Микросхема для импульсного понижающего стабилизатора тока

Импульсный стабилизатор на микросхеме XL4015

Данный обзор посвящён модулю импульсного стабилизатора, который предлагается интернет-магазинами под названием «5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver». Таким образом модуль представляет собой импульсный понижающий преобразователь, предназначенный для зарядки литий-ионных аккумуляторов в режимах CV (постоянное напряжение) и СС (постоянный ток), а также для питания светодиодов. Стоит данное устройство около 2-х USD. Конструктивно модуль представляет собой печатную плату, на которой установлены все элементы, включая сигнальные светодиоды и органы регулировки. Внешний вид модуля представлен на рис.1.

Чертёж печатной платы представлен на рис. 2.

Согласно спецификации изготовителя модуль имеет следующие технические характеристики:

• Входное напряжение 6-38 В постоянного тока.
• Выходное напряжение регулируемое 1.25-36 В постоянного тока.
• Выходной ток 0-5 А (регулируемый).
• Мощность в нагрузке до 75 ВА.
• КПД более 96%.
• Имеется встроенная защита от перегрева и короткого замыкания в нагрузке.
• Размеры модуля 61.7х26.2х15 мм.
• Масса 20 грамм.

Сочетание невысокой цены, малых размеров и высоких технических характеристик вызвало у автора интерес и желание экспериментально определить основные характеристики модуля.
Производитель не приводит схему электрическую принципиальную, по этому её пришлось рисовать самостоятельно. Результат этой работы представлен на рис. 3.

Основой устройства является микросхема DA2 XL4015, представляющая собой оригинальную китайскую разработку. Данная микросхема весьма похожа на популярную LM2596, но отличается улучшенными характеристиками. Видимо это достигается применением в качестве силового ключа мощного полевого транзистора. Описание этой микросхемы приведено в Л1. В данном устройстве микросхема включена в полном соответствии с рекомендациями изготовителя. Переменный резистор “CV” является регулятором выходного напряжения. Цепь регулируемого ограничения выходного тока выполнена на операционном усилителе DA3.1. Этот усилитель сравнивает падение напряжения на токоизмерительном резисторе R9 с регулируемым напряжением, снимаемым с переменного резистора “CC”. С помощью этого резистора можно задать желаемый уровень ограничения тока в нагрузке стабилизатора.

Если заданное значение тока будет превышено, то на выходе усилителя появится сигнал высокого уровня, красный светодиод HL2 откроется и напряжение на входе 2 микросхемы DA2 повысится, что приведёт к снижению напряжения и тока на выходе стабилизатора. Кроме того свечение HL2 будет сигнализировать о том, что модуль работает в режиме стабилизации тока (СС). Конденсатор С5 должен обеспечивать устойчивость узла регулирования тока.

На втором операционном усилителе DA3.2 собран сигнализатор снижения тока в нагрузке до значения менее 9% от заданного максимального тока. Если ток превышает указанное значение, то светится синий светодиод HL3, в противном случае светится зелёный светодиод HL1. При зарядке литий-ионных аккумуляторов снижение зарядного тока является одним из признаков окончания зарядки.
На микросхеме DA1 собран стабилизатор с выходным напряжением 5В. Это напряжение используется для питания операционного усилителя DA3, также оно используется для формирования опорного напряжения ограничителя тока и сигнализатора снижения тока.

Падение напряжения на токоизмерительном резисторе никак не компенсируется, по этому с ростом тока в нагрузке выходное напряжение стабилизатора снижается. Чтобы уменьшить данный недостаток величина токоизмерительного резистора выбрана достаточно маленькой (0.05 Ома). Из-за этого дрейф операционного усилителя DA3 может вызвать заметную нестабильность как уровня ограничения выходного тока так и уровня срабатывания сигнализатора.
Испытания модуля показали, что выходное сопротивление стабилизатора в режиме стабилизации напряжения (CV) практически полностью определяется токоизмерительным резистором и составляет около 0.06 Ома.
Коэффициент стабилизации напряжения около 400.
Для оценки тепловыделения на вход модуля было подано напряжение 12В. На выходе было установлено напряжение 5В при нагрузке сопротивлением 2.5 Ома (ток 2А). Через 30 минут микросхема DA2, дроссель L1 и диод VD1 нагрелись до 71, 64 и 48 градусов Цельсия соответственно.

Работа в режиме стабилизации тока в нагрузке (СС) сопровождалась переходом микросхемы DA2 в режим формирования пачек импульсов. Частота следования и длительность пачек изменялись в широких пределах в зависимости от величины тока. Эффект стабилизации тока при этом имел место, но пульсации на выходе модуля существенно возрастали. Кроме того работа устройства в режиме СС сопровождалась довольно громким писком, источником которого являлся дроссель L1.
Работа сигнализатора снижения тока нареканий не вызвала. Модуль успешно выдерживал короткое замыкание в нагрузке.

Таким образом модуль работоспособен как в режиме CV, так и в режиме СС, но при его использовании следует учитывать вышеописанные особенности.
Данный обзор написан по результатам исследования одного экземпляра устройства, что делает полученные результаты чисто ориентировочными.
По мнению автора описанный импульсный стабилизатор может быть с успехом использован, если требуется дешёвый, компактный источник питания с удовлетворительными характеристиками.

Микросхема для импульсного понижающего стабилизатора тока

Мероприятия:

• Импульсные стабилизаторы индуктивного типа
• Понижающие импульсные стабилизаторы с повышенным входным напряжением и высокой нагрузочной способностью
• Стабилизаторы для TFT ЖКИ
• Источники опорного напряжения для гамма-коррекции TFT -дисплеев

Импульсные стабилизаторы

Наименование	Напряжение питания, В	Функция	Отличительные особенности	Корпус
BA6161N/F	4.5…16	ППН для электронной регулировки	Встроенная схема термостабилизации Хорошая стабильность выходного напряжения	SIP5 SOP8
BA9707KV	3.5…12	4-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	Возможность работы на частоте 1 МГц Прецизионный ИОН (±1%) Возможность синхронной работы	VQFP48
BA9708K	3.5…12	3-х. канальный контроллер импульсного стабилизатора	Возможность работы на частоте 1 МГц Прецизионный ИОН (±1%) Возможность синхронной работы	QFP32
BA9710KV	3.5…12	4-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	Версия BA9707KV для управления двумя двигателями	VQFP48
BA9743AFV	3.6…35	2-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	Разнообразие схем включения (повышение, понижение, инверсия напряжения) Широкий диапазон напряжения питания Нагрузочная способность выхода: 100мА Прецизионный ИОН (±1%)	SSOP-B16
BA9741F/FS	3.6…35	2-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	Широкий диапазон напряжения питания Нагрузочная способность выхода: 100мА Прецизионный ИОН (±4%)	SOP16 SSOP-A16
BA9744FV	2.5…35	2-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	Широкий диапазон напряжения питания Нагрузочная способность выхода: 30мА Прецизионный ИОН (±1%)	SSOP-B16
BA9736KV	2.8…13	6-ти канальный контроллер импульсного стабилизатора	Прецизионный ИОН (±1%) Встроенные МОП-драйверы для синхронного выпрямления (2 выхода) 5 и 6 каналы можно использовать в качестве контроллеров управления двигателем	VQFP64
BA9737KV	2.5…13	4-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	Прецизионный ИОН (±1%) Вкл./выкл. каждого канала Макс. ток в режиме выключения: 10 мкА	VQFP48
BD9713KV	5.0…13	7-ми канальный контроллер импульсного стабилизатора	Выход может непосредственно управлять полевым транзистором, Прецизионный ИОН (±1%)	VQFP48
BD9300/F/FV	3.6…35	1 канальный контроллер импульсного стабилизатора	Возможные конфигурации: повышение, понижение, инвертирование напряжения и др.; Встроенная защита от токовой перегрузки; Схема защиты от работы при недопустимо низком входном напряжении. Прецизионный ИОН (±1%) Вход управления экономичным режимом	DIP14 SOP14 SSOP-B14
BD9775FV	6.0…30	2-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	1 канал синхронного выпрямителя, выход может непосредственно управлять полевым транзистором, защита от токовой перегрузки, Возможность синхронизации от внешнего источника Широкий диапазон напряжения питания Прецизионный ИОН (±1%)
BD9714F	3.5…24	2-х канальный контроллер импульсного стабилизатора	Широкий диапазон напряжения питания Нагрузочная способность выхода: 30мА. Защита от токовой перегрузки	SOP22
BD9730KV	2.5…11	5-ти канальный контроллер импульсного стабилизатора	Работа от одной литиевой батареи Малый потребляемый ток, Выход непосредственно управляет как БПТ, так и полевым транзистором. 4 канала понижающего преобразования, 1 канал повышающего преобразования Прецизионный ИОН (±1,2%)	VQFP48
BD9731KV	2.8…11	5-ти канальный контроллер импульсного стабилизатора	Малый потребляемый ток, Выход непосредственно управляет как БПТ, так и полевым транзистором. 4 канала понижающего преобразования, 1 канал повышающего преобразования Прецизионный ИОН (±1%)	VQFP48
BD9733KN	1.5…11	5-ти канальный контроллер импульсного стабилизатора	Минимальное входное напряжение: 1,5В Выход индикации нахождения напряжения в допустимых пределах 1 канал опционального повышающего или понижающего преобразования, 1 понижающий канал, 3 повышающих канала Прецизионный ИОН (±1%)	VQFN48
BD9739KN	1.5…10	7-ми канальный контроллер импульсного стабилизатора	3 повышающих канала, 2 понижающий канал, 1 канал с опциональным повышением или понижением напряжения. 2-кан. синхронный выпрямитель (2 канала встроенных МОП-драйверов) Безтрансформаторная схема за счет встроенного инвертирующего канала	UQFN64
BD9740KN	1.5…10	7-ми канальный контроллер импульсного стабилизатора	2 повышающих канала, 1 понижающий канал, 3 канала с опциональным повышением или понижением напряжения. 2-кан. синхронный выпрямитель (1 канал встроенных МОП-драйверов) Безтрансформаторная схема за счет встроенного инвертирующего канала	UQFN48
BD9701FP/T/T-V5	8…35	1 импульсный стабилизатор с мощным МОП-транзистором	Нагрузочная способность выхода 1.5A. Регулируемое выходное напряжение. Встроенная защита от токовой перегрузки Частота преобразования 100 кГц.	TO252-5 TO220FP-5
BD9702CPV-V5	8…35	1 импульсный стабилизатор с мощным МОП-транзистором	Нагрузочная способность выхода 3.0A. Регулируемое выходное напряжение. Встроенная защита от токовой перегрузки Частота преобразования 100 кГц.	TO220FP-5
BD9703FP/T/T-V5	8…35	1 импульсный стабилизатор с мощным МОП-транзистором	Нагрузочная способность выхода 1.5A. Регулируемое выходное напряжение. Встроенная защита от токовой перегрузки Частота преобразования 300 кГц.	TO252-5 TO220FP-5
BD9850FVM	4…9	1 контроллер импульсного стабилизатора	Возможность понижения напряжения на частоте 2МГц	MSOP8
BD9302FP	6…18	2 понижающих импульсных стабилизатора, 2А выход на основе мощного МОП-транзистора	Частота преобразования 200 кГц…. 2.5МГц Идеально подходит для смещения ЦСП (цифровой сигнальный процессор) с простой схемой включения	HSOP-25
BD9851EFV	4…18	2 контроллера импульсного стабилизатора	Возможные конфигурации: понижающий/понижающий, повышающий/инвертирующий/ повышающий/понижающий и др. стабилизаторы. Возможность работы на частоте 3 МГц позволяет использовать индуктивности и емкости меньших номиналов.	HTSSOP-B20

Понижающие импульсные стабилизаторы с повышенным входным напряжением и высокой нагрузочной способностью

Стабилизаторы для TFT ЖКИ

Источники опорного напряжения для гамма-коррекции TFT -дисплеев

Импульсный стабилизатор напряжения на микросхеме МС34063

Многие люди, далёкие от электроники, считают, что все приборы питаются от обычного сетевого напряжения 220В — это логично, ведь чтобы включить устройство, мы втыкаем штекер в розетку, а не куда-либо ещё. Но на самом деле, электронные схемы, как правило, питаются от низкого напряжения, обычно в диапазоне 3,3 — 12В, а вот исполнительные устройства, какие-либо лампочки, насосы, ТЭНы, любая силовая электроника уже питается напрямую от 220В, а низковольтная логическая электроника при этом выступает в роли «мозгов» устройства. Создание источников питания — довольно интересная и обширная область в радиоэлектронике, ведь для преобразования высокого сетевого напряжения в низкое требуются либо специальные устройства — трансформаторы, либо целые отдельные электронные устройства — импульсные блоки питания. Кроме того, помимо задачи понижения сетевого напряжения часто встаёт вопрос о преобразовании одного низкого напряжения в другое, например, часто требуется получить из 12В, например, 3В, 5В, либо какое-то другое значение. Есть и обратная задача — как из 3 или 5В получить более высокое напряжение. Например, повышающие преобразователи используются в каждом power-bankе, там напряжение с литий-ионных аккумуляторов (оно равно 3,3-4,2В) нужно повысить до стабильных 5В, от которых уже можно зарядить телефон либо питать другие гаджеты. В случае, если постоянное напряжение нужно понизить на ум сразу приходят стабилизаторы серии 78lХХ, они могут иметь разный индекс (обозначен ХХ), соответственно и разное напряжение на выходе, например, 7805 понижает ровно до 5В, 7809 до 9 вольт, аналогично и с другими значениями. Эти микросхемы — линейные стабилизаторы, их особенностью является то, что они рассеивают на себе всю разницу напряжений между входом и выходом, а потому ощутимо нагреваются и при работе с приличными токами требуют массивных радиаторов.

Ниже представлен вариант схемы, позволяющий регулировать напряжение на выходе переменным резистором:

Как можно заметить, схема почти не отличается от предыдущей, за исключением того, что вместо делителя R1 R2 подключен переменный резистор на 10 кОм между выходом и землёй, а его средний вывод также подключается к пятому выводу микросхемы, обеспечивая работу обратной связи. Здесь можно использовать любой переменный резистор с сопротивлением 10-47 кОм, его можно вывести с платы на проводах, либо впаять прямо на плату. Также на этой схеме можно увидеть низкоомный резистор R1 на входе схемы, он имеет сопротивление всего 0,3 Ома, что очень мало. Он необходим для ограничения бросков тока при включении схемы, чтобы ток заряда конденсаторов, подключенных к выходу стабилизатора, не вывел микросхему из строя. Данный резистор не является обязательным, но его наличие желательно в обоих вариантах схем.

На картинке выше приведены графики, взятые из документации на микросхему МС34063, самые любопытные могут ознакомиться с её режимы работы и параметрами.

Схема собирается на миниатюрной печатной плате, элементы используются в планарных корпусах. Вход и выход поступают на плату через три контакта, из которых «+» — входное напряжение, «-» — общая земля схемы, «5в» — выходное напряжение. Как можно заметить, такая распиновка совпадает с расположением выводов микросхем серии 78lХХ, а потому, припаяв на такую платку штырьковые выводы, ей можно заменять микросхемы 78lХХ, располагая плату вертикально. Вместо переменного резистора автор использует подстроечный многооборотный, он позволяет задавать напряжение на выходе с точностью чуть ли не до сотых вольта. Ниже представлены фотографии готовой платы.

Таким образом, получился отличный вариант импульсного стабилизатора, который с успехом может заменить линейные стабилизаторы в тех случаях, когда ток не превышает 500-700 мА. Для повышения рабочего тока схемы её нужно модифицировать путём добавления дополнительного транзистора. Удачной сборки! Все вопросы и дополнения пишите в комментарии.

Микросхема для импульсного понижающего стабилизатора тока

Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, о котором пойдет речь, разрабатывался под кон­кретный корпус, в качестве которого был взят корпус из белого полистирола от миниатюрной телефонной розетки 2 xRJ 11 размерами 58x42x21 мм. Устройство предназначено для подключения в качестве дополни­тельного модуля к лабораторному блоку питания с выходным напряжением 10. 24 В постоянного тока и рассчитано на подключение нагрузки с номинальным напряжением питания 5 В при’токе до 0,5 А. Практи­ческая необходимость в таком стабилизаторе была обусловлена тем, что при отладке макетов конструк­ций для их питания часто требуется несколько напря­жений, обычно +5 В, и одно или несколько напряже­ний в диапазоне +8 +24 В Это вынуждает использо­вать или многоканальный лабораторный блок питания, который может быть занят питанием других устройств, или вынуждает задействовать несколько вспомога­тельных блоков питания, что не только загромождает рабочий стол, но и нередко требует их синхронного включения/выключения.

Стабилизатор напряжения +5 В постоянного тока построен на широко распространенной интегральной микросхеме МС34063АР. Структурный состав этой микросхемы показан на рис. 1.

Использованная в кон­струкции ИМС выполнена в корпусе DIP -8, более эф­фективно отводящим тепло, чем вариант исполнения этой микросхемы в корпусе SO -8, предназначенного для поверхностного монтажа Микросхема работоспо­собна при входном напряжении до 40 В. Максималь­ный импульсный ток выходного транзистора может до­стигать 1,5 А.

Принципиальная схема устройства представлена на рис. 2.

Напряжение питания 10. 24 В через фильтр С1, L 1, С2, самовосстанавливающийся предохрани­тель FU 1 и защитный диод Шоттки VD 1 поступает на вход микросхемы импульсного стабилизатора напря­жения DA 1 . Конденсаторы С4, С5, С6 сглаживают пуль­сации входного напряжения. Конденсатор С7 опреде­ляет рабочую частоту преобразователя напряжения, которая в этом устройстве составляет 30. 80 кГц в за­висимости от входного напряжения питания и потреб­ляемом нагрузкой токе. Дроссель L 2 — накопительный. Конденсаторы С8 , С12 и дроссель L 3 сглаживают пуль­сации выходного напряжения, размах амплитуды ко­торых при максимальном токе нагрузки на превыша­ет 5 мВ на частоте преобразования. Выходное напря­жение определяется соотношением сопротивлений ре­зисторов R 2 и R 3 Чем больше сопротивление R 3, тем будет выше выходное напряжение. Стабилитрон VD 3 с напряжением стабилизации 6,2 В защищает нагруз­ку от повреждения высоким выходным напряжением при неисправности DA 1 . В случае, если составной клю­чевой транзистор микросхемы будет пробит, выход­ное напряжение стабилизатора будет стремиться по величине достигнуть входного, стабилитрон VD 3 от­кроется и ограничит выходное напряжение на уровне напряжения стабилизации VD 3. Ток через этот стаби­литрон резко возрастет, также возрастет ток и через самовосстанавливающийся предохранитель FU 1, пре­дохранитель быстро разогреется и перейдет в состояние высокого сопротивления, протекающий через него и через нагрузку ток резко снизится. Сверхъяркий светодиод HL 1 сигнализирует о наличии выходного на­пряжения. Самовосстанавливающийся предохранитель необходим также и для защиты исправной микросхемы от перегрузки, поскольку, при некоторых сочетаниях тока нагрузки и входного напряжения стабилизатора, встро­енная в микросхему защита может оказаться неэф­фективной.

При входном напряжении импульсного стабилиза­тора 12 В и потребляемом нагрузкой токе 0,5 А, потреб­ляемый стабилизатором ток составит около 280 мА. Та­ким образом, КПД преобразователя напряжения со­ставит около 60 %. Если бы на месте импульсного ста­билизатора был линейный стабилизатор напряжения, то при таких же условиях его КПД оказался бы не бо­лее 41 %. Причем, с ростом входного напряжения раз­рыв в КПД между импульсным и линейным стабили­затором будет увеличиваться. Микросхемы серии МС34063 при работе в качестве понижающих преоб­разователей напряжения не являются лидерами по КПД, одна из причин этого — составной транзистор Дарлингтона в качестве силового ключа. Тем не ме­нее, понижающие преобразователи напряжения на этих ИМС экономичнее линейных, дешевы, компакт­ны, благодаря чему широко распространены и в про­мышленных устройствах. Например, импульсные ста­билизаторы на МС34063 можно встретить в многофунк­циональных телефонных модемах Zyxel серии Omni 56К, планшетных сканерах Genius ColorPage.

Вид на монтаж устройства показан на рис. 3.

Интегральную микросхему МС34063АР можно за­менить

на МС34063АР1, МС33063АР1, MC 33063 AVP (термостойкая), КА34063А, IP 33063 N , IP 34063 N. Для повышения надежности микросхемы к ее корпусу не­обходимо приклеить латунный или медный теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 6. 10 см 2 (одна сторона). Приклеить теплоотвод можно с помо­щью теплопроводящего клея «Алсил», «Радиал». Такой клей должен быть консистенции жидкой сметаны (в продаже очень часто встречается просроченный или уже затвердевающий клей). При отсутствии такого клея можно воспользоваться моментальным клеем «Секунда» или аналогичным, способным склеивать ме­таллы. Склеиваемые поверхности зачищают средне- зернистой наждачной бумагой и обезжиривают аце­тоном, чистым спиртом. После нанесения на обе по­верхности первого тонкого слоя моментального клея его просушивают 20 минут. Затем надо нанести второй слой, после чего склеиваемые компоненты соединяют. Дио­ды с барьером Шоттки 1 N 5819 можно заменить на MBRS 140 T 3, MBR 150, MBR 160, BYV 10-40. Вместо ста­билитрона 1 N5341 подойдет 2С456А, КС162А. Светодиод RL 30- CD 744 D можно заменить любым аналогич­ным сверхъярким синего или белого свечения. Подой­дут и другие светодиоды общего применения. Конден­саторы С1, С2, СЗ — керамические или пленочные на рабочее напряжение не ниже 35 В. С4, С6 — керами­ческие или танталовые ( SMD ) на рабочее напряжение не менее 25 В. С7 — пленочный или керамический. С8, С10, С12-танталовые. С11 — керамический. С5, С9- оксидные алюминиевые. Резистор R 1 — МЛТ, С1 -4 или импортный аналог. Остальные резисторы применены малогабаритные для поверхностного монтажа ( SMD ). Все дроссели могут быть изготовлены на кольцах из низкочастотного феррита НМ2000 размером 10x6x5. Дроссель L 1 содержит один виток сложенного вдвое многожильного монтажного провода. Дроссель L 2 со­стоит из двух таких колец, склеенных вместе -15 вит­ков литцендрата ПЭВ-1 11×0,13. Дроссель L 3- 10 вит­ков такого же или одножильного провода ПЭВ-2 0,68. Перед укладкой обмоток острые края колец затупля­ют, после чего кольца плотно обматывают лакотканью. Собранные дроссели L 2, L 3 желательно пропитать трансформаторным лаком или компаундом. Самовос­станавливающийся предохранитель можно заменить на MF — R 030, LP 60-025, LP 60-030.

Безошибочно собранный из исправных деталей стабилизатор начинает работать сразу. При необхо­димости подбором сопротивления резистора R 3 мож­но изменить выходное напряжение. При настройке ста­билизатора на питание нагрузки напряжением +5 В ре­комендуется устанавливать выходное напряжение в пределах 5,05.. 5,1 В, чтобы компенсировать падение напряжения в соединительных проводах. Благодаря наличию диода VD 1 этот стабилизатор можно подклю­чать к сетевым адаптерам с выходным напряжением переменного тока. Подойдут адаптеры питания с на­пряжением на вторичной обмотке силового трансфор­матора 12. 16 В.

1. Бутов А.Л Импульсный стабилизатор для телефонного аппарата. — Радиомир, 2008, №11, стр. 6, 7

2. Бутов А.Л. Регулируемый блок питания с импульсным стабилизатором напряжения. — Радио, 2008 №10,

Ярославская область, с. Курба E — mail : andrey — rad @ yandex . ru