, потребляемого двигателем.

В интернете много схем подобных регуляторов, но большинство из них используют линейные регуляторы напряжения. Они массивные и требуют охлаждения. В соавторстве с TinyElectronicFriends нам захотелось сделать компактную плату на базе импульсного стабилизатора, чтобы она могла быть просто «надета» на двигатель.

Схема

ШИМ-регулятор со встроенным ключом MC34063 регулирует напряжение на двигателе. Напряжение на шунте R7,R9,R11 усиливается операционным усилителем и через компаратор подается на вход обратной связи ШИМ-контроллера.

Если ток меньше определенного значения, то на двигатель подается напряжение, зависящее от настройки сопротивления RV1. То есть на холостых оборотах на двигатель будет подаваться только часть мощности, а подстроечный резистор RV1 позволит отрегулировать обороты при этом.

Если сигнал на выходе ОУ превысит напряжение на компараторе, то на двигатель будет подано полное напряжение питания. То есть при сверлении двигатель будет включаться на максимальную мощность. Порог включения задается резистором RV2.
Для питания ОУ используется линейный стабилизатор.

Все компоненты схемы будут рассеивать очень мало тепла и можно собрать ее полностью на SMD-компонентах. Работать она может при большом диапазоне питающих напряжений (в зависимости от сопротивления R6), не требует контроллеров и датчиков оборотов.

Печатная плата

Вся схема умещается на двухсторонней печатной плате диаметром 30мм. На ней всего несколько штук переходных отверстий и ее легко можно изготовить «в домашних условиях». Ниже в статье будут файлы для скачивания файла печатной платы для SprintLaout.

Перечень компонентов

Вот полный список всего, что потребуется для сборки:

Печатная плата (ссылка на файлы для изготовления в конце статьи)
U1 — MC34063AD, импульсный стабилизатор, SOIC-8
U2 — LM358, операционный усилитель, SOIC-8
U3 — L78L09, стабилизатор, SOT-89
D1,D3 — SS14, диод Шоттки, SMA — 2шт
D2 — LL4148, диод выпрямительный, MiniMELF
C1 — конденсатор, 10мкФ, 50В, 1210
C2 — конденсатор, 3.3нФ, 1206
C3,C4 — конденсатор, 4.7мкФ, 1206 — 2шт
C5 — конденсатор, 22мкФ, 1206
R1-R3,R7,R9,R11 — резистор 1 Ом, 1206 — 6шт
R4,R10 — резистор 22кОм, 1206 — 2шт
R5 — резистор 1кОм, 1206
R6 — резистор 10-27кОм, 1206. Сопротивление зависит от номинального напряжения используемого двигателя. 12В — 10кОм, 24В — 18кОм, 27В — 22кОм, 36В — 27кОм
R8 — резистор 390 Ом, 1206
RV1,RV2 — резистор подстрочный, 15кОм, типа 3224W-1-153 — 2шт
XS1 — клемма, 2 конт, шаг 3,81мм

Сборка и настройка

Собирается все достаточно просто. Контактные площадки нарисованы под ручную пайку.
Стоит начинать сборку самой платы с установки всех компонентов на стороне платы без подстроечных резисторов, а затем на обратной стороне. Клемму проще устанавливать в последнюю очередь. Номинал R6 подбирается в соответствии с номинальным напряжением вашего двигателя. В этом устройстве важно контролировать положение ключа на микросхемах и полярность диодов. Все остальные компоненты не полярные.

Между платой и двигателем над установить проставку, чтобы плата не касалась двигателя. Сама плата надевается прямо на ламели двигателя. Несколько раз проверьте полярность подключения двигателя, чтобы он крутился в правую сторону, а затем припаяйте контакты.

Контакты для подачи напряжения, на вход платы подписаны «GND» и «+36V». Минус источника входного напряжения подключается к контакту «GND», а плюс к «+36V». Напряжение источника питания должно совпадать с номинальным напряжением двигателя.

Читать еще: Как регулировать дверки шкафов

Настройка регулятора очень проста:

Установить резистором RV2 порог срабатывания регулятора на максимум
Установить резистором RV1 оптимальные обороты двигателя в режиме холостого хода
Установить резистором RV2 такой порог срабатывания, чтобы при появлении малейшей нагрузки, увеличивалось напряжение на двигателе

Видео

Эффект от использования сложно оценить по видео, но мы теперь всегда сверлим только с регулятором! Требуется лишь немного привыкнуть и следить чтобы сверла были хорошо заточены. И, конечно, его можно в любой момент просто включить на максимум на всегда.

MC34063 Один из самых распространенных ШИМ (ЧИМ) контроллеров и небольшой экскурс в принципы работы DC-DC конвертеров.

Некоторое время назад я уже публиковал обзор, где показал как при помощи КРЕН5 сделать ШИМ стабилизатор. Тогда же я упомянул о одном из самых распространенных и наверное самых дешевых контроллеров DC-DC преобразователей. Микросхеме МС34063.
Сегодня я попробую дополнить предыдущий обзор.

Вообще, данную микросхему можно считать устаревшей, но тем не менее она пользуется заслуженной популярностью. В основном из-за низкой цены. Я их до сих пор иногда использую в своих всяких поделках.
Собственно потому я и решил прикупить себе сотню таких микрух. Обошлись они мне в 4 доллара, сейчас у того же продавца они стоят 3.7 доллара за сотню, это всего 3.7 цента за штуку.
Найти можно и дешевле, но я заказывал их в комплект к другим деталям (обзоры зарядного для литиевого аккумулятора и стабилизатор тока для фонарика). Есть еще четвертый компонент, который я заказал там же, но о нем в другой раз.

Ну я наверное уже утомил длинным вступлением, потому перейду к обзору.
Предупрежу сразу, будет много всяких фото.
Пришло это все в пакетиках, замотанное в ленту из пупырки. Такая себе кучка

Сами микросхемы аккуратно запакованы в пакетик с защелкой, на него наклеена бумажка с наименованием. Написано от руки, но проблемы распознать надпись, думаю не возникнет.

Данные микросхемы производятся разными производителями и маркируются так же по разному.
MC34063
KA34063
UCC34063
И т.д.
Как видно, меняются только первые буквы, цифры остаются неизменными, потому обычно ее называют просто 34063.
Мне достались первые, MC34063.

Фото рядом с такой же микрухой, но другого производителя.
Обозреваемая выделяется более четкой маркировкой.

Что дальше можно обозреть я не знаю, потому перейду ко второй части обзора, познавательной.
DC-DC преобразователи используются во многих местах, сейчас наверное уже тяжело встретить электронное устройство, где их нет.

Существует три основные схемы преобразования, все они описаны в даташите к 34063, а так же в дополнении по ее применению, ну и в еще одном описании.
Все описанные схемы не имеют гальванической развязки. Так же, если вы посмотрите внимательно все три схемы, то заметите, что они очень похожи и отличаются перестановкой местами трех компонентов, дросселя, диода и силового ключа.

Сначала самая распространенная.
Step-down или понижающий ШИМ преобразователь.
Применяется там, где надо понизить напряжение, причем сделать это с максимальным КПД.
Напряжение на входе всегда больше, чем на выходе, обычно минимум на 2-3 Вольта, чем больше разница, тем лучше (в разумных пределах).
При этом ток на входе меньше, чем на выходе.
Такую схемотехнику применяют часто на материнских платах, правда преобразователи там обычно многофазные и с синхронным выпрямлением, но суть остается прежней, Step-Down.

В этой схеме дроссель накапливает энергию при открытом ключе, а после закрытия ключа напряжение на дросселе (за счёт самоиндукции) заряжает выходной конденсатор

Следующая схема применяется немного реже первой.
Ее часто можно встретить в Power-bank, где из напряжения аккумулятора в 3-4.2 Вольта получается стабилизированные 5 Вольт.
При помощи такой схемы можно получить и больше, чем 5 Вольт, но надо учитывать, что чем больше разница напряжений, тем тяжелее работать преобразователю.
Так же есть одна не очень приятная особенность данного решения, выход нельзя отключить «программно». Т.е. аккумулятор всегда подключен к выходу через диод. Так же в случае КЗ ток будет ограничен только внутренним сопротивлением нагрузки и батареи.
Для защиты от этого применяют либо предохранители, либо дополнительный силовой ключ.

Так же как и в прошлый раз, при открытом силовом ключе сначала накапливается энергия в дросселе, после закрытия ключа ток на дросселе меняет свою полярность и суммируясь с напряжением батареи поступает на выход через диод.
Напряжение на выходе такой схемы не может быть ниже напряжения на входе минус падение на диоде.
Ток на входе больше чем на выходе (иногда значительно).

Третья схема применяется довольно редко, но не рассмотреть ее будет неправильно.
Это схема имеет на выходе напряжение обратной полярности, чем на входе.
Называется — инвертирующий преобразователь.
В принципе данная схема может как повышать, так и понижать напряжение относительно входного, но из-за особенностей схемотехники чаще используется только для напряжений больше или равных входному.
Преимущество данной схемотехники — возможность отключения напряжения на выходе при помощи закрытия силового ключа. Это так же умеет делать и первая схема.
Как и в предыдущих схемах, энергия накапливается в дросселе, а после закрытия силового ключа поступает в нагрузку через обратно включенный диод.

Читать еще: Как отрегулировать угол двери шкафа

Когда я задумывал данный обзор, то не знал, что лучше выбрать для примера.
Были варианты сделать понижающий преобразователь для РоЕ или повышающий для питания светодиода, но как то все это было неинтересно и совсем скучно.
Но несколько дней назад позвонил товарищ и попросил помочь ему с решением одной задачки.
Надо было получить выходное стабилизированное напряжение независимо от того, входно больше или меньше выходного.
Т.е. нужен был повышающе-понижающий преобразователь.
Топология данных преобразователей называется SEPIC (Single-ended primary-inductor converter).
Еще пара неплохих документов по данной топологии. 1, 2.
Схема данного типа преобразователей заметно сложнее и содержит дополнительный конденсатор и дроссель.

Вот по этой схеме я и решил делать
Для примера я решил делать преобразователь, способный давать стабилизированные 12 Вольт при колебаниях входного от 9 до 16 Вольт. Правда мощность преобразователя невелика, так как используется встроенный ключ микросхемы, но решение вполне работоспособно.
Если умощнить схему, поставить дополнительный полевой транзистор, дроссели на больший ток и т.д. то такая схема может помочь решить проблему питания 3,5 дюйма жесткого диска в машине.
Так же, такие преобразователи могут помочь решить проблему получения, ставшего уже популярным, напряжения 3.3 Вольт от одного литиевого аккумулятора в диапазоне 3-4.2 Вольта.

Но для начала превратим условную схему в принципиальную.

После этого превратим ее в трассировку, не будем же мы на монтажной плате все ваять.

Ну дальше я пропущу этапы, описанные в одном из моих обзоров, где я показал, как изготавливать печатную плату.
В итоге получилась небольшая платка, размеры платы 28х22.5, толщина после запайки деталей — 8мм.

Нарыл по дому всяких разных деталек.
Дроссели у меня были в одном из обзоров.
Резисторы всегда есть.
Конденсаторы частично были, а частично выпаял из разных устройств.
Керамический на 10мкФ выпаял из старого жесткого диска (еще они водятся на платах мониторов), алюминиевый SMD взял из старого CD-ROMа.

Спаял платку, получилось вроде аккуратно. Надо было сделать фото на каком нибудь спичечном коробке, но забыл. Размеры платы примерно в 2.5 раза меньше спичечного коробка.

Плата поближе, старался компоновать плату поплотнее, свободного месте не очень много.
Резистор 0.25 Ома образован четырьма по 1 Ом параллельно в 2 этажа.

Ну а дальше результаты проверки.
Фотографий много, потому убрал под спойлер
Проверял в четырех диапазонах, но случайно получилось в пяти, не стал этому противиться, а просто сделал еще одно фото.
У меня не было резистора на 13КОм, пришлось впаять на 12, поэтому на выходе напряжение несколько занижено.
Но так как плату я делал просто для проверки микросхемы (т.е. сама по себе эта плата больше для меня никакой ценности не несет) и написания обзора, то не стал заморачиваться.
В качестве нагрузки была лампа накаливания, ток нагрузки около 225мА

На входе 9 Вольт, на выходе 11.45

На входе 11 Вольт, на выходе 11.44.

На входе 13 вольт, на выходе все те же 11.44

На входе 15 Вольт, на выходе опять 11.44.

После этого думал закончить, но так как в схеме указал диапазон до 16 Вольт, то и проверить решил на 16.
На входе 16.28, на выходе 11.44

Так как я разжился цифровым осциллографом, то решил снять осциллограммы.
Я их так же спрятал под спойлер, так как их довольно много
Я сделал осциллограммы на выходе микросхемы и на выходе БП.
В щупе был включен делитель сигнала на 10.

15 Вольт. Здесь я изменил время развертки, так как не получалось впихнуть весь период в одно окно.

Это конечно игрушка, мощность преобразователя смешная, хотя и полезная.
Но товарищу я подобрал несколько более мощный вариант на Алиэксрессе.
Возможно кому то будет и полезно.

Файл печатной платы, схема, даташит. — ссылка.

В общем вот такой получился спонтанный микрообзор микросхемы.

Резюме.
Микросхемы вполне годные, меня устроили, особенно по этой цене.

Надеюсь, что обзор будет полезен. Если есть идеи по доработке, буду рад выслушать.
Наверняка где нибудь накосячил, так как писал без шпаргалок, потому если заметили ошибки, сильно не ругайте.

Хинт по 34063
Многие знают, что так как эта микросхема не является полноценным ШИМ контроллером, а скорее ЧИМ, т.е. у нее частота имеет свойство «плавать» в зависимости от напряжения и нагрузки.
Из-за этого дроссель может неприятно «жужжать».
Избавиться от этого эффекта поможет резистор номиналом 300-680к, подключенный между выводом подключения времязадающего конденсатора и выходом на точку соединения дросселя, диода и силового ключа микросхемы (для схемы Step-Down).
На других топологиях не проверял, но думаю, что тоже поможет.

Вместо котика
А вот так выглядит кристалл 34063 при более детальном рассмотрении в электронный микроскоп.
Но так как микроскоп я еще не купил, то фото из инета.

0 0 голоса

Рейтинг статьи