USB-зарядка на микросхеме MC33063A

Если в вашем распоряжении имеется относительно низковольтный источник напряжения постоянного тока, например аккумуляторная батарея, но по каким-то причинам вы не можете воспользоваться зарядным устройством с питанием от сети 220 В/50 Гц, то для стационарного питания мобильных устройств и пополнения заряда их встроенных литиевых аккумуляторных батарей можно воспользоваться несложным зарядным устройством.

Стабилизатор напряжения +5 В постоянного тока построен на известной интегральной микросхеме MC33063AVP. Функциональный состав этой микросхемы показан на рис.1.

Использованная в конструкции ИМС выполнена в корпусе DIP-8, более эффективно отводящем тепло, чем вариант исполнения этой микросхемы в корпусе SO-8, который предназначен для поверхностного монтажа. Микросхема работоспособна при входном напряжении до 40 В. Максимальный импульсный ток составного выходного интегрального транзистора до 1,5 А.

Принципиальная схема устройства показана на рис.2. Напряжение питания 9…24 В через фильтр C1L1C2, полимерный самовосстанавливающийся предохранитель FU1 и защитный диод Шоттки VD1 поступает на вход микросхемы импульсного стабилизатора напряжения DA1. Конденсаторы С4-С6 сглаживают пульсации входного напряжения.

Конденсатор С7 определяет рабочую частоту преобразователя напряжения, которая в этом устройстве составляет 30…80 кГц, в зависимости от входного напряжения питания и потребляемого подключенной нагрузкой тока. Дроссель L2 накопительный.

Конденсаторы С8-С11 и дроссель L3 сглаживают пульсации выходного напряжения, размах амплитуды которых при максимальном токе нагрузки не превышает 5 мВ на рабочей частоте преобразования. Выходное напряжение определяется соотношением сопротивлений резисторов R2 и R3. Чем больше сопротивление R3, тем будет выше выходное напряжение.

Стабилитроны VD3-VD5 с напряжением стабилизации 5,6 В защищают нагрузку от повреждения высоким выходным напряжением при неисправности ИМС DA1. В случае если составной ключевой транзистор микросхемы будет пробит, выходное напряжение стабилизатора будет стремиться достигнуть по величине входного напряжения, стабилитроны VD3-VD5 откроются и ограничат выходное напряжение на уровне рабочего напряжения стабилитронов.

Ток через эти стабилитроны резко возрастёт, также возрастёт ток и через самовосстанавливающийся предохранитель FU1, предохранитель быстро разогреется и перейдёт в состояние высокого сопротивления, протекающий через него, стабилитроны и нагрузку ток резко снизится. Сверхьяркий светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного напряжения.

Самовосстанавливающийся предохранитель необходим также и для защиты исправной микросхемы от перегрузки, поскольку при некоторых сочетаниях тока нагрузки и входного напряжения стабилизатора встроенная в микросхему защита может оказаться неэффективной.

При входном напряжении импульсного стабилизатора 12 В и потребляемом нагрузкой токе 0,5 А, потребляемый стабилизатором ток составит около 280 мА. Таким образом, КПД преобразователя напряжения составит около 60%. Если бы на месте импульсного стабилизатора был линейный стабилизатор напряжения, то при таких же условиях его КПД оказался бы не более 41%.

Причём с ростом входного напряжения разрыв в КПД между импульсным и линейным стабилизатором будет увеличиваться. Микросхемы серии МС33063 при работе в качестве понижающих преобразователей напряжения не являются лидерами по КПД, одна из причин этого – составной транзистор Дарлингтона в качестве силового ключа. Тем не менее, они дёшевы, компактны, благодаря чему, например, импульсные стабилизаторы на микросхемах серий МС33063 и МС34063 можно встретить в многофункциональных телефонных модемах Zyxel серии Omni 56К, планшетных сканерах Genius ColorPage и др. устройствах.

Конструкция и детали

Вид на монтажную плату устройства показан на фото 1. Монтаж двусторонний навесной. Интегральную микросхему MC33063AVP можно заменить МС34063АР, МС34063АР1, МС33063АР1, КА34063А, IP33063N, IP34063N. Микросхема MC33063AVP отличается от остальных значительно большей термостойкостью – 125°С вместо 70…85″С у остальных.

Для повышения надёжности работы микросхемы к её корпусу необходимо приклеить латунный или медный теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 6… 10 см2 (одна сторона). Приклеить теплоотвод можно с помощью теплопроводящего клея «Алсил», «Радиал», моментальным клеем «Секунда» или аналогичным, способным склеивать металлы, например, БФ.

Диоды с барьером Шоттки 1 N5819 можно заменить на MBRS140T3, MBR150, MBR160, BW10-40. Вместо стабилитронов 1N4734A подойдут BZV55C-5V6, TZMC-5V6. На время проверки работоспособности устройства и его настройки стабилитроны отключают.

Светодиод RL30-CD744D можно заменить любым аналогичным сверхьярким синего или белого свечения. Подойдут и другие светодиоды общего применения.

Конденсаторы С1-СЗ керамические или плёночные на рабочее напряжение не ниже 35 В. Конденсаторы С4, С6 керамические или танталовые (SMD) на рабочее напряжение не менее 25 В. Конденсатор С7 плёночный или керамический. Конденсаторы С8, СЮ танталовые. Конденсатор С11 керамический. Конденсаторы С5, С9 оксидные алюминиевые.

Резистор R1 типа МЛТ, С1 -4, С2-23 или импортный аналог. Остальные резисторы применены малогабаритные для поверхностного монтажа (SMD).

Все дроссели могут быть изготовлены на кольцах из низкочастотного феррита НМ2000 размерами 10x6x5 мм. Дроссель L1 содержит один виток сложенного вдвое многожильного монтажного провода. Дроссель L2 состоит из двух таких колец, склеенных вместе. Он имеет 15 витков литцендра-таПЭВ-1 11×0,13. При наличии достаточного свободного места в корпусе, желательно для этого дросселя применить три склеенных вместе таких кольца. Дроссель L3 содержит 10 витков такого же или одножильного провода ПЭВ-2 0,68.

Полимерный самовосстанавливающийся предохранитель можно заменить на MF-R030, LP60-030.

Устройство в сборе показано на фото. Корпус изготовлен из телефонной розетки 2xRJ11 размерами 58x42x21 мм. В корпусе закреплены: входное гнездо питания XS1 с припаянным к его выводам конденсатором С1; USB-гнез-до XS2 и светодиод HL1. Безошибочно собранный из исправных деталей стабилизатор начинает работать сразу.

При необходимости,подбором сопротивления резистора R3 можно изменить выходное напряжение. Нежелательно увеличивать его более 5,3 В. При настройке стабилизатора на питание нагрузки напряжением +5 В, рекомендуется устанавливать выходное напряжение в пределах  5,05…5,1 В, чтобы компенсировать падение напряжения в соединительных проводах.

Благодаря наличию диода VD1, этот стабилизатор можно подключать к сетевым адаптерам с выходным напряжением переменного тока частотой 50 Гц. Подойдут адаптеры питания с напряжением на вторичной обмотке силового трансформатора 11… 16 В.

Источник: Радиоаматор №4 2014     Автор:  Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.

Основные технические характеристики MC34063

• Широкий диапазон значений входных напряжений: от 3 В до 40 В;
• Высокий выходной импульсный ток: до 1,5 А;
• Регулируемое выходное напряжение;
• Частота преобразователя до 100 кГц;
• Точность внутреннего источника опорного напряжения: 2%;
• Ограничение тока короткого замыкания;
• Низкое потребление в спящем режиме.

1. Источник опорного напряжения 1,25 В;
2. Компаратор, сравнивающий опорное напряжение и входной сигнал с входа 5;
3. Генератор импульсов сбрасывающий RS-триггер;
4. Элемент И объединяющий сигналы с компаратора и генератора;
5. RS-триггер устраняющий высокочастотные переключения выходных транзисторов;
6. Транзистор драйвера VT2, в схеме эмиттерного повторителя, для усиления тока;
7. Выходной транзистор VT1, обеспечивает ток до 1,5А.

Генератор импульсов постоянно сбрасывает RS-триггер, если напряжение на входе микросхемы 5 – низкое, то компаратор выдает сигнал на вход S сигнал устанавливающий триггер и соответственно включающий транзисторы VT2 и VT1. Чем быстрее придет сигнал на вход S тем больше времени транзистор будет находиться в открытом состоянии и тем больше энергии будет передано со входа на выход микросхемы. А если напряжение на входе 5 поднять выше 1,25 В, то триггер вообще не будет устанавливаться. И энергия не будет передаваться на выход микросхемы.

Производители этой микросхемы (например Texas Instruments) в своих datasheets пишут, что её работа основана на широтно-импульсной модуляции (PWM). Даже если и можно назвать то, что делает MC34063 ШИМом, то очень уж примитивным.

• Самый главный недостаток MC34063 – отсутствие встроенного усилителя ошибки. Поэтому пульсации выходного напряжения получаются достаточно большими. И не просто так в рекомендациях по применению предлагается на выход преобразователя устанавливать дополнительный LC-фильтр.
• Второй недостаток – не простое подключение внешнего МДП транзистора.

Мое же мнение, что если требуется низкий уровень пульсаций, либо большая мощность преобразователя, то лучше использовать другие микросхемы – с внутренним усилителем ошибки и с драйвером работающим с полевыми транзисторами.

MC34063 для нетребовательных к пульсациям и мощности применений!

MC34063 повышающий преобразователь

• 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.

В данной схеме ограничение входного тока задается резистором R1, выходное напряжение определяется соотношением резистором R4 и R3.

Понижающий преобразователь на МС34063

• 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.

Данный преобразователь можно использовать для питания USB устройств. Кстати можно повысить ток отдаваемый в нагрузку, для этого потребуется увеличить емкости конденсаторов C1 и C3, уменьшить индуктивность L1 и сопротивление R1.

МС34063 схема инвертирующего преобразователя

• 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.

Обратите внимание, что в данной схеме сумма входного и выходного напряжения не должна превышать 40 В.

Аналоги микросхемы MC34063

Если MC34063 предназначена для коммерческого применении и имеет диапазон рабочих температур 0 .. 70°C, то её полный аналог MC33063 может работать в коммерческом диапазоне -40 .. 85°C. Несколько производителей выпускают MC34063, другие производители микросхем выпускают полные аналоги: AP34063, KS34063. Даже отечественная промышленность выпускала полный аналог К1156ЕУ5, и хотя эту микросхему купить сейчас большая проблема, но вот можно найти много схем методик расчетов именно на К1156ЕУ5, которые применимы к MC34063.

Если необходимо разработать новое устройство и какжется MC34063 подходит как нельзя лучше, то соит обратить внимание на более современные аналоги, например: NCP3063.

Предлагаемое устройство предназначено для подключения в качестве дополнительного модуля к любому источнику с выходным напряжением 9…24 В постоянного тока и обеспечивает выходное постоянное напряжение 5 В при токе нагрузки до 0,5 А. Его удобно использовать в автомобиле, автобусе, яхте, катере или любом ином транспортном средстве с бортовой сетью 12 или 24 В.

Если в вашем распоряжении имеется относительно низковольтный источник напряжения постоянного тока, например аккумуляторная батарея, но по каким-то причинам вы не можете воспользоваться зарядным устройством с питанием от сети 220 В/50

Гц, то для стационарного питания мобильных устройств и пополнения заряда их встроенных литиевых аккумуляторных батарей можно воспользоваться несложным зарядным устройством.

Стабилизатор напряжения +5 В постоянного тока построен на известной интегральной микросхеме MC33063AVP. Функциональный состав этой микросхемы показан на рис.1. Использованная в конструкции ИМС выполнена в корпусе DIP-8, более эффективно отводящем тепло, чем вариант исполнения этой микросхемы в корпусе SO-8, который предназначен для поверхностного монтажа. Микросхема работоспособна при входном напряжении до 40 В. Максимальный импульсный ток составного выходного интегрального транзистора до 1,5 А.

Принципиальная схема устройства показана на рис.2. Напряжение питания 9…24 В через фильтр C1L1C2, полимерный самовосстанавливающийся предохранитель FU1 и защитный диод Шоттки VD1 поступает на вход микросхемы импульсного стабилизатора напряжения DA1. Конденсаторы C4-C6 сглаживают пульсации входного напряжения. Конденсатор C7 определяет рабочую частоту преобразователя напряжения, которая в этом устройстве составляет 30…80 кГц, в зависимости от входного напряжения питания и потребляемого подключенной нагрузке тока. Дроссель L2 накопительный.

Конденсаторы C8-C11 и дроссель L3 сглаживают пульсации выходного напряжения, размах амплитуды которых при максимальном токе нагрузки не превышает 5 мВ на рабочей частоте преобразования. Выходное напряжение определяется соотношением сопротивлений резисторов R2 и R3. Чем больше сопротивление R3, тем будет выше выходное напряжение.

Стабилитроны VD3-VD5 cнапряжением стабилизации 5,6 В защищают нагрузку от повреждения высоким выходным напряжением при неисправности ИМС DA1. В случае если составной ключевой транзистор микросхемы будет пробит, выходное напряжения, стабилитроны VD3-VD5 откроются и ограничат выходное напряжение на

уровне рабочего напряжения стабилитронов. Ток через эти стабилитроны резко возрастёт, также возрастёт ток и через самовосстанавливающийся предохранитель FU1, предохранитель быстро разогреется и перейдёт в состояние высокого сопротивления, протекающий через него, стабилитроны и нагрузку ток резко снизится. Сверхьяркий светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного напряжения. Самовосстанавливающийся предохранитель необходим также и для защиты исправной микросхемы от перегрузки, поскольку при некоторых сочетаниях тока нагрузки и входного напряжения стабилизатора встроенная в микросхему защита может оказаться неэффективной.

При входном напряжении импульсного стабилизатора 12 В и потребляемом нагрузкой токе 0,5 А, потребляемый стабилизатором ток составит около 280 мА. Таким образом, КПД преобразователя напряжения составит около 60%. Если бы на месте импульсного стабилизатора был линейный стабилизатор напряжения, то при таких же условиях его КПД оказался бы не более 41%. Причём с ростом входного напряжения разрыв в КПД между импульсным и линейным стабилизатором будет увеличиваться. Микросхемы серии MC33063 при работе в качестве понижающих преобразователей напряжения не являются лидерами по КПД, одна из причин этого – составной транзистор Дарлингтона в качестве силового ключа. Тем не менее, они дёшевы, компактны, благодаря чему, например, импульсные стабилизаторы на микросхемах серий MC33063 и MC34063 можно встретить в многофункциональных телефонных модемах Zyxel серии Omni 56K, планшетных сканерах GeniusColorPageи др. устройствах.

Конструкция и детали

Вид на монтажную плату устройства показан на фото 1. Монтаж двусторонний навесной. Интегральную микросхему MC33063AVP можно заменить MC34063AP, MC34063AP1, MC33063AP1, KA34063A, IP33063N, IP34063N. Микросхема MC33063AVP отличается от остальных значительно большей термостойкостью – 125С вместо 70…85С у остальных.

Для повышения надёжности работы микросхемы к её корпусу необходимо приклеить латунный или медный теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 6…10см2 (одна сторона). Приклеить теплоотвод можно с помощью теплопроводящего клея «Алсил», «Радиал», моментальным клеем «Секунда» или аналогичным, способным склеивать металлы, например, БФ.

Диоды с барьером Шоттки 1N5819 можно заменить на MBRS14T3, MBR150, MBR160, BYV10-40. Вместо стабилитронов 1N4734A подойдут BZV55C5V6, TZMC-5V6. На время проверки работоспособности устройства и его настройки стабилитроны отключают.

Светодиод RL30-CD744Dможно заменить любым аналогичным сверхьярким синего или белого свечения. Подойдут и другие светодиоды общего применения.

Конденсаторы C1-C3 керамические или плёночные на рабочее напряжение не ниже 35 В. Конденсаторы C4, C6 керамические или танталовые (SMD) на рабочее напряжение не менее 25 В. Конденсатор C7 плёночный или керамический. Конденсаторы C8, C10 танталовые. Конденсатор C11 керамический. Конденсаторы C5, C9 оксидные алюминиевые.

Резистор R1 типа МЛТ, C1-4, C2-23 или импортный аналог. Остальные резисторы применены малогабаритные для поверхностного монтажа (SMD).

Все дроссели могут быть изготовлены на кольцах из низкочастотного феррита HM2000 размерами 10х6х5 мм. Дроссель L1 содержит один виток сложенного вдвое многожильного монтажного провода. Дроссель L2 состоит из двух таких колец, склеенных вместе. Он имеет 15 витков литцендрата ПЭВ-1 11х0,13. При наличии достаточного свободного места в корпусе, желательно для этого дросселя применить три склеенных вместе таких кольца. Дроссель L3 содержит 10 витков такого же или одножильного провода ПЭВ-2 0,68.

Полномерный самовосстанавливающийся предохранитель можно заменить на MF-R030, LP60-030. Устройство в сборе показано на фото в начале статьи. Корпус изготовлен из телефонной розетки 2хRJ11 размерами 58х42х21 мм. В корпусе

закреплены: входное гнездо питания XS1 с припаянным к его выводам конденсатором C1; USB-гнездо XS2 и светодиод HL1. Безошибочно собранный из исправных деталей стабилизатор начинает работать сразу. При необходимости, подбором сопротивления резистора R3 можно изменить выходное напряжение. Нежелательно увеличивать его более 5,3 В. При настройке стабилизатора на питание нагрузки напряжением +5 В, рекомендуется устанавливать выходное напряжение в пределах 5,05…5,1 В, чтобы компенсировать падение напряжения в соединительных проводах. Благодаря наличию диода VD1, этот стабилизатор можно подключать к сетевым адаптерам с выходным напряжением переменного тока частотой 50 Гц. Подойдут адаптеры питания с напряжением на вторичной обмотке силового трансформатора 11…16 В.

Литература

1. Бутов А.Л. Зарядно-питающее устройство на ИМС L4960//Электрик. – 2010. — №7-8. –     C.56-58.
2.  Бутов А.Л. Импульсный стабилизатор для сетевого адаптера//Электрик. – 2010. — №1-2. –C.60-61.

Автор:Андрей Бутов, с. Курба, Ярославская обл.

Источник: Радиоаматор №4, 2014

Используемые источники:

• https://xn—-7sbbil6bsrpx.xn--p1ai/usb-zaryadka-na-mikrosxeme-ms33063a.html
• http://hardelectronics.ru/mc34063.html
• https://meandr.org/archives/19698