Понижающий DC-DC преобразователь 12В/9,5В 3А на микросхеме SC1101

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 конденсаторы меньшей ёмкости в выходном фильтре, 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 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, ток потребления у SC-шки всего 8 мА).

Во-вторых, опять же по даташиту, максимальное 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).

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.

Итоги:

Полученный преобразователь при входном напряжении от 12 до 16 Вольт выдаёт на выход стабильные 9,5 Вольт при токе 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 нет, т.к. вырезали прямо из материнки.

Источник: www.radiohlam.ru

C этой схемой также часто просматривают:

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 12/220 В - 50 Гц
Преобразователь напряжения 12---> 220 В
Преобразователь напряжения 12---> 220 В до 200 Вт
Импульсный стабилизированный преобразователь напряжения
Преобразователь спектра сигналов электрогитары
Понижающий DC-DC преобразователь 12В/5В 1А на микросхеме CS5151
Синхронный понижающий DC-DC преобразователь 12В/5В(9,5В) 3А на микросхеме HIP6004
Импульсный блок питания 5Вх1,2А на микросхеме TNY265
Зарядное устройство для ноутбука в автомобиле