USB-зарядка на мікросхемі МС33063А

Пропоноване пристрій призначений для підключення в якості додаткового модуля до будь-якого джерела з вихідним напругою 9 … 24 В постійного струму і забезпечує вихідну постійну напругу 5 В при струмі навантаження до 0,5 А. Його зручно використовувати в автомобілі, автобусі, яхті, катері або будь-якому іншому транспортному засобі з бортовою мережею 12 або 24 В.

Якщо у вашому розпорядженні є відносно низьковольтний джерело напруги постійного струму, наприклад акумуляторна батарея, але з якихось причин ви не можете скористатися зарядним пристроєм з живленням від мережі 220 В / 50 Гц, то для стаціонарного харчування мобільних пристроїв і поповнення заряду їх вбудованих літієвих акумуляторних батарей можна скористатися нескладним зарядним пристроєм.

Стабілізатор напруги +5 В постійного струму побудований на відомій інтегральній мікросхемі MC33063AVP. Функціональний склад цієї мікросхеми показаний на рис.1.

Використана в конструкції ІМС виконана в корпусі DIP-8, більш ефективно відводить тепло, ніж варіант виконання цієї мікросхеми в корпусі SO-8, який призначений для поверхневого монтажу. Мікросхема працездатна при вхідній напрузі до 40 В. Максимальний імпульсний струм складеного вихідного інтегрального транзистора до 1,5 А.

Принципова схема пристрою показана на рис.2. Напруга живлення 9 … 24 В через фільтр C1L1C2, полімерний самовідновлюється запобіжник FU1 і захисний діод Шотткі VD1 надходить на вхід мікросхеми імпульсного стабілізатора напруги DA1. Конденсатори С4-С6 згладжують пульсації вхідного напруги.

Конденсатор С7 визначає робочу частоту перетворювача напруги, яка в цьому пристрої складає 30 … 80 кГц, в залежності від вхідної напруги харчування і споживаного підключеної навантаженням струму. Дросель L2 накопичувальний.

Конденсатори С8-С11 і дросель L3 згладжують пульсації вихідної напруги, розмах амплітуди яких при максимальному струмі навантаження не перевищує 5 мВ на робочій частоті перетворення. Вихідна напруга визначається співвідношенням опорів резисторів R2 і R3. Чим більше опір R3, тим буде вище вихідна напруга.

Стабілітрони VD3-VD5 з напругою стабілізації 5,6 В захищають навантаження від пошкодження високим вихідним напругою при несправності ІМС DA1. У разі якщо складовою ключовий транзистор мікросхеми буде пробитий, вихідна напруга стабілізатора буде прагнути досягти за величиною вхідної напруги, стабілітрони VD3-VD5 відкриються і обмежать вихідна напруга на рівні робочої напруги стабілітронів.

Струм через ці стабілітрони різко зросте, також зросте струм і через самовідновлюється запобіжник FU1, запобіжник швидко розігріється і перейде в стан високого опору, що протікає через нього, стабілітрони і навантаження струм різко знизиться. Сверхьяркій світлодіод HL1 сигналізує про наявність вихідної напруги.

Самовідновлюється запобіжник необхідний також і для захисту справної мікросхеми від перевантаження, оскільки при деяких сполученнях струму навантаження і вхідної напруги стабілізатора вбудована в мікросхему захист може виявитися неефективною.

При вхідній напрузі імпульсного стабілізатора 12 В і споживаної навантаженням струмі 0,5 А, споживаний стабілізатором ток складе близько 280 мА. Таким чином, ККД перетворювача напруги складе близько 60%. Якби на місці імпульсного стабілізатора був лінійний стабілізатор напруги, то при таких же умовах його ККД був би не більше 41%.

Причому з ростом вхідної напруги розрив в ККД між імпульсним і лінійним стабілізатором буде збільшуватися. Мікросхеми серії МС33063 при роботі в якості понижуючих перетворювачів напруги не є лідерами по ККД, одна з причин цього — складовою транзистор Дарлінгтона в якості силового ключа. Проте, вони дешеві, компактні, завдяки чому, наприклад, імпульсні стабілізатори на мікросхемах серій МС33063 і МС34063 можна зустріти в багатофункціональних телефонних модемах Zyxel серії Omni 56К, планшетних сканерах Genius ColorPage і ін. Пристроях.

Конструкція і деталі

Вид на монтажну плату пристрою показаний на фото 1. Монтаж двосторонній навісний. Інтегральну мікросхему MC33063AVP можна замінити МС34063АР, МС34063АР1, МС33063АР1, КА34063А, IP33063N, IP34063N. Мікросхема MC33063AVP відрізняється від інших значно більшою термостійкістю — 125 ° С замість 70 … 85 «С у інших.

Для підвищення надійності роботи мікросхеми до її корпусу необхідно приклеїти латунний або мідний тепловідвід з площею охолоджуючої поверхні 6 … 10 см2 (одна сторона). Приклеїти тепловідвід можна за допомогою теплопроводящей клею «АлСіл», «Радиал», моментальним клеєм «Секунда» або аналогічним, здатним склеювати метали, наприклад, БФ.

Діоди з бар’єром Шотткі 1 N5819 можна замінити на MBRS140T3, MBR150, MBR160, BW10-40. Замість стабілітронів 1N4734A підійдуть BZV55C-5V6, TZMC-5V6. На час перевірки працездатності пристрою і його налаштування стабілітрони відключають.

Світлодіод RL30-CD744D можна замінити будь-яким аналогічним сверхьяркім синього або білого світіння. Підійдуть і інші світлодіоди загального застосування.

Конденсатори С1-СЗ керамічні або плівкові на робочу напругу не нижче 35 В. Конденсатори С4, С6 керамічні або танталові (SMD) на робочу напругу не менше 25 В. Конденсатор С7 плівковий або керамічний. Конденсатори С8, СЮ танталові. Конденсатор С11 керамічний. Конденсатори С5, С9 оксидні алюмінієві.

Резистор R1 типу МЛТ, С1 -4, С2-23 або імпортний аналог. Решта резистори застосовані малогабаритні для поверхневого монтажу (SMD).

Всі дроселі можуть бути виготовлені на кільцях з низькочастотного фериту НМ2000 розмірами 10x6x5 мм. Дросель L1 містить один виток складеного вдвічі многожильного монтажного проводу. Дросель L2 складається з двох таких кілець, склеєних разом. Він має 15 витків літцендра-таПЕВ-1 11 ? 0,13. При наявності достатнього вільного місця в корпусі, бажано для цього дроселя застосувати три склеєних разом таких кільця. Дросель L3 містить 10 витків такого ж або одножильного дроту ПЕВ-2 0,68.

Полімерний самовідновлюється запобіжник можна замінити на MF-R030, LP60-030.

Пристрій в зборі показано на фото. Корпус виготовлений з телефонної розетки 2xRJ11 розмірами 58x42x21 мм. У корпусі закріплені: вхідне гніздо живлення XS1 з припаяним до його висновків конденсатором С1; USB-гнез-до XS2 і світлодіод HL1. Безпомилково зібраний з справних деталей стабілізатор починає працювати відразу.

За потреби, підбором опору резистора R3 можна змінити вихідну напругу. Небажано збільшувати його більш 5,3 В. При налаштуванні стабілізатора на харчування навантаження напругою +5 В, рекомендується встановлювати вихідна напруга в межах 5,05 … 5,1 В, щоб компенсувати падіння напруги в сполучних проводах.

Завдяки наявності діода VD1, цей стабілізатор можна підключати до мережевих адаптерів з вихідним напругою змінного струму частотою 50 Гц. Підійдуть адаптери живлення з напругою на вторинній обмотці силового трансформатора 11 … 16 В.

Джерело: Радіоаматор №4 2014 Автор: Андрій Бутов, с. Курба, Ярославської обл.