Собрал недавно один цифровой прибор на микроконтроллере, и встал вопрос о его питании в походных условиях, ему надо напряжение 12 вольт, а ток примерно 50 мА. Тем более, он очень чувствителен к пульсации напряжения и из нескольких импульсных блоков питания, от какой-то аппаратуры он работать не захотел. Поискав в интернете, нашел один из самых оптимальных и дешевых вариантов: повышающий преобразователь DC-DC на микросхеме MC34063 . Для расчёта можно использовать программу - калькулятор. Вставил параметры которые нужны (он может работать как повышающий и понижающий) и получил вот такой результат:

Напряжение питания микросхемы не должно превышать 40 вольт, а ток не более 1.5 А. Печатные платы есть в сети и под smd детали, но у меня их нет в наличии, поэтому решил делать свою. Обратите внимание, что там нарисованы два сопротивления по 0.2 Ом. У меня был только 5-ти ваттный, поэтому и делал под него, но если бы нашел по меньше впаял бы в другое место, а лишнее отрезал.

Вместо сопротивления на R1- 1.5 кОм, поставил подстроечный на 5 кОм, чтобы регулировать выходное напряжение. Кстати, регулирует в довольно приличных пределах от 7 до 16, можно и больше но конденсатор выходной стоит на 16 вольт, поэтому дальше не поднимал.

А теперь коротко работе преобразователя. Подал 3 вольта, отрегулировал (R1) выход 12 вольт - и это напряжение он держит при снижении питания до 2.5 вольта, и поднятии до 11 вольт!

Сегодня в обзоре знаменитый DC-DC повышающий преобразователь напряжения на базе микросхемы MT3608. Плата популярна среди любителей создавать что-то своими руками. Применяется в частности для построения самодельных внешних зарядных устройств (power bank).

Сегодня мы проведем очень детальный обзор, изучим все достоинства и выясним недостатки

Стоит такая плата всего 0,5$, зная, что в ходе обзора предстоят жесткие тесты, которые могут обернуться выходном из строя плат, я купил сразу несколько штук.

Плата весьма неплохого качества, монтаж двухсторонний, если быть точнее почти вся обратная сторона - масса, одновременно играет роль теплоотвода. Габаритные размеры 36 мм * 17 мм * 14 мм

Производитель указывает следующие параметры

1). Максимальный выходной ток - 2А
2). Входное напряжение: 2 В ~ 24 В
3). Максимальное выходное напряжение: 28 В
4). Эффективность: ≤93%
Размер продукта: 36 мм * 17 мм * 14 мм

А схема представлена ниже.

На плате имеется подстроечный многооборотный резистор с сопротивлением 100кОм, предназначен для регулировки выходного напряжения. Изначально, для работы конвертора нужно покрутить переменник 10 шагов против часовой стрелки, лишь после этого схема начнет повышать напряжение, иными словами - до половины переменник крутится вхолостую.

На плате подписан вход и выход, поэтому проблем с подключением не возникнет.
Перейдем непосредственно к тестам.

1) Заявленное максимальное напряжение 28 Вольт, что соответствует реальному значению

2) Минимальное напряжение, при котором плата начинает работу - 2 Вольт, скажу, что это не совсем так, плата сохраняет работоспособность при таком напряжении, но начинает работу от 2,3-2,5 Вольт

3) Максимальное значение входного напряжения составляет 24 Вольт, скажу, что одна из 8 и купленных плат у меня не выдержила такое напряжение на входе, остальные сдали экзамен на отлично.

4) Режим короткого замыкания на выходе. Лабораторный блок питания, от которого питается источник, снабжен системой ограничения по току, при КЗ на выходе потребление с лабораторного БП составляет 5 А (это максимум, что может дать ЛБП). Исходя из этого делаем вывод, что если подключить инвертор например к аккумулятору, то при коротком замыкании последний моментально сгорит - защит от КЗ не имеет. Не имеется также зашита от перегрузки.

6) Что будет, если перепутать полярность подключения. Этот тест хорошо виден в ролике, плата попросту сгорает с дымом, притом сгорает именно микросхема.

7) Ток холостого хода всего 6мА, очень неплохой результат.

8) Теперь выходной ток. На вход подается напряжение 12 Вольт, на выходе 14, т.е разница вход-выход всего 2 Вольт, обеспечены наилучшие условия работы и если с таким раскладом схема не выдаст 2 Ампер, значит при других значениях вход-выход она этого обеспечить не может.

Температурные тесты

P.S. в ходе тестов дроссель начал попахивать лаком и в связи с этим он был заменен на более хороший, по крайней мере диаметр провода нового дросселя раза в 2 толще, чем у родного.

В случае этих тестов на вход платы подается напряжение 12 Вольт, на выходе выставлено 14

Тепловыделение на дросселе, дроссель уже заменен

Тепловыделение на диоде

Тепловыделение на микросхеме

Как видим температура в некоторых случаях выше 100 гр, но стабильна.

Нужно также указать, что в таких условиях работы выходные параметры значительно ухудшаются, что и стоило ожидать.

Как видим при выходном токе 2А, напряжение просаживается, поэтому рекомендую эксплоатировать платку при токах 1-1,2Ампер максимум, при больших значениях теряется стабильность выходного напряжения, а также перегревается микросхема, дроссель и выходной выпрямительный диод.

9) Осциллограмма выходного напряжения, где наблюдаем пульсации. 

Ситуация исправиться если параллельно выходу запаять электролит (35-50Вольт), емкость от 47 до 220мкФ.(можно до 470, больше уже нет смысла)

Рабочая частота генератора около 1,5МГц

Погрешность тестов не более 5%

В основном, питание различных устройств и приборов осуществляется линейным стабилизатором. Это обусловлено привычкой и простотой схемы. Но при таком способе существует один серьезный недостаток нагрев и как следствие более высокое энергопотреблении. Хорошим выходом из данной ситуации является использование достаточно распространенных сегодня специализированных микросхем который осуществляют преобразование номинала постоянного напряжения в обоих направлениях.

Резисторы R3, R2 являются классическим делителем, с них поступает на пятый вывод обратной связи преобразователя .

Работа схемы: Для установки нужного нам значения в вольтах на выходе микросхемы mc34063 достаточно выбрать нужные номиналы сопротивлений R3, R2. Их значения можно рассчитать с помощью специальной программы расчетки для mc34063, архив с которой вы можете скачать по ссылке чуть выше. Сопротивление R1 ограничивает ток на выходе микросхемы и предохраняет ее от короткого замыкания.

В радиолюбительской практике возникают случаи, когда для питания самоделки необходимо напряжение 3.3 В, но под рукой имеется только типа АА или ААА на 1.2 - 1.5 В. Тогда на помощь приходят микросборки повышающих преобразователей dc dc

MCP1640 имеет отличный КПД до 96%, поддерживает входной уровень от 0.35 Вольт и более. Выходное регулируется в диапазоне от 2.0 В до 5.5 В. На схеме номиналы радиокомпонентов подобраны, для получения 3.3 В от типовой пальчиковой батарейки. Вывод VFB применяется для регулировки с помощью резистивного делителя. Номинальное напряжение обратной связи в этом DC DC преобразователе составляет 1.21 В при регулировки выходного. Максимальный выходной ток - 150 мА.

КПД этой микросборки 92%. Начальное напряжение - 0.85 В, а выходное лежит в интервале от 2.5 В до 5 В и настраивается с помощью формулы:

V OUT = 1.23V ×

Вывод микросборки LTC3400 SHDN нужно соединить с V in через подтягивающее сопротивление номиналом 1 МОм. Максимальный ток, который можно получить на выходе, составляет 100 мА. Таким образом LTC3400 или MCP1640 в схеме DC DC преобразователя идеально подойдут для ваших микроконтроллерных самоделок, где питание реализовано от типовых батареек.

Схема очень похожа, но есть незначительные отличия.

Номиналы для схемы DC-DC повышающего преобразователя соответствуют выходному "U" в 12 вольт, если требуется другой номинал используйте туже программу расчетку, что и к схеме выше.

на специализированных интегральных микросхемах смотри здесь.

Стандартная схема двухтактного импульсного DC-DC на микросхеме TL494, работает с частотой 112 кГц. На выходе схемы стоят высоковольтные выпрямительные диоды удваивающие вольты. В схеме в качестве Т1 применяется готовый высокочастотный трансформатор марки EL33-ASH из блока питания сгоревшего принтера . Измерив сопротивления обмоток выяснилось, что соотношение их (I к II) - 1:20.

Защиту схемы от перегрузки и обратного включения питания можно сделать через предохранитель и диод, подсоединенные в прямом направлении на входе.

Работа схемы: стабильность выходного уровня такова, что при колебании тока нагрузки от 0 до 200 мкА изменение выходного "U" невозможно обнаружить по четырехзначному цифровому вольтметру, т.е. оно не превышает 0,1 %. Схема DC DC преобразователя собрано по традиционному варианту с использованием обратного выброса "U" самоиндукции. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, подает на первичную обмотку трансформатора Т1 напряжение источника питания на время, равное 10...16 мкс. В момент закрывания транзистора энергия, накопленная в магнитопроводе трансформатора, преобразуется в импульс амплитудой около 250 В на вторичной обмотке (около 40 В на первичной).

Иногда возникает необходимость получить большое напряжение, обладая только питающим элементом на 1,5 вольта. В этом случае на помощь придут повышающие преобразователи напряжения DC DC. Приведенная на рисунке ниже схема преобразователя демонстрирует один из методов получения 90 В от простой батарейки 1.5 В.

Используемая в схеме DC DC преобразователя микросхема типа LT1073 (Linear Technology) работает в повышающем режиме и при входном уровне от одного вольта. Переключающий транзистор, внутри микросборки между выводами SW1 и SW2 соединяет один конец индуктивности L1 с корпусом. Магнитное поле накапливается в катушке, и после выключения транзистора через диод D1 начинает идти ток, заряжающий конденсатор C3. Диодный каскад из D1, D2, D3 (быстрые диоды с обратным напряжением 200 В, например, MUR120), C2, C3 и C4 умножает выходное напряжение в четыре раза.

Контур преобразователя замыкается через делитель напряжения (на резисторах сопротивлением 10 МОм и 24 кОм). Эти сопротивления должны быть обязательно металлоплёночными с погрешностью не более 1%. При использовании компонентов указанных на схеме DC DC и катушки индуктивности Coilcraft DO1608C-154 можно получить выходное напряжение уровнем до 90 В, но правда ток при этом будет только несколько миллиампер.

Универсальный автомобильный преобразователь (конвертер) "DC/DC".

Это простой, универсальный DC/DC - преобразователь (преобразователь одного напряжения постоянного тока в другое). Его входное напряжение может быть от 9 и до 18 В, с выходным напряжением 5-28 вольт, которое может при необходимости быть изменено в пределах примерно от 3 до 50В. Выходное напряжение данного преобразователя может быть как меньше входного, так и больше.
Отдаваемая в нагрузку мощность может доходить до 100 Вт. Средний ток нагрузки преобразователя составляет 2,5-3 ампера (зависит от выходного напряжения, и при выходном напряжении, например 5 вольт - ток нагрузки может быть и 8 ампер и более).
Этот преобразователь подходит для различных целей, таких как - запитывание ноутбуков, усилителей, портативных телевизоров и другой бытовой техники от бортовой сети автомобиля 12V, так-же зарядка мобильных телефонов, устройств USB, 24В техника и др.
Преобразователь устойчив к перегрузкам и коротким замыканиям на выходе, так как входная и выходная цепь - гальванически не связаны между собой, и например выход из строя силового транзистора, не приведёт к выходу из строя подключенной нагрузки, и всего лишь на выходе пропадёт напряжение (ну и перегорит защитный предохранитель).

Рисунок 1.
Схема преобразователя.

Преобразователь построен на микросхеме UC3843. В отличии от обычных схем подобных преобразователей, здесь в качестве энерго-вырабатывающего элемента применён не дроссель, а трансформатор, с соотношением витков 1:1, в связи с чем его вход и выход, гальванически развязаны между собой.
Рабочая частота преобразователя составляет около 90-95 kHz.
Рабочее напряжение конденсаторов С8 и С9 выбирать, в зависимости от выходного напряжения.
Величина резистора R9, определяет порог ограничения преобразователя по току. Чем меньше его величина, тем больше ток ограничения.
Вместо подстроечного резистора R3, можно поставить переменный, и им регулировать выходное напряжение, или поставить ряд постоянных резисторов с фиксированными значениями выходного напряжения, и выбирать их переключателем.
Для расширения диапазона выходных напряжений, необходимо пересчитать делитель напряжения R2, R3, R4, таким образом, чтобы напряжение на выводе 2 микросхемы, составляло 2,5 вольта при необходимом выходном напряжении.

Рисунок 2.
Трансформатор.

Сердечник трансформатора использован от компьютерных блоков питания АТ, АТХ, на котором намотан ДГС (дроссель групповой стабилизации). Сердечник окраски жёлто-белый, можно использовать любые подходящие сердечники. Хорошо подходят и сердечники от подобных БП и сине-зелёной окраски.
Обмотки трансформатора намотаны в два провода и содержат 2х24 витка, проводом, диаметром 1,0 мм. Начала обмоток на схеме обозначены точками.

В качестве выходных силовых транзисторов желательно использовать те, у которых малое сопротивление открытого канала. В частности SUP75N06-07L, SUP75N03-08, SMP60N03-10L, IRL1004, IRL3705N. И выбирать их ещё нужно с максимальным рабочим напряжением, в зависимости от максимального выходного напряжения. Максимальное рабочее напряжение транзистора не должно быть меньше 1,25 от выходного напряжения.
В качестве диода VD1, можно применить спаренный диод Шоттки, с обратным напряжением не менее 40В и максимальным током не менее 15А, так же желательно в корпусе ТО-220. Например SLB1640, или STPS1545 и т.д.

Схема была собрана и протестирована на макетной плате. В качестве силового транзистора был использован полевой транзистор 09N03LA, выдранный из "дохлой материнки". В качестве диода - спаренный диод Шоттки SBL2045CT.

Рисунок 3.
Тест 15V-4A.

Тестирование инвертора при входном напряжении 12 вольт и выходном напряжении 15 вольт. Ток нагрузки инвертора составляет 4 ампера. Мощность нагрузки составляет 60 ватт.

Рисунок 4.
Тест 5V-8A.

Тестирование инвертора при входном напряжении 12 вольт, выходное напряжение 5V и ток нагрузки 8A. Мощность нагрузки составляет 40 ватт. Силовой транзистор применённый в схеме = 09N03LA (SMD из материнки), D1 = SBL2045CT (от комповых БП), R9 = 0R068 (0,068 Ом), C8 = 2 х 4700 10V.

Печатная плата, разработанная для этого устройства, размером 100х38 мм, с учётом установки транзистора и диода на радиатор. Печатка в формате Sprint-Layout 6.0 , прилагается в прикреплении.

Ниже на фотографиях вариант сборки данной схемы с применением SMD-компонентов. Печатка разведена для SMD-компонентов, размером 1206.

Рисунок 5.
Вариант сборки преобразователя.

Если нет необходимости регулировать выходное напряжение на выходе данного преобразователя, то тогда переменный резистор R3 можно исключить, и подобрать резистор R2 так, чтобы выходное напряжение преобразователя соответствовало необходимому.

Архив для статьи

Иногда надо получить высокое напряжение из низкого. Например, для высоковольтного программатора, питающегося от 5ти вольтового USB, надыбать где то 12 вольт.

Как быть? Для этого существуют схемы DC-DC преобразования. А также специализированные микросхемы, позволяющие решить эту задачу за десяток деталек.

Принцип работы
Итак, как сделать из, например, пяти вольт нечто большее чем пять? Способов можно придумать много — например заряжать конденсаторы параллельно, а потом переключать последовательно. И так много много раз в секунду. Но есть способ проще, с использованием свойств индуктивности сохранять силу тока.

Чтобы было предельно понятно покажу вначале пример для сантехников.

Фаза 1

Заслонка резко закрывается. Потоку больше деваться некуда, а турбина, будучи разогнанной продолжает давить жидкость вперед, т.к. не может мгновенно встать. Причем давит то она ее с силой большей чем может развить источник. Гонит жижу через клапан в аккумулятор давления. Откуда же часть (уже с повышеным давлением) уходит в потребитель. Откуда, благодаря клапану, уже не возвращается.

Фаза 3

И вновь заслонка закрывается, а турбина начинает яростно продавливать жидкость в аккумулятор. Восполняя потери которые там образовались на фазе 3.

Назад к схемам
Вылезаем из подвала, скидываем фуфайку сантехника, забрасываем газовый ключ в угол и с новыми знаниями начинаем городить схему.

Вместо турбины у нас вполне подойдет индуктивность в виде дросселя. В качестве заслонки обычный ключ (на практике — транзистор), в качестве клапана естественно диод, а роль аккумулятора давления возьмет на себя конденсатор. Кто как не он способен накапливать потенциал. Усе, преобразователь готов!

Фаза 1

Ключ размыкается, но катушку уже не остановить. Запасенная в магнитном поле энергия рвется наружу, ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате, напряжение на выходе с катушки резко подскакивает (чтобы пробить путь току) и прорвавшись сквозь диод набивается в конденстор. Ну и часть энергии идет в нагрузку.

Фаза 3

Ключ размыкается и энергия из катушки вновь ломится через диод в конденсатор, повышая просевшее за время фазы 3 напряжение. Цикл замыкается.

Как видно из процесса, видно, что за счет большего тока с источника, мы набиваем напряжение на потребителе. Так что равенство мощностей тут должно соблюдаться железно. В идеальном случае, при КПД преобразователя в 100%:

U ист *I ист = U потр *I потр

Так что если наш потребитель требует 12 вольт и кушает при этом 1А, то с 5 вольтового источника в преобразователь нужно вкормить целых 2.4А При этом я не учел потерь источника, хотя обычно они не очень велики (КПД обычно около 80-90%).

Если источник слаб и отдать 2.4 ампера не в состоянии, то на 12ти вольтах пойдут дикие пульсации и понижение напряжения — потребитель будет сжирать содержимое конденсатора быстрей чем его туда будет забрасывать источник.

Схемотехника
Готовых решений DC-DC существует очень много. Как в виде микроблоков, так и специализированных микросхем. Я же не буду мудрить и для демонстрации опыта приведу пример схемы на MC34063A которую уже использовал в примере .

• SWC/SWE выводы транзисторного ключа микросхемы SWC — это его коллектор, а SWE — эмиттер. Максимальный ток который он может вытянуть — 1.5А входящего тока, но можно подключить и внешний транзистор на любой желаемый ток (подробней в даташите на микросхему).
• DRC — коллектор составного транзистора
• Ipk — вход токовой защиты. Туда снимается напряжение с шунта Rsc если ток будет превышен и напряжение на шунте (Upk = I*Rsc) станет выше чем 0.3 вольта, то преобразователь заглохнет. Т.е. для ограничения входящего тока в 1А надо поставить резистор на 0.3 Ом. У меня на 0.3 ома резистора не было, поэтому я туда поставил перемычку. Работать будет, но без защиты. Если что, то микросхему у меня убьет.
• TC — вход конденсатора, задающего частоту работы.
• CII — вход компаратора. Когда на этом входе напряжение ниже 1.25 вольт — ключ генерирует импульсы, преобразователь работает. Как только становится больше — выключается. Сюда, через делитель на R1 и R2 заводится напряжение обратной связи с выхода. Причем делитель подбирается таким образом, чтобы когда на выходе возникнет нужное нам напряжение, то на входе компаратора как раз окажется 1.25 вольт. Дальше все просто — напряжение на выходе ниже чем надо? Молотим. Дошло до нужного? Выключаемся.
• Vcc — Питание схемы
• GND — Земля

Все формулы по расчету номиналов приведены в даташите. Я же скопирую из него сюда наиболее важную для нас таблицу:

Вытравил, спаял…

Вот так вот. Простая схемка, а позволяет решить ряд проблем.