Про MC34063, релейную стабилизацию и прочее.... Опции

[Needle]

Возникла у меня недавно необходимость сделать повышающий преобразователь 3 - 5 вольт, и током 500 мА, причем одними из требований были максимально высокий кпд, так как питание предполагалось от аккумулятора, и доступность элементов в нашей деревне.

Основная задача была правильно рассчитать сам преобразователь, намотать дроссель, а потом проверить рачет на макетке практически, сразу определившись с КПД... И только потом уже подобрать подходящий по параметрам контроллер...

Катушку рассчитал и намотал. Собрал на макетке классическую step-up схему с параметрами максимально приближенными к идеальным. Единственное, что осталось, так это подать на нее импульсы требуемой частоты, погонять под нагрузкой, повариировав длительностью. На роль ШИМ генератора прекрасно подошел attiny13 с ручной регулировкой скважности, тем более что частота требовалась не высокая (контроллер и ключ питались отдельно, от 5 в)
Испытания превзошли все ожидания, с расчетом катушки попал почти в точку, при максимальной скважности держала требуемые 500 мА, 5 в аж от полтора вольта входного напряжения! И не грелось ничего почти, потму что средний КПД получался 90-95% Просто класс!
Осталось прицепить контроллер... Спросил интернет, интернет сказал, что для подобного приложения прекрасно подходит ШИМ(?) контроллер типа 34063, и все его уже давно используют и в хвост и в гриву. Хорошо. Посмотрел даташит - правда, подходит. О PWM правда ни слова, но тогда я разницы особой не видел. Причем использовать его желательно с внешним низковольтным ключом, что как раз меня удовлетворяло... Распаял за 10 минут, включил, заработало сразу. Пять вольт на выходе стояли как железные. Нагрузил, и смотрю что стало греться мое творение. Померил соотношение напряжений на входе и выходе, и офигел! КПД 70%
От чего? Схема преобразователя рабочая, только что ведь все было ок... Посмотрел осциллом - все соответствует букварю по 34063... Опять же не ШИМ, поэтому особой красоты и стабильности на осциллографе не добъешься, но претензий особых нет, остальное все в норме. А где КПД?
Вернулся к тестовой схеме, опять все ок - не менее 90-95%. Мистика!
Решил попробовать другую классику - TL494. Там уж настоящий шим, по питанию не катит правда , но в качестве эксперимента стОит попробовать... Запустил... И вот они мои 90-95%! Все вернулось на круги своя
Но заметил такую весч... При определенном диапазоне нагрузок дроссель начинает свистеть, Сигнал на осцилле подрагивает с частотой свиста, при этом КПД резко падает, остальные параметры остаются в норме. Причину я нашел, поставил побольше емкости по питанию и дроссель в обратную связь(в ущерб быстродействию).
Естественно, это все навело меня на мысль: что любые, даже маленькие периодические девиации скважности ведут к резкому падению КПД. А как работаеет MC34063? Стоит только запомнить и разглядеть историю работы контроллера хотя бы за долю секунды, Там же жуть какая-то на выходе творится! Все изменяется, и скважность и частота и все это в перемешку с непонятным мусором, половина которого периодически почти вгоняет сердечник в насыщение. Отсюда и 70%... Вот…
Короче решил пока остаться поклонником ШИМ стабилизации. Не знаю может быть релейный способ тоже хорош (уж по быстродействию эт точно). Но пока что моя недолгая практика в преобразовательной технике показала немного другое…

Мне предстоит не один раз окунаться в подобную схемотехнику, и хотелось бы использовать распространенную элементную базу. Низковольтные ШИМ контроллеры все-таки дороги, да и частенько не так уж и дотупны. 33063 и им подобные более распространены. Но что-то мои эксперименты не радуют (в микрокапе такой же результат). Отсюда вопросы для знатоков:
1. Принцип релейной стабилизации все-таки хуже чем ШИМ в отношении КПД(Почитал теорию, ничего не нашел, вроде все должно работать как часы)???
2. MC34063 - полное Г, не смотря на всеобщую любовь к ней или я просто не умею ее «Готовить»???
Если Г, тогда есть ли качественная не очень дорогая альтернатива?
А если нет, то в чем секрет ее приготовления?


Кстати, я собрал этот девайс, На прошлой неделе он показал себя на отлично Не стал применять никакой специализированный контроллер, а оставил attiny13, навесив на него несколько сервисных функций и добавив внешний усилитель ошибки.
И еще после некоторой доработки, получилось неплохое зарядное устройство для мобилы от батареек. съедает их полностю, в любом количестве, до последнего сохраняя 5в на выходе, потом автоматически вырубается) Индицирется процесс насыщения преобразователя при падении напряжения питания или перегрузки на выходе (без тиньки это сделать было бы не просто) Схему могу выложить при желании…

[Microwatt]

Релейный метод, ШИМ, ЧИМ или еще какой - все это к КПД не имеет никакого отношения.
КПД складывается из потерь в силовых компонентах и моточных. В меньшей мере - от затрат на управление.
Потому - учитесь таки готовить. А это значит - понимать физический смысл процессов в стабилизаторе.
Если непонятно, что такое насыщение ключа или даже вообще неизвестно такое явление, то получить с 1.5 вольта входного хоть что-то - не получится. Ни с МК, ни с ТЛ, ни с МС..

[Andr2I]

Релейный метод, ШИМ, ЧИМ или еще какой - все это к КПД не имеет никакого отношения.

Однако очень серьезное замечание
Давайте обыграем ситуацию, когда потери на схеме управления пренебрежимо малы, индуктивности далеки от насыщения, а выходной каскад - полевой транзистор (как у автора темы) один и тот же.
При максимальной (для схемы) нагрузке все методы (релейник, ЧИМ и ШИМ) покажут одинаковый результат. Но вот если мощность немного меньше максимальной у ЧИМ и релейника будет выше КПД за счет меньших потерь на переключения ключа (реже будет переключаться). Потери на активном сопротивлении катушки и ключа (в открытом состоянии) будут одинаковы - средний ток тот же.

[Прохожий]

Но вот если мощность немного меньше максимальной у ЧИМ и релейника будет выше КПД за счет меньших потерь на переключения ключа (реже будет переключаться).

Не факт.
Динамические потери очень сильно зависят от времени коммутации силового ключа и топологии печатной платы.

[Andr2I]

Не факт.
Динамические потери очень сильно зависят от времени коммутации силового ключа и топологии печатной платы.

Подразумевалось, что силовой ключ, топология и выходной драйвер идентичены для каждого метода управления

То, что релейник будет реже переключаться, еще не обязательно говорит о более высоком КПД. ШИМ будет переключаться чаще, но там амплитуда тока меньше при пониженной нагрузке.

Вообще вопрос интересный!
Рассмотрим 3 случая, в каждом из них средний ток равен 1А и этот ток протекает черз резистор 1Ом.
1) Ток постояннный, мощность на резисторе 1Вт
2) Ток прерывистый, с коэффициентом заполнения 50%, мощность на резисторе 0,5* 2*2*1= 2Вт
3) коэффициент заполнения 10%, мощность 0,1*10*10*1 = 10Вт

Возможно вы правы....

Как ни верти, а с низкого напряжения МС34063 ничего путного не даст из-за больших потерь в ключе, большого напряжения насыщения. Ну, внешний ключ - другой разговор.

+1

Сообщение отредактировал Andr2I - Jul 28 2010, 16:10

[Microwatt]

Вообще вопрос интересный!
Рассмотрим 3 случая, в каждом из них средний ток равен 1А и этот ток протекает черз резистор 1Ом.
1) Ток постояннный, мощность на резисторе 1Вт
2) Ток прерывистый, с коэффициентом заполнения 50%, мощность на резисторе 0,5* 2*2/1= 2Вт
3) коэффициент заполнения 10%, мощность 0,1*10*10/1 = 10Вт

Кажется, здесь просчитана мгновенная мощность или что-то еще. Средняя останется неизменной, все тот же 1 Ватт.
На этом стояла и стоять будет импульсная техника.
2ампера на 1 оме взяты Вами не совсем корректно. Для мощности 1 ватт ток при 50% заполнении должен быть корень из двух, не 2 , а 1.41 ампера.
Не забудем, что для того, чтобы прокачать через 1ом 2 ампера и напряжение нужно 2 вольта. А 2х2=4 при заполнении 50% это будет Ваши 2 ватта.
То же самое при заполнении в 10%. Напряжение и ток не в десять, а в 3.16 раза выше.