Články / Návody a teória

Ne-bojme sa DC/DC meničov

---

Pred nedávnom sa mi do rúk dostal vyhorený DC/DC modul na opravu. Osobne u mňa som mal odpor používať tieto meniče v zapojeniach hlavne z dôvodu nevedomosti, pochybností ohľadom kvality a spoľahlivosti tohto druhu napájacieho zdroja. Po oživení tohto meniča som bol prekvapený jeho kvalitou a hlavne cenou súčiastok. Tak som sa rozhodol použiť toto zapojenie v nejakej aplikácii s procesorom AVR. Po zopár neúspechoch som našiel vhodnú kombináciu parametrov a s použitím dodatočného filtra som použil tento obvod v projekte digitálneho procesného ukazateľa ktorého základom bol obvod ATMEGA8. Zapojenie som niekoľko dní testoval pri rôznej kvalite a úrovni napájacieho obvodu a všetko prebehlo bez najmenších problémov.

Na trhu je pomerne veľa druhov obvodov a dokonca aj kompletné DC/DC meniče ktoré sú konštrukčne riešené tak že sú všetky časti umiestnené v jednom puzdre čo jednoznačne uľahčuje prácu a hlavne minimalizuje rozmer výsledného zariadenia. Ich cena je však trochu mimo dosah bežného rádioamatéra a to je ďalší dôvod prečo sa napriek ich výhodám skoro vôbec nepoužívajú.

Celú dobu tu píšem o jednom konkrétnom obvode. K jeho funkčnosti treba zopár ďalších súčiastok ale práve táto varianta umožňuje jeho širšie použitie a zámenou súčiastok sa z tohto meniča dá urobiť napríklad step-down, step-up, inverting menič čo jednoznačne prekoná kompaktné meniče ktoré sú kompletne zapuzdrené. Jedná sa o obvod MC34063. Jeho vstupné napätie môže dosahovať hodnotu 3 – 40V, výstupný prúd až 1,5A s možnosťou prúdového obmedzenia. Toto všetko dosiahneme obvodom v puzdre DIP8 alebo SO-8 bez akéhokoľvek chladenia a bez nutnosti použitia koncového tranzistora. Teraz som uviedol asi najväčšiu výhodu tohto druhu meniča a to je skoro žiadne stratové teplo a neporovnateľná účinnosť oproti monomilitickým stabilizátorom.

Zaujímavé bolo aj zoznámenie sa z obvodom a návrh hodnôt súčiastok je pomerne jednoduchý. Oživenie pracuje na prvé zapojenie bez potrieb dodatočného nastavenia. Výstupné napätie sa nastavuje pomocou odporového deliča (kde výpočet je zhodný s LM317). Návrh kondenzátora od ktorého je odvodená frekvencia oscilátora je už trochu zložitejší a záleží od veľa faktorov. Pre tento účel je k dispozícii kalkulačka pomocou ktorej je možné jednoducho prepočítať všetky potrebné hodnoty súčiastok.

Kalkulačku nájdete na adrese: http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml

Pre moje použitie napájania procesorov AVR napätím 5V sa mi osvedčilo nasledovné zapojenie:
Pre zmenšenie zvlnenia výstupného napätia som použil na výstupe meniča RC filter. Pôvodne je v katalógovom liste použitý LC filter ale zariadenia pracujú spoľahlivo aj s použitím tejto verzie filtra. Všetky súčasti zariadenia napájam ešte pre tento filter aby nedochádzalo k zbytočnému zaťažovaniu filtra. Presne toto uvedené zapojenie som stihol použiť už v cca 20 zapojeniach a všetky pracujú bez problémov. Ako tlmivku na výstupe doporučujem použiť toroidnú tlmivku a pre prúd do 100mA sa osvedčilo použitie malej axiálnej cievky ktorej veľkosť je porovnateľná s odporom veľkosti 207. Odporom Rsc sa nastavuje hodnoty úrovne maximálneho prúdu pri ktorom má v obvode zareagovať prúdová limitácia výstupného prúdu. Kondenzátor Ct určuje frekvenciu oscilátora a následne aj frekvenciu výstupného tranzistora Q1. Z praxe sa osvedčila hodnota kondenzátora 470pF čo zodpovedá frekvencii 20kHz. Požiadavka na presnosť kondenzátora nie je až tak náročná a bežne používam štandardné keramické kondenzátory. Ako už bolo spomenuté pomocou R1 a R2 sa nastavuje úroveň výstupného napätia. Pôvodne som namiesto R1 používal viac otáčkový trimer za účelom dostavenia úrovne výstupného napätia. Pri požadovanom výstupnom napätí 5V používam odpor R1=1k2 a R2=3k6 oba s presnosťou 1% a výstupné napätie sa pohybuje v rozsahu 4,97 – 5,02V kus od kusu takže nejaké doladenie nie je vôbec potrebné.

Pre kompletnosť uvádzam výňatok z katalógového listu obvodu kde sú zobrazené zostávajúce možné zapojenia obvodu:

STEP-UP:

INVERTING:

Všetky informácie sú k dispozícii v katalógovom liste obvodu odkiaľ sú prevzaté aj základné zapojenia obvodu. Dokonca je možné tento obvod prúdovo posilniť pomocou externého spínacieho tranzistora čo umožňuje spracovať aj väčší prúd ako 1,5A.

Na záver chcem len napísať že už používam iba tento obvod a obvody 78xx používam už iba v zopár zapojeniach kde je potreba počítať s chladičom a v niekoľko prípadoch má tento chladič naozaj nezanedbateľné rozmery. V mojom prípade tento obvod splnil moje očakávania a vedel by som si predstaviť jeho použitie aj v regulovateľnom napájacom zdroji. Dúfam že tento článok prispeje k prekročeniu nevedomosti ďalších elektrotechnikov a v mojom prípade bola jediné čo bránilo použiť tento typ zdroja v mojich zapojeniach.

Autor: Datam