Расчет понижающих DC-DC преобразователей на микросхемах 34063 (топология Buck) + online-калькулятор

Рассмотрим типовую схему понижающего DC/DC конвертера на микросхемах 34063:

Схема понижающего преобразователя на 34063

Выводы микросхемы:

  1. SWC (switch collector) — коллектор выходного транзистора
  2. SWE (switch emitter) — эмиттер выходного транзистора
  3. Tc (timing capacitor) — вход для подключения времязадающего конденсатора
  4. GND — земля (общий провод)
  5. CII (comparator inverting input) — инвертирующий вход компаратора
  6. Vcc — питание
  7. Ipk — вход схемы ограничения максимального тока
  8. DRC (driver collector) — коллектор драйвера выходного транзистора (в качестве драйвера выходного транзистора также используется биполярный транзистор)

Элементы:

L1 — дроссель.

С1 — времязадающий конденсатор, он определяет частоту преобразования. Максимальная частота преобразования для микросхем 34063 составляет порядка 100-150 кГц.

R2, R1 — делитель напряжения для схемы компаратора. На неинвертирующий вход компаратора подается напряжение 1,25 В от внутреннего регулятора, а на инвертирующий вход — с делителя напряжения. Когда напряжение с делителя становится равным напряжению от внутреннего регулятора — компаратор переключает выходной транзистор.

C2, С3 — соответственно, выходной и входной фильтры. Емкость выходного фильтра определяет величину пульсаций выходного напряжения. Если в процессе расчетов получается, что для заданной величины пульсаций требуется очень большая емкость, можно расчет сделать для бо’льших пульсаций, а потом использовать дополнительный LC-фильтр. Емкость С3 обычно берут 100 … 470 мкФ.

Rsc — токочувствительный резистор. Он нужен для схемы ограничения тока. Максимальный ток выходного транзистора для MC34063 = 1.5А, для AP34063 = 1.6А. Если пиковый переключаемый ток будет превышать эти значения, то микросхема может сгореть. Если точно известно, что пиковый ток даже близко не подходит к максимальным значениям, то этот резистор можно не ставить.

Порядок расчёта:

  1. Выбирают номинальные входное и выходное напряжения: Vin, Vout и максимальный выходной ток Iout.
  2. Выбирают минимальное входное напряжение Vin(min) и минимальную рабочую частоту fmin при выбранных Vin и Iout.
  3. Рассчитывают значение (ton+toff)max по формуле (ton+toff)max=1/fmin, ton(max) — максимальное время, когда выходной транзистор открыт, toff(max) — максимальное время, когда выходной транзистор закрыт.
  4. Рассчитывают отношение ton/toff по формуле ton/toff=(Vout+VF)/(Vin(min)-Vsat-Vout), где VF — падение напряжения на выходном фильтре, Vsat — падение напряжения на выходном транзисторе (когда он находится в полностью открытом состоянии) при заданном токе. Vsat определяется по графикам, приведенным в документации на микросхему (или на транзистор, если схема с внешним транзистором).
    Из формулы видно, что чем больше Vin, Vout и чем больше они отличаются друг от друга — тем меньшее влияние на конечный результат оказывают VF и Vsat, так что если вам не нужен суперточный расчет, то я бы посоветовал, уже при Vout=5 В, смело брать VF=0, Vsat=1,2 В (обычный, средненький биполярный танзистор) и не заморачиваться.
  5. Зная ton/toff и (ton+toff)max решают систему уравнений и находят ton(max).

  6. Находят емкость времязадающего конденсатора С1 по формуле: C1 = 4.5*10-5*ton(max).
  7. Находят пиковый ток через выходной транзистор: IPK(switch)=2*Iout. Если он получился больше максимального тока выходного транзистора (1,5 …1,6 А), то преобразователь с такими параметрами невозможен. Нужно либо пересчитать схему на меньший выходной ток (Iout), либо использовать схему с внешним транзистором.
  8. Рассчитывают Rsc по формуле: Rsc=0,3/IPK(switch).
  9. Рассчитывают минимальную емкость конденсатора выходного фильтра:
  10. С2=IPK(switch)*(ton+toff)max/8Vripple(p-p), где Vripple(p-p) — максимальная величина пульсаций выходного напряжения. Берется максимальная ёмкость из ближайших к расчётному стандартных значений.
  11. Рассчитывают минимальную индуктивность дросселя:

    L1(min)=ton(max)*(Vin(min)-Vsat-Vout)/IPK(switch). Если получаются слишком большие C2 и L1, можно попробовать повысить частоту преобразования и повторить расчет. Чем выше частота преобразования — тем ниже минимальная емкость выходного конденсатора и минимальная индуктивность дросселя.
  12. Сопротивления делителя рассчитываются из соотношения Vout=1,25*(1+R2/R1).

Online-калькулятор для расчёта преобразователя:

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Исходные данные:

(если вы не знаете значения Vsat , Vf , Vripple(p-p) , то расчёт будет сделан для Vsat=1.2 В, Vf=0 В, Vripple(p-p)=50 мВ)

Vin(min)=В;  Vout=В;  Iout=А;  f=кГц;

Vsat=В;  Vf=В    Vripple(p-p)=мВ;  

2) Расчётные данные:

(ton+toff)max=мкс;   ton/toff=;   ton(max)=мкс;   IPK=А;

Rsc=Ом;   C1=нФ;   С2(min)=мкФ;   Lmin=мкГн;

Готовые схемы для самостоятельного изготовления преобразователей

Описание принципов функционирования микросхем импульсных регуляторов серии 34063

Добавить комментарий