MC34063. Jeden z najpopularniejszych kontrolerów PWM (modulacji szerokości impulsu) i krótki wstęp do zasad działania przetwornic DC-DC.

Jakiś czas temu opublikowałem już recenzję, w której pokazałem, jak za pomocą КРЕН5 zbudować stabilizator PWM. Wspomniałem wtedy również o jednym z najpopularniejszych i chyba najtańszych sterowników przetwornic DC-DC — układzie MC34063.
Dziś spróbuję uzupełnić poprzednią recenzję.

W zasadzie ten układ można uznać za przestarzały, ale mimo to cieszy się zasłużoną popularnością. Głównie ze względu na niską cenę. Do dziś od czasu do czasu wykorzystuję go w różnych swoich projektach.
Właśnie dlatego postanowiłem kupić sobie setkę takich układów. Kosztowały mnie 4 dolary, a teraz u tego samego sprzedawcy kosztują 3.7 dolara za sto sztuk, czyli zaledwie 3.7 centa za sztukę.
Można znaleźć je też taniej, ale zamawiałem je razem z innymi częściami (recenzje ładowarki do akumulatora litowego i stabilizatora prądu do latarki). Jest jeszcze czwarty element, który zamówiłem w tym samym miejscu, ale o nim innym razem.

No, chyba już zmęczyłem was tym długim wstępem, więc przejdę do recenzji.
Od razu uprzedzam: będzie sporo zdjęć.
Wszystko przyszło w woreczkach, owinięte folią bąbelkową. Taka sobie kupka :)


Same układy są starannie zapakowane w woreczek strunowy, na którym naklejono karteczkę z nazwą. Napisano ją odręcznie, ale myślę, że nie będzie problemu z jej odczytaniem.


Układy te są produkowane przez różnych producentów i różnie oznaczane.
MC34063
KA34063
UCC34063
I tak dalej.
Jak widać, zmieniają się tylko pierwsze litery, cyfry pozostają bez zmian, dlatego zwykle mówi się po prostu 34063.
Mnie trafiły się te pierwsze, MC34063.


Zdjęcie obok takiego samego układu, ale innego producenta.
Omawiany układ wyróżnia się wyraźniejszym oznaczeniem.


Nie wiem, co jeszcze można by tu omówić, przejdę więc do drugiej, bardziej pouczającej części recenzji.
Przetwornice DC-DC są stosowane w wielu miejscach. Chyba trudno dziś znaleźć urządzenie elektroniczne, w którym ich nie ma.

Istnieją trzy podstawowe topologie przetwarzania. Wszystkie opisano w nocie katalogowej układu 34063, a także w uzupełnieniu dotyczącym jego zastosowania oraz w jeszcze jednym opisie.
Żadna z opisanych topologii nie zapewnia izolacji galwanicznej. Jeśli przyjrzycie się uważnie wszystkim trzem schematom, zauważycie też, że są bardzo podobne i różnią się zamianą miejscami trzech elementów: dławika, diody i klucza mocy.

Najpierw najpopularniejsza.
Step-down, czyli obniżająca przetwornica PWM.
Stosuje się ją tam, gdzie trzeba obniżyć napięcie, a przy tym uzyskać jak najwyższą sprawność.
Napięcie wejściowe jest zawsze wyższe od wyjściowego, zwykle o co najmniej 2–3 V. Im większa różnica, tym lepiej (oczywiście w rozsądnych granicach).
Prąd wejściowy jest przy tym mniejszy niż wyjściowy.
Taką topologię często stosuje się na płytach głównych. Tamtejsze przetwornice są zwykle wielofazowe i mają synchroniczne prostowanie, ale zasada działania pozostaje ta sama: Step-Down.

W tym układzie dławik gromadzi energię, gdy klucz jest otwarty, a po jego zamknięciu napięcie na dławiku, dzięki samoindukcji, ładuje kondensator wyjściowy


Kolejny układ stosuje się nieco rzadziej niż pierwszy.
Często można go spotkać w powerbankach, gdzie z napięcia akumulatora wynoszącego 3–4,2 V uzyskuje się stabilizowane 5 V.
Za pomocą takiego układu można uzyskać również napięcie wyższe niż 5 V, trzeba jednak pamiętać, że im większa różnica napięć, tym trudniejsze warunki pracy przetwornicy.
To rozwiązanie ma też jedną niezbyt przyjemną cechę: wyjścia nie da się wyłączyć „programowo”. Akumulator jest więc zawsze połączony z wyjściem przez diodę. W razie zwarcia prąd ogranicza wyłącznie rezystancja wewnętrzna obciążenia i akumulatora.
Aby temu zapobiec, stosuje się bezpieczniki albo dodatkowy klucz mocy.

Podobnie jak poprzednio, gdy klucz mocy jest otwarty, energia gromadzi się w dławiku. Po zamknięciu klucza kierunek prądu w dławiku się zmienia i prąd, sumując się z napięciem akumulatora, płynie przez diodę na wyjście.
Napięcie wyjściowe takiego układu nie może być niższe od napięcia wejściowego pomniejszonego o spadek napięcia na diodzie.
Prąd wejściowy jest większy niż wyjściowy (czasem znacznie).


Trzeci układ stosuje się dość rzadko, ale nie wypada go pominąć.
Na wyjściu tego układu napięcie ma polaryzację przeciwną do napięcia wejściowego.
Nazywa się go przetwornicą odwracającą.
W zasadzie układ ten może zarówno podwyższać, jak i obniżać napięcie względem wejściowego, ale ze względu na specyfikę topologii częściej stosuje się go do uzyskiwania napięć równych lub wyższych od wejściowego.
Zaletą tej topologii jest możliwość wyłączenia napięcia na wyjściu przez zamknięcie klucza mocy. Potrafi to również pierwszy układ.
Podobnie jak w poprzednich układach, energia gromadzi się w dławiku, a po zamknięciu klucza mocy trafia przez diodę włączoną w kierunku zaporowym do obciążenia.


Kiedy planowałem ten artykuł, nie wiedziałem, jaki przykład najlepiej wybrać.
Rozważałem zrobienie przetwornicy obniżającej do PoE albo podwyższającej do zasilania diody LED, ale jakoś żaden z tych pomysłów mnie nie interesował — były po prostu nudne.
Kilka dni temu zadzwonił jednak znajomy i poprosił mnie o pomoc w rozwiązaniu pewnego problemu.
Trzeba było uzyskać stabilizowane napięcie wyjściowe niezależnie od tego, czy napięcie wejściowe jest większe, czy mniejsze od wyjściowego.
Czyli potrzebna była przetwornica podwyższająco-obniżająca.
Topologia takich przetwornic nazywa się SEPIC (Single-ended primary-inductor converter).
Oto jeszcze dwa niezłe materiały na temat tej topologii. 1, 2.
Układ tego typu przetwornicy jest wyraźnie bardziej złożony i zawiera dodatkowy kondensator oraz dławik.



Skoro dorobiłem się oscyloskopu cyfrowego, postanowiłem zrobić zrzuty przebiegów.

To oczywiście zabawka, moc przetwornicy jest śmiesznie mała, choć przydatna.



Powiązane linki.
Przetwornica DC-DC podwyższająco-obniżająca 7..14 V / 9 V 0,5 A
MC34063 sepic
Stabilizator prądu LED na układzie MC34063
MC34063A — opis, schemat podłączenia.
Kalkulator DC-DC MC34063

Plik płytki drukowanej, schemat, karta katalogowa. — link.

Wyszła więc taka spontaniczna mini-recenzja układu.

Podsumowanie.
Układy są całkiem niezłe, spełniły moje oczekiwania, zwłaszcza w tej cenie.

Mam nadzieję, że recenzja okaże się przydatna. Jeśli macie pomysły na modyfikacje, chętnie ich wysłucham.
Na pewno gdzieś popełniłem błąd, bo pisałem bez ściągi, więc jeśli zauważyliście jakieś pomyłki, nie bądźcie zbyt surowi.