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…

Да. Хотя микруха далека от совершенства, но выжать с неё > 90% КПД на 20V 1.5A нагрузки мне удалось без особого напряга. Ессно с внешним мосфетом.

В PDF на 34064 схемы бустов (внешних ключей) плохие, это да, есть такое.

Благодарю! Как-то я пропустил эту статью.

Вы сами же и описали причину - "вгоняет сердечник в насыщение" - увеличте токоограничивающий резистор и будет счастье .
Вообще КПД у релейника выше, чем у ШИМ - а вот шуму больше!

Желательно в комплекте. Оч. интересно.

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..

Я прекрасно знаю от чего зависит КПД. И так же всегда думал, что тип стабилизации не него не очень-то влияет. Но столкнулся с фактом и хочу в этом разобраться. Правда пока имею только возможность делать это при помощи интернета, поэтому и пишу сюда...
Готовить может не умею, но именно 34063, так как первый раз столкнулся, хоть он и распространен повсеместно. И причем здесь ключ не понимаю, он стоит отдельно за драйвером и прекрасно работает. Я же написал, что с самим преобразователем проблем не было, я его собрал и настроил, что доказали испытания и последующее подключение тл494 или attiny. И из 1,5 вольт не было проблем получить пять. Правда это не цель - достаточно и 2-х. И вообще схема уже в работе и не первый день. Просто пока появилось время решил все-таки разобраться с с этим стабилизатором, вот и все...



Подготовлю и выложу на днях, сейчас нет возможности. Следите за обновлениями)

Тогда вот Вам рецепт.
Это AN920/D - настольная статья для всех, имеющих дело с этими микросхемами.

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.

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

Да все топологии безразличны к методу модуляции. По сути своей. То, что есть отличия на холостом ходу из-за динамических потерь - проблемы конструкции, а не метода управления. И выше коллега о том же.
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.
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.
Хотя, на биполярном транзисторе в принципе трудно получить что-то хорошее при низком питающем, бывают исключения. Когда-то, в старину, делали источник на сплавных транзисторах (большой допустимый ток базы) во входом 1.2-1.5 вольта. Но там особая схемотехника трансформаторных ухищрений,

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



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....



+1

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.

Абсолютно не согласен с данным расчётом

2) Ток прерывистый, с коэффициентом заполнения 50%, мощность на резисторе 0,5* 2*2/1= 2Вт

Да 2Вт, но 50% времени работы т.е. средняя мощность = 1Вт

для 10% та жа история 10Вт 10% времени протекания тока
Здесь надо переходить на энергию P*t оперирование мощностью не уместно

а давайте еще раз подумаем. Мы обсуждаем что? источники равной мощности? импульсную мощность в зависимости от коэффициента заполнения? или что вообще?
Тогда обоим будет понятнее что уместно тут, а что - для другой оперы.

Спорить не о чем, остальное для другой оперы.

Промышленные преобразователи на MC34063 (то что мне попадались)
работали без свиста сердечников в определённом диапазоне токов,
при свисте кпд не считал(на ХХ особенно) но потребляемый средний ток возрастал

Хоть в DATASHEET и заявлено
Wide Input Voltage Range . . . 3 V to 40 V

Не попадаются схемы включения на минимальном напряжении питания

Схемы - не грибы. которые попадаются или не попадаются..
Реальные схемы - результат работы схемотехника и его расчетов. Посчитайте эффективность МС34063 при 3 вольтах. Яснее будет почему на асфальте грибы практически не попадаются, сколько их не ищи.
Эта микросхема для входных от 8-15 вольт, где с падением на ключе в 1.0-1.8 вольта можно смириться.

Ну.. опять я с Вами не совсем согласен, что сделал один всегда найдётся другой повторивший ЭТО.
Схемы конечно не грибы и если производитель заложил возможность использования от питания 3V
значит хотя бы раз их люди(по Вашему схемотехники) запустили данный процесс и если я не могу
сделать того же это уже вопрос ????

Согласен спор ни к чему не приведёт, в моём понимании при питании ниже 4V схемотехника и
и применение микросхем должно быть совсем другим, а 8-15 Вольт это идилия, и (к моему сожалению) ВЧЕРАШНИЙ день схемотехники

А Вы посмотрите, когда Motorola сделала эту микросхему. На то время это был шедевр, сейчас же никто силой не заставляет ее применять.

А вот это уже вопрос конкретно по КПД, что дешевле ?? постоянное использование девайса
или дешевизна при изготовлении, кратковременное применение

Дак тут немного не так. Делавшие это, другой, третий и тридцать третий оставили затею, просчитавши и испробовавши все. Только один упорно ищет "готовую" схему, не понимая, что ее и быть не может по объективным причинам. По крайней мере, я так ситуацию воспринял.
В принципе, если схема управления МС начинает дышать с 3 вольт, то и все остальное работает. Может 0.2ватта источник тоже кому-то нужен при входном 3 вольта. Тогда МС34063 справится кое-как и с этим. Искать тут особо нечего, все на нее расписано и легко проверяется, микросхема старинная.
А если что-то мощнее - нужно искать другое решение.
Кстати, выпускался ее клон с дополнительным ОУ (кажется, 50мА выход!) и встроенным диодом. Полный набор для каких хочешь источников. Но там оговорка, что диод до 100мА использовать. Это при том, что ключ 1.5А. т.е. источники на 25-100мА тоже кому-то нужны.

Это правильно только для чисто активной нагрузки. Сам напоролся на это, когда мучал флай на UC3845 - почему то сильно грелся токоизмерительный резистор , хотя средний ток был маленький. Специально нагружал этот резистор постоянным током равным среднему - температура была гораздо ниже.



При 50% заполнении мгновенный ток будет 2А, если необходимо перебросить 1Кулон за 1 секунду. Мгновенная мощность будет 4Вт, а средняя 2Вт. Но это при условии что фиксирован выходной ток, а не выходная мощность - звучит довольно дико ...

Есть конечно зависимость КПД от способа стабилизации, но она настолько мала, что ей можно смело пренебречь. Другое дело, насколько честно этот способ реализован в самой микросхеме, плюс все остальное...

Что касаемо MC 34063, то микруха в принципе не плохая, но только для применения в устройствах такой же ценовой категории, что и сама микросхема. КПД ее и правда мал. Причем существенно улучшить его не получится даже внешним ключом. В любом случае придется питать ключ через измерительный резистор, а без него схема работает неустойчиво...

Альтернатив доступных мало, вот и приходится вокруг нее постоянно крутиться или изобретать велосипед...

Разобрался я немного в этой проблеме.
Допустим, имеется паразитная генерация в схеме регулирования шим - вроде напряжение на выходе есть и ток держит прекрасно, транс правда свистит. Вот как раз при этом КПД, особенно на максимальной мощности, существенно уменьшается, особенно когда дроссель работает на грани насыщения. Такое бывает часто, просто в устройствах питающихся от сети это не так критично.
Как я понял, что-то похожее происходит и в схемах типа 34063. Ведь дроссель рассчитывается под определенную длительность импульса (частоту). И если его использовать на максимальных нагрузках, то превышение длительности
приведет к насыщению. Что у меня и вышло. ШИМ дает фиксированную частоту, изменяя скважность от расчетной до минимума. Дроссель находится в режиме. Убрали ШИМ, поставили 34063 без токового резистора. КПД упал... Почему? А потому что длительность при регулировке постоянно прыгает вгоняя дроссель в насыщение, даже с меньшими нагрузками.
Сначала вроде смутило, подумал причина в релейном способе стабилизации, потом, почитав теорию, понял что дело на в нем, а в дешевой логике микросхемы.

КПД у нее очень даже нормальный, но только для напряжений 8-15В .
Ценовая категория устройств где она может быть использована роли не играет. Играют роль ее характеристики.




А кто Вам посоветовал без токового резистора работать ? - все типовые схемы с ним.
Если не типовое использование, то все вопросы к автору...