Obecnie przetwornice impulsowe stosowane są prawie wszędzie i bardzo często zastępują klasyczne stabilizatory liniowe, na których przy dużych prądach wydziela się znaczna moc strat. Opisywany tutaj układ jest prostą przetwornicą Step-Down obniżającą napięcie 12V na 5V opartą o popularny i tani układ MC34063. Urządzenie przystosowane jest do pracy z samochodową instalacją 12V i może być używane do ładowania/zasilania GPS'a bądź telefonów wyposażonych w gniazdo USB. W stanie spoczynku układ jest całkowicie odłączony od zasilania a podczas normalnej pracy wyłącza się natychmiast po zaniku prądu pobieranego z jego wyjścia (np odpięcie wtyczki USB). Uruchomienie układu następuje poprzez przycisk chwilowy i jeśli na wyjście nie został uprzednio podłączony odbiornik to przetwornica sama się wyłączy.
Działanie:
Na wstępie warto przybliżyć sam układ MC34063, który jest monolitycznym układem kontrolera, zawierającym najważniejsze podzespoły potrzebne do budowy przetwornic DC-DC. Układ zawiera wewnętrzne, kompensowane termicznie, źródło napięcia referencyjnego, komparator i oscylator o regulowanym wypełnieniu. Ponadto MC34063 zawiera obwody ograniczenia prądowego oraz wewnętrzny klucz mogący pracować z prądami do 1.5A. Do wykonania przetwornicy wymagany jest jedynie dławik, dioda i kilka rezystorów i kondensatorów.
Na rysunku 1 przedstawiony jest kompletny schemat ideowy przetwornicy.
Rysunek 1: Schemat Ideowy
Sercem układu jest wspomniany już wcześniej układ U2 (MC34063) oraz dławik L1 (100uH/1,2A) i dioda D1 (1N5819). Dioda pełni tutaj bardzo ważną rolę gdyż dzięki niej możliwe jest zamknięcie obwodu dla prądu dławika L1 powstałego po odłączeniu wewnętrznego klucza wyjściowego w układzie U2. Kondensator C3 (470pF) ustala częstotliwość pracy wewnętrznego oscylatora U2 i dla pojemności 470pF będzie to około 50kHz.
Rezystor R5 (0,33R/1W) odpowiada za ograniczenie prądowe przetwornicy i przez niego przepływa cały prąd trafiający dalej na dławik L1. Ograniczenie prądowe ustawione jest na około 1.1A i taki prąd powinien popłynąć w przypadku zwarcia. Kondensator C1 (100uF/25V) filtruje napięcie zasilania. Filtr wyjściowy stanowi kondensator C4 (470uF/25V), a dioda zenera D3 (BZX85-C5V1) o mocy 1.3W może zabezpieczyć układ przed ewentualnym chwilowym wzrostem napięcia zasilania.
Bardzo ważnym elementem jest dzielnik napięcia R3 (1,2k), R7 (3,6k) gdyż odpowiada za wartość napięcia wyjściowego. Stopień podziału jest tak dobrany aby przy napięciu wyjściowym 5V na wejściu komparatora układu U2 panowało napięcie 1.25V równe jego wewnętrznej referencji. Wewnętrzny komparator układu MC34063 tak steruje wypełnieniem przebiegu kluczującym tranzystor wejściowy aby napięcie na wyjściu osiągnęło odpowiednią wartość wynikającą z dzielnika. Wypełnienie zmienia się także przy zmianach prądu pobieranego przez odbiornik dołączony do wyjścia przetwornicy.
Dużą zaletą opisywanego układu jest możliwość automatycznego wyłączenia zasilania po zaniku prądu pobieranego z przetwornicy. Odpowiada za to tranzystor T1 (BD912) oraz rezystory R1 (10k) i R2 (1k). W stanie wyłączenia rezystor R1 zapewnia poprawne odcięcie tranzystora T1. Uruchomienie układu odbywa się poprzez chwilowe zwarcie przycisku SW1 (SW_PUSH). Przetwornica zostaje uruchomiona a tranzystor T2 (2N7000) podtrzymuje dalej stan niski na bazie T1. Rezystor R2 ogranicza tutaj prąd bazy tranzystora T1. Do kontroli prądu pobieranego z obciążenia wykorzystywany jest wzmacniacz operacyjny U1 (LM358), z którego wykorzystywana jest tylko jedna połówka. Pracuje on w konfiguracji nieodwracającej ze wzmocnieniem równym 1000, ustalonym przez rezystory R8 (100k) i R9 (100R). Kondensator C2 (100nF) filtruje napięcie zasilania wzmacniacza. Do sterowania tranzystorem T2 wykorzystywany jest dzielnik napięcia R4 (10k), R6 (10k), stanowiący podział napięcia wyjściowego wzmacniacza przez 2.
Niewielki spadek napięcia na rezystorze pomiarowym R11 (0,22R/1W) rzędu 5-6mV spowoduje już wysterowanie tranzystora T2 i podtrzymanie pracy przetwornicy. Zatem do podtrzymania działania przetwornicy wystarczy pobór prądu rzędu 25-30mA.
Dioda D2 (LED) pełni rolę kontrolki zasilania a jej prąd ograniczony jest przez rezystor R10 (510R).
Budowa:
Płytka drukowana dostępna tutaj (warstwa od strony druku) może z powodzeniem zostać wykorzystana do zbudowania układu. Do ręcznego rysowania płytki markerem można wykorzystać rysunek dostępny tutaj. Rysunek dostępny tutaj z pewnością przyda się podczas lutowania płytki od strony elementów (od góry).
Montaż przetwornicy nie jest skomplikowany, całość zmieściła się na jednostronnej płytce drukowanej. Na płytce nie ma żadnej zworki, a elementy przewlekane zastosowane w projekcie pozwolą na wykonanie tego układu nawet przez osoby mniej doświadczone. Lutowanie należy rozpocząć od elementów najmniejszych - rezystorów, potem diody, tranzystory, a kończąc na kondensatorach i złączach. Pod układy scalone nie należy stosować podstawek jeśli układ ma pracować w samochodzie, zgodnie z pierwotnym założeniem. Zamiast przycisku S1 dobrze jest wlutować gniazd NS25-W2 (goldpin z prowadzeniem) podobnie jak pod złącze wejściowe GP1 (NS25-W2) i złącze wyjściowe GP2 (NS25-W2). Ułatwi to montaż urządzenia w samochodzie. Gdyby układ miał pracować ciągle w trudnych warunkach, bez przepływu powietrze to warto przykręcić niewielki radiator (kawałek blaszki) do tranzystora T1. Test pracy układu przy prądzie wyjściowym 500mA nie wykazał konieczności stosowania radiatora w warunkach domowych.
Jak już wcześniej wspomniano układ posiada funkcję automatycznego wyłączania. Można jednak w bardzo prosty sposób z niej zrezygnować, gdyby okazała się niepotrzebna w konkretnym zastosowaniu. Rezystor R11 należy wtedy zastąpić zworką, a wzmacniacz operacyjny U1 i elementy z nim współpracujące nie będą potrzebne. Nie należy tez montować tranzystora T2. Zamiast przycisku chwilowego można zastosować dowolny przełącznik małej mocy, co pozwoli wygodnie włączyć przetwornicę. W przypadku gdy układ ma pracować w trybie ciągłym, nie należy montować także tranzystora T1, a jedynie połączyć jego emiter z kolektorem za pomocą zworki.
Obecnie przetwornice impulsowe stosowane są prawie wszędzie i bardzo często zastępują klasyczne stabilizatory liniowe, na których przy dużych prądach wydziela się znaczna moc strat. Opisywany tutaj układ jest prostą przetwornicą Step-Down obniżającą napięcie 12V na 5V opartą o popularny i tani układ MC34063. Urządzenie przystosowane jest do pracy z samochodową instalacją 12V i może być używane do ładowania/zasilania GPS'a bądź telefonów wyposażonych w gniazdo USB. W stanie spoczynku układ jest całkowicie odłączony od zasilania a podczas normalnej pracy wyłącza się natychmiast po zaniku prądu pobieranego z jego wyjścia (np odpięcie wtyczki USB). Uruchomienie układu następuje poprzez przycisk chwilowy i jeśli na wyjście nie został uprzednio podłączony odbiornik to przetwornica sama się wyłączy.
