Понижающий DC/DC преобразователь 12/9,5В 2,5А на микросхеме SC1101 (с внешним n-канальным MOSFET) или «делаем step-down из старой материнской платы»

Представленная ниже схема понижающего (step-down) преобразователя также с успехом может использоваться в качестве автомобильного зарядного устройства для нетбуков Asus EeePC 701 2G.

Эта схема построена на микросхеме SC1101, снятой со старой материнки от PIII (Acorp 6via85p). В отличии от 34063, не рассчитанной на управление полевиками, SC1101 — это низковольтный ШИМ-контроллер, который специально предназначен для работы с n-канальными полевыми транзисторами MOSFET, в результате чего отпадает необходимость использования дополнительной микросхемы-драйвера, как мы это делали в преобразователе на микросхеме 34063. Кроме того, повышенная до 200 кГц частота преобразования позволяет использовать в выходном фильтре конденсаторы меньшей ёмкости, что делает схему более компактной.

Как известно — для полного открытия n-канального полевика, напряжение на затворе должно быть больше, чем на истоке на величину, указанную в даташите. Однако, в нашей схеме, если транзистор полностью открыть, то исток окажется практически подключен к питанию, то есть получается, что надо подать на затвор напряжение, которое должно быть выше напряжения питания. Это напряжение получают, так называемой, бустерной накачкой (кусок схемы D1+С3) и подают на специальный вывод (BST) SC-шки, напряжение с которого подаётся на выход ШИМ (подключенный к затвору) в те моменты, когда необходимо открыть транзистор.

Плюс к этому, в SC1101 есть встроенная схема защиты по току. Для работы этой схемы используются выводы CS+, CS-. Подробнее смотрите в документации, мы пользоваться этой схемой не будем, добавлю лишь, что эта схема начинает ограничивать ток, если падение напряжения между выводами CS+ и CS- становится больше 70 мВ.

Казалось бы, одни плюсы — чудо, а не микруха. Однако, есть и небольшие минусы.

Во-первых, по даташиту, питание микросхемы не должно превышать 7 вольт. Эту проблему можно решить использовав для питания SC1101 линейный интегральный стабилизатор на микросхеме LM7805 (благо, собственный ток потребления у SC-шки всего 8 мА).

Во-вторых, опять же по даташиту, напряжение, подаваемое на вывод BST, может быть максимум 15 Вольт. Эта проблема посложнее, поскольку, при входном напряжении 16 Вольт и достаточно большом токе, схема накачки может накачать на вход BST до 25 Вольт. Как оказалось, решать эту проблему вообще не требуется. В ходе экспериментов на вход BST в течении длительного времени подавалось как раз 25 Вольт и на работе микросхемы это никак не отразилось (схема пару часов тестировалась на нагрузке почти 3 Ампера при входном напряжении 16 Вольт).

Итак, собственно, схема:

Схема понижающего преобразователя на SC1101

Элементы:

С1, С3, С5, С6 — керамические конденсаторы 0,1 мкФ

С2 — электролитический конденсатор 100 мкФ х 25 В

С4 — электролитический конденсатор 220 мкФ х 25 В

R1 — резистор 5..50 Ом. Этот резистор ставят для того, чтобы затвор в момент переключения не коротился напрямую на землю или бустерный кондёр. У затвора есть ёмкость и если его коротить напрямую, то могут возникнуть опасно большие токи и полевик может сгореть. С другой стороны — увеличение сопротивления этого резистора ведёт к тому, что фронты напряжения на полевике становятся менее крутыми, что, в свою очередь, ведёт к увеличению нагрева полевика. В оригинале стоит 47 Ом.

R2, R3 — делитель напряжения. Этим делителем устанавливается выходное напряжение. Опорное напряжение компаратора ошибки для SC1101 равно 1,25 Вольт. Исходя из этого, можно получить формулу для расчёта выходного напряжения в зависимости от сопротивлений делителя: Vout=1,25*(1+R2/R3). В нашем случае, для выхода 9,5 Вольт, имеем: R2=27 кОм, R3=(4,3 кОм || 56 кОм) (т.е. R3 — это два резистора, включенных параллельно).

D1 — диод Шоттки 1N5819, D2 — диод Шоттки 1N5822. T1 — полевой транзистор STP40NF03L.

В общем-то, можно взять диоды Шоттки и полевой транзистор прямо с материнской платы (там полно мощных полевиков и диодов Шоттки в корпусах D-pack), но элементы в таких корпусах труднее выпаять.

L1 — катушка, индуктивностью пару-тройку мкГн. Подойдут катушки с материнских плат (толстым проводом несколько витков на кольце). Лучше взять несколько штук и протестировать с какой будет лучше работать на максимальной нагрузке (с какой будет меньше всего греться, меньше помех и т.д.). Практика показывает, что лучше брать катушку, намотанную не одним проводом, а несколькими.

Полученный преобразователь при входном напряжении от 12 до 16 Вольт выдаёт на выход стабильные 9,5 Вольт и ток до 3 Ампер. Можно пересчитать резисторы делителя на любое другое выходное напряжение (конечно же оно должно быть меньше входного). При входном напряжении менее 7 вольт из схемы можно смело выкинуть LM-ку.

Можно, кстати говоря, вообще не изготавливать плату самому, а просто вырезать нужный кусок материнской платы ножовкой и немножко модифицировать. Собственно, эту схему мы делали с товарищем Virtual-ом (ему в машину) именно таким способом. Этот способ имеет ряд преимуществ (помимо того, что отпадает необходимость изготавливать плату), таких как: минимальный размер (кустарно сделать разводку меньше заводской вряд ли получится) и исключительно хороший теплоотвод (в силу того, что материнская плата многослойная и специально рассчитана для хорошего теплоотвода).

Извините, фотку готового преобразователя сделать не успел, так как готовый девайс залили термоклеем. Разводки платы тоже нет, т.к. вырезали ножовкой прямо из материнки. Если кто сделает разводку и пришлёт фотку девайса на самодельной плате — буду очень рад.

Добавить комментарий