Przetwornice 12V – 5V z MC34063 i LM2576T


3086
Przetwornice 12V – 5V
z MC34063 i LM2576T
Do czego to służy?
następuje przez przycisk chwilowy i jeśli
na wyjście nie został uprzednio podłączony
odbiornik, to przetwornica sama się wyłączy. Dwie wersje układu pozwalają zmniejszyć koszty, gdy nie jest wymagana duża
wydajność prądowa – LM2576T jest kilkukrotnie droższy od popularnego MC34063.
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 z 12V na 5V.
Wersja pierwsza wykorzystuje popularny
i tani układ MC34063. W wersji drugiej
jako kontroler pracuje bardziej rozbudowany LM2576T, pozwalający na uzyskanie
znacznie większej wydajności prądowej,
nawet do 3A. Urządzenie w obu wersjach
przystosowane jest do pracy z samochodową instalacją 12V i może być używane do
ładowania/zasilania GPSu bądź telefonów
wyposażonych w gniazdo USB. W stanie
spoczynku układ jest całkowicie odłączony od zasilania i podczas normalnej pracy
wyłącza się natychmiast po zaniku prądu
pobieranego z jego wyjścia (np. odpięcie wtyczki USB). Uruchomienie układu
Jak to działa?
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, kilka
rezystorów i kondensatorów.
Rys. 1. Schemat ideowy przetwornicy – wersja MC34063
R1
0,33R
GP1
GW-02
F1 1A
R6 10k
+5V
R2
560R
R4
1k
R3
1k
2N7000 D3
T3 5,1V
R5
47k
T2
2N7000
+5V
+5V
L1
100uH
6
VCC
5
C1
100uF
R10 1,2k
COMP
4
3,6k
CAP
C2
+12V
8
T4
2N7000
100nF
R9 10k
3
D1
1N5819
C3
470pF
U2A
LM358
D4
5,1V
1,3W
C4
470uF
R7
10k
E l e k t r o n i k a d l a Ws z y s t k i c h
R14
2
0,2R
3
1
4
S1
R8
2,2k
5V DC
2
1
SE
R11
D2
8
1
GND
2
1
IPK
U1
SC
MC34063
2
+12V
T1
BD140
12-24V DC
DC
7
100k
R12
6
+12V
8
7
5
R13
100R
4
U2B
LM358
GP2
GW-02
W drugiej wersji pracuje LM2576T,
który zapewnia znakomitą alternatywę dla
typowych 3-końcówkowych stabilizatorów liniowych, oferując bardzo wysoką
sprawność i pozwalając na redukcję mocy
strat. Bardzo dużą zaletą układu LM2576T
jest możliwość wyłączenia i przejścia
w tryb standby, gdzie typowo pobierany
jest prąd rzędu 50uA. Funkcjonalność
ta co prawda nie jest wykorzystywana
w opisywanym układzie przetwornicy,
ale warto o niej pamiętać na przyszłość.
Kostka LM2576T zawiera w swojej strukturze wszystkie potrzebne komponenty
do realizacji przetwornicy (podobnie jak
MC34063), z tym że wewnętrzny oscylator pracuje na ustalonej częstotliwości
52kHz. Wewnątrz struktury scalonej zintegrowany jest także klucz tranzystorowy
mogący pracować z prądem do 3A, a cała
przetwornica wymaga podłączenia tylko
dławika i diody.
Na rysunku 1 przedstawiony jest kompletny schemat ideowy pierwszej wersji
przetwornicy. Sercem układu jest wspomniany wcześniej układ U1 (MC34063)
oraz dławik L1 (100uH) i dioda D1
(1N5819). Dioda odgrywa tutaj bardzo
ważną rolę, gdyż dzięki niej możliwe jest
zamknięcie obwodu dla prądu dławika L1
po rozwarciu klucza wyjściowego w układzie U1. Kondensator C3 (470pF) ustala
częstotliwość pracy wewnętrznego oscylatora U1. Dla pojemności 470pF będzie
to około 50kHz. Rezystor R1 (0,33)
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) filtruje napięcie zasilania.
Filtr wyjściowy stanowi kondensator C4
55
56
OFF
5
3
GND
(470uF), a dioda Zenera
jest dzielnik napięcia R9
U1 LM2576T-ADJ
4
D4 (5,1V) o mocy 1,3W
(10k), R7 (10k), staFD
1
+Vin
może zabezpieczyć układ
nowiący podział napięcia
+5V
5V DC
L1
przed ewentualnym chwi- 12-24V DC
wyjściowego wzmacnia+12V
T1
2
2
OUT
BD140
2 F1
1
lowym wzrostem napięcia
cza przez 2. Niewielki
100uH
1 1A
D1
R6
zasilania. Bardzo ważnym GP1
spadek napięcia na rezy1N5822
GP2
D4
R10 1,2k
elementem jest dzielnik GW-02 +5V
GW-02 storze pomiarowym R14
10k
5,1V
1,3W
napięcia R10 (1,2k), R11
(0,2) rzędu 5...6mV spoR11
R4
C4
D2
3,6k 470uF
1k
C1
R14
(3,6k), gdyż odpowiada
woduje już wysterowanie
+5V
100uF
+12V
C2
za wartość napięcia wyjtranzystora T4 i podtrzy0,2R
U2A
R2
R3
T4
8
LM358
560R
1k
2N7000
ściowego. Stopień podziamanie pracy przetworni2
T3
100nF
2N7000 D3
łu jest tak dobrany, aby
cy. Zatem do podtrzyma3
5,1V
1
R9
4
przy napięciu wyjściowym
nia działania przetworS1
10k
+12V
5V, na wejściu komparanicy wystarczy pobór
8
R5
6
R8
R7
T2
R12
tora układu U1 panowało 2N7000
prądu rzędu 25–30mA.
47k
7
2,2k
10k
100k
5
napięcie 1,25V równe jego
Dwukolorowa dioda D2
R13
U2B
100R
4
LM358
wewnętrznej referencji.
(lub dwie diody) pełni
Wewnętrzny komparafunkcję kontrolki zasilator układu MC34063 tak Rys. 2. Schemat ideowy przetwornicy – wersja LM2576T
nia i dodatkowo stanowi
steruje wypełnieniem
część prostego obwodu
przebiegu kluczującym tranzystor wej- a tranzystor T4 (2N7000) podtrzymuje stan testowego. Przed podłączeniem odbiornika
ściowy, aby napięcie na wyjściu osiągnęło niski na bazie T1. Rezystor R4 ogranicza można sprawdzić, czy napięcie wyjściowe
odpowiednią wartość, wyznaczoną przez tutaj prąd bazy tranzystora T1. Do kontroli jest prawidłowe, a dokładnie czy przypaddzielnik. Wypełnienie zmienia się także prądu pobieranego z obciążenia używany kiem przetwornica się nie uszkodziła i na
przy zmianach prądu pobieranego przez jest wzmacniacz operacyjny U2, z którego wyjście przez uszkodzony klucz przedoodbiornik dołączony do wyjścia prze- wykorzystywana jest tylko jedna połówka. staje się napięcie wejściowe. Mogłoby to
twornicy.
Pracuje on w konfiguracji nieodwracającej doprowadzić do uszkodzenia dołączonego
W drugiej wersji, według rysunku 2, ze wzmocnieniem równym 1000, ustalo- odbiornika. Gdy napięcie na wyjściu jest
sercem układu jest LM2576T oraz dła- nym przez rezystory R12 (100k) i R13 za wysokie, przewodzi dioda Zenera D3
wik L1 (100uH) i dioda D1 (1N5822). (100). Kondensator C2 (100nF) filtruje (5,1V), a na rezystorze R8 (2,2k) odkłada
Działanie jest analogiczne jak w wer- napięcie zasilania wzmacniacza. Do ste- się napięcie, wystarczające do otwarcia
sji pierwszej. Układ nie zawiera elemen- rowania tranzystotranzystora T3 (2N7000).
tów odpowiedzialnych za częstotliwość rem T4 stosowany
T2 natychmiast zostanie
pracy przetwornicy,
zatkany i zaświeci czerwona
gdyż jak już wcześniej
dioda LED. Prąd diod ograwspomniano, jest ona
niczony jest przez rezystory
ustalona na wartość
R2 (560) i R3 (1k). Pod52kHz. Bardzo ważczas normalnej pracy trannym elementem jest
zystor T2 przewodzi (dzięki
tutaj także dzielnik
R5 = 47k) i świeci zielona
napięcia R10 (1,2k),
dioda LED.
R11 (3,6k), gdyż
odpowiada za wartość
Montaż
napięcia wyjściowego.
i uruchomienie
Dużą zaletą opisySchemat montażowy pierwwanego układu w obu
szej wersji układu przedstawersjach jest możliwiony został na rysunku 3,
Rys. 3. Schemat montażowy
wość automatycznego
natomiast układ w wersji
przetwornicy – wersja MC34063
wyłączenia zasiladrugiej można zmontować
nia po zaniku prądu Rys. 4. Schemat montażowy
w oparciu o rysunek 4.
pobieranego z prze- przetwornicy – wersja LM2576T
Montaż przetwornic nie
twornicy. Odpowiajest skomplikowany, całość
da za to tranzystor T1
zmieściła się na jednostron(BD140) oraz rezystory
nych płytkach drukowanych. Na płytkach nie ma
R6 (10k) i R4 (1k).
żadnej zworki, a elementy
W stanie wyłączenia
przewlekane zastosowarezystor R6 zapewne w projekcie pozwolą
nia poprawne odcięna wykonanie tego układu
cie tranzystora T1.
nawet przez osoby mniej
Uruchomienie układu
doświadczone.
odbywa się przez chwilowe zwarcie przycisku S1. Przetwornica
zostaje uruchomiona,
E l e k t r o n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Wykaz elementów
Lutowanie należy rozpocząć od elementów najmniejszych – rezystorów, potem
diody, tranzystory, a kończąc na kondensatorach i złączach. Pod układy scalone
w tym wypadku nie należy stosować
podstawek, szczególnie jeśli układ ma
pracować w samochodzie, zgodnie z pierwotnym założeniem. Zamiast diody D2
i przycisku S1 dobrze jest wlutować gniazda GW (goldpin z prowadzeniem) podobnie jak pod złącze wejściowe GP1 i złącze
wyjściowe GP2. Ułatwi to montaż urządzenia w samochodzie. Gdyby układ miał
pracować ciągle w trudnych warunkach,
bez przepływu powietrza, warto przykręcić niewielki radiator (kawałek blaszki) do
tranzystora T1. W drugiej wersji układu,
radiatora może także wymagać układ U1.
Jak już wcześniej wspomniano, układ
ma funkcję automatycznego wyłączania.
Można jednak w bardzo prosty sposób z niej zrezygnować, gdyby okazała
się niepotrzebna. Rezystor R14 należy wtedy zastąpić zworką, a wzmacniacz operacyjny U2 i elementy z nim
współpracujące nie będą potrzebne. Nie
należy też montować tranzystora T4.
Zamiast przycisku chwilowego można
E l e k t r o n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Elementy wspólne obu wersji:
R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,2Ω/5W
R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,2kΩ
R3,R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1kΩ
R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,6kΩ
R6,R7,R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10kΩ
R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2kΩ
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47kΩ
R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Ω
R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560Ω
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nF
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100uF
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470uF
L1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100uH
D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dioda Zenera 5,1V
D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dioda Zenera 5,1V (1,3W)
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. Gdyby układ
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Dioda LED (2 kolory)
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BD140
T2,T3,T4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MOSFET 2N7000
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LM358
F1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1A bezpiecznik + gniazdo
S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . przycisk chwilowy (zwierny)
GP1,GP2 . . . . . . . . . . . złącze proste GW-02S (2 piny)
Wykaz elementów (wersja 1):
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,33Ω
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470pF
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1N5819
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MC34063
Wykaz elementów (wersja 2):
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1N5822
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM2576T-ADJ
Komplet podzespołów z płytką jest dostępny
w sieci handlowej AVT jako kit szkolny:
AVT3086/1 Przetwornica 12V – 5V z MC34063
AVT3086/2 Przetwornica 12V – 5V z LM2576T.
miał pracować z prądami
większymi od 1A w roli
T1, warto zastosować jakiś
mocniejszy tranzystor, najlepiej w układzie Darlingtona: TIP126 lub BD650.
Mirosław Firlej
[email protected]
67