Entwicklerplatine, Experimentierboard mit MC34063

Eigentlich wollte ich nur mal eben auf Punktrasterplatine ein einfaches Schaltnetzteil zusammenlöten.
Da kam mir die Idee, daraus gleich eine Experimentierversion auf Streifenrasterplatine zu machen.
Hier wird nur der Abwärtswandler step down gezeigt.

Der MC34063 ist kostengünstig, gut erhältlich und vielseitig.
Mit ihm geht Abwärtswandler, Aufwärtswandler und Inverswandler.
Der Abwärtswandler erzeugt aus einer hohen ungeregelten Spannung am Eingang eine geregelte Ausgangsspannung.
Mit dem Aufwärtswandler ist es umgekehrt, er macht aus einer niedrigen Spannung eine hohe Spannung.
Der Inverswandler ist gar in der Lage, aus einer positiven Spannung eine negative Spannung zu erzeugen.
Gerade die letzten beiden Varianten sind interessant, wenn man für eine Zusatzbeschaltung eine Hilfsspannung benötigt.
Kleine Warnung zuvor, mit solchen Schaltungen entstehen Oberwellen, können bei Audio oder Radio störend sein.

In dem ersten Teil gehe ich lediglich etwas auf die Theorie ein.
Interessierte sollten sich das Datenblatt ON (Motorola) herunterladen:
onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf
Das ist mit Beispielschaltungen und mehr auf den Praktiker zugeschnitten.
Wer sich mehr für die Theorie und Rechnerei interessiert, sollte auch das Datenblatt von Texas Instruments herunterladen:
ti.com/lit/an/slva252b/slva252b.pdf



Im Blockschaltbild, anwendbare Schaltung, ist die Funktion gut erkennbar, hier Abwärtswandler.
Ist Q1 leitend, fließt Strom durch die Spule L zum Elko Co, lädt diesen auf.
Wäre Q1 dauernd leitend, würde der Elko bis auf Eingangsspannung geladen.
Deshalb wird er im Takt ein- und ausgeschaltet.
Ist Q1 ausgeschaltet, ist in der Spule noch Energie, sie will den Strom weiter fließen lassen.
Der Strom fließt dann durch Co und zurück über die Schottkydiode, hier 1N5819.
Der Widerstand Rsc dient der Strombegrenzung durch Q1 und die Spule.
Bei dem muss man aufpassen, damit der Schalttransistor im IC nicht überlastet wird, max. 1,5 A.
Der Spannungsteiler aus R1 und R2 bestimmt die Spannung am Ausgang.
Mit dem Kondensator CT wird die Taktfrequenz des Schaltnetzteils vorgegeben.
Die Frequenz sollte etwa 33 kHz sein, Kompromiss bei Spule und Verlusten, Wirkungsgrad.

Das zweite Bild zeigt die aufgebaute Schaltung im Betrieb, Last ein Glühlämpchen 3,6 Volt Taschenlampe.

Andreas

---wird in mehreren Teilen fortgesetzt---

Und nun zu den Schaltungen!

Beide Schaltungen sind vom Grundprinzip gleich.
Einziger Unterschied, die zweite Schaltung hat einen externen Schalttransistor.
Der wird dann interessant, wenn man das Netzteil für einen höheren Strom auslegen möchte.
Auf den Widerstand Rsc sollte man nicht verzichten, da man sonst keine Strombegrenzung hat.
Bei Überlast oder gar Kurzschluss wird es sonst ungemütlich für den Schalttransistor...

Die Schaltung ist praktisch identisch mit dem zuvor gezeigten Blockschaltbild.
Viele Bauteile sind doppelt oder dreifach vorhanden.
Das deswegen, damit man durch Serien- bzw. Parallelschaltung den passenden Wert ermitteln kann.
Es gibt online ein Interessantes Helferlein zum MC34063A:
nomad.ee/micros/mc34063a/
Der spuckt die Werte für L, CT, Rsc und Co aus.
Das sind nicht optimale Werte, jedoch angenehm als Ansatz für Experimente.

Die Diode D1 ist mit SD für Schottkydiode gekennzeichnet.
Ich habe eine SB360 genommen, für 3 A Dauerstrom geeignet.
Ohne zusätzlichen Transistor sollte man für Rsc dreimal 0,56 Ω nehmen, Strombegrenzung ca. 1,6 A.
So kann man gefahrlos bis ans Limit experimentieren, kann wichtig bei der Induktivität L werden.
J2 und J3 sind Jumper, die bei nicht bestückten Spulen gesetzt sein müssen.
Man kann so auch schön eine Spule kurzschließen, muss nicht extra umlöten.
Wählt man R1 = 1k2 und Poti = 4k7 hat man einen Einstellbereich von 1,25 V bis ca. 6 V.
Lopt und Copt sind optional, ich habe momentan eine Brücke an der Stelle Lopt gesetzt.
Damit kann man den Ripple weiter senken, Hinweis im Datenblatt ON.

Andreas

---es folgt der Aufbau mit Bildern Layout---

Platinenlayout und Zusammenbau

Man sehe sich zuerst die Bilder an.
Ich kündigte an, die Schaltung ist auf Streifenrasterplatine gut nachbaubar.
Die grünen Streifen sind die einer üblichen Streifenrasterplatine mit Raster 2,54 mm, 1/10 Zoll.
Ein Platinenstreifen verbindet jeweils drei Löcher, gut zu sehen.
Ich verzichtete auf die ganzen Löcher im Layout, setzte nur Vias an Stellen mit Brücken.

Im ersten Bild sieht man Bauelemente, unten Grün das Streifenraster und oben rot die Brücken.
An fast allen Stellen ist es egal, ob man die roten Verbindungen oben oder unten macht.
Einzige Ausnahme ist die Masseverbindung zwischen den beiden Elkos C1 und C2.
Da muss man zwingend oben eine Drahtbrücke setzten, gibt sonst Kurzschluss!
Dort habe ich die rote Leiterbahn dick gezeichnet und man sieht sie blau auf der Oberseite.
Da sollte man dicken Draht nehmen, Masseführung, über die Strom fließt.

Beim zweiten Bild ließ ich die grüne Unterseite weg.
So sind wesentlich besser die Bauteile zu erkennen, als Bestückungsplan gedacht.

Als Orientierung beim Löten dienen die letzten beiden Bilder.
Ganz fertig ist die Platine da noch nicht, wenige Brücken sind noch nicht eingelötet.

Wie man gut im letzten Bild sieht, ist fast kein Bauteil direkt bestückt, aktuell dort nur die Diode.
Bis auf die noch nicht eingelöteten Spulen sind ansonsten alle Bauteile steckbar.
Das macht den Reiz dieser Experimentierplatine aus, schnell mal ein anderes Bauteil eingesteckt.
Man muss das natürlich nicht mit den Buchsen machen, kann auch die Bauteile direkt einlöten.

Die Platine gibt exakt den Schaltplan zweite Version mit externem Schalttransistor wider.
Der "Umbau" auf Version erster Schaltplan ist ganz einfach.
R2 und Q1 werden nicht bestückt.
Bei Q1 setzt man eine Brücke von Pin1 nach Pin3, also zwischen Basis und Emitter.
Auch der Transistor ist steckbar ausgeführt, momentan sitzt dort die grüne Steckbrücke, Bild erster Beitrag.
In die blaue Fassung kann man alle Transistoren TO126 oder TO220 mit Reihenfolge BCE stecken.
ECB geht natürlich auch, man dreht den Transistor lediglich um 180 °!

Andreas

---demnächst Tips Dimensionierung und Oszillogramme---

Stefan, sollte funktionieren!

Der MC34063 ist mit maximal 40 V Betriebsspannung angegeben, nicht Spannung am Ausgang.
So wie im Datenblatt Motorola Seite 5 ohne externen Transistor würde ich es nicht machen.
Das wäre mir zu heikel, weil ja dann die Spulenspannung an Pin 1 anliegt.

Bei der Geschichte Anodenspannung würde ich anders vorgehen.
Im einfachsten Fall nimmst Du einen Netztrafo 50 Hz und betreibst ihn rückwärts.
Die meisten Trafos halten es aus, wenn man statt mit 50 Hz mit wenigen 100 Hz taktet.
Es gibt ja auch noch kleine Trafos ELA.

Soll es Schaltnetzteil sein, würde ich ein handelsübliches (Stecker)netzteil nehmen.
Dort ist dann der Übertrager interessant, Leistung und Übertragungsverhältnis.
Erste Schritte würde ich mit dem vorgestellten Experimentierboard machen.
Du schließt dann die ursprüngliche Sekundärwicklung daran an.
Dann schaue, was sich an der ursprünglichen Primärwicklung ergibt.
Von der brauchst Du gar keine Spannung zur Regelung abgreifen.
Regelung machst Du auf der Niederspannungsseite.
Die erwünschte Ausgangsspannung ergibt sich dann aus dem Übertragungsverhältnis.
Netter Nebeneffekt, die ganze Geschichte ist auch noch potentialgetrennt.

Andreas

Stefan, Deine Idee hat mich den Nachmittag beschäftigt!

Ich setze mal an, Du willst 90 Volt bei 100 mA haben.
Statt Steckerschaltnetzteil auszuschlachten, sollte man eher selbst eine Spule wickeln.
In den Bildern siehst Du, ich benutzte Ringkerne.
Man nehme einen mit unverklebter Wicklung und wickle um!
Die dann entstehende Primärseite hat nur wenige Windungen und wenig Induktivität.

Jetzt mal nur als Idee und rein rechnerisch bei Autoradio 6 Volt:
Du baust mit dem Experimentierboard einen Wandler von 6 V auf 4,5 V.
Die so entstehende Primärwicklung habe 4 Windungen und wenige µH.
Für die Sekundärseite wickelst Du dann zusätzlich 80 Windungen auf den Kern.

Vorhin war ich kurz bei Segor, Homepage.
Eigentlich schaute ich nach LM2576T-ADJ, Abwärtswandler bis 3 A bei minimaler Bestückung.
Da blinzelte mich ein Aufwärtswandler LM2577T-ADJ an:
segor.de/#Q=LM2577T-ADJ&M=1
Der sollte wesentlich besser für die Zwecke geeignet sein!
Den würde ich primär von 6 auf 30 V wandeln lassen und dann beim Ringern Trafo 1:3 wickeln.

Andreas

Messwerte und Oszillogramme zu Experimentierboard

Man schaue sich zuerst das erste Bild an, wie die Experimentierplatine bestückt ist.
R2 und Q1 sind nicht bestückt, statt Q1 eine Brücke von B nach E , Pin1 nach Pin3.
Im Bild sieht man gut den kleinen grünen Stecker, Brücke.
Bei den Elkos sind nur C1 und C3 bestückt, jeweils 220 µF.
Rsc dreimal 0,56 Ω, Begrenzung auf maximal 1,6 A Spulenstrom.
Bei CT sind 220 pF und 47 pF gesteckt, somit 268 pF.
L1 = 29 µH und L3 = 68 µH, also zusammen 97 µH.
In der Position L2 ist ein Widerstand 0,1 Ω eingelötet, damit oszilloskopiere ich den Spulenstrom.
Auch vor dem Glühlämpchen 3,7 V 300 mA ist in Serie ein Widerstand 0,1 Ω.

Hier noch ein Rechenknecht online für den MC34063A:
ukpyr.narod.ru/calc_mc34063.htm
Der spuckt etwas mehr aus, auch Verhältnis ton zu toff.

Die meisten Schaltnetzteile benutzen eine feste Oszillatorfrequenz, der MC34063 nicht!
Da gibt CT die Zeit ton vor, bei mir mit 268 pF 10 µs gemessen.
Laut Datenblatt Motorola berechnet sich CT zu:
CT(pF) = 40 x 10 ^-6 x ton(µs)
Bei 10 µs müssten es somit 400 pF sein, experimentell kam ich auf genannte 268 pF.
Schnell mal einen andern MC34063A eingebaut, gleiches Ergebnis.
Beide sind von ON, vermutlich selbes Fertigungslos.

Einstellung bei allen Oszillogrammen 10µs/Kästchen auf der Zeitachse.
Alle Messungen DC, unten die Linie ist die Nullachse.
Bei Y 10 mV pro Kästchen, also mit 0,1 Ω somit 100 mA.
Man achte bei den Oszillogrammen darauf, ton ist konstant, die Frequenz ändert sich mit der Last!

Bild 97uh180ma.jpg
Der Spulenstrom geht am Ende gegen 0.
1,39 V 180 mA 15 kHz

Bild 97uh230ma.jpg
Sinnvoller Bereich, durch die Spule fließt während der ganzen Periode Strom.
2,44 V 230 mA 25 kHz

Bild 97uh290ma.jpg
Der ständige Strom durch die Spule wird höher, darf man nicht zu weit treiben, Strombegrenzung.
3,93 V 290 mA 38 kHz

Andreas

Noch ein paar interessante Oszillogramme!

Die Schaltung ist wie zuvor, wieder 12 V am Eingang.
Diesmal ist jedoch als Last eine Soffitte 12 V 10 W angeschlossen.
Eingestellte Ausgangsspannung 3,83 Volt und Strom 410 mA.

97uh-diode.jpg
Hier messe ich die Spannung über der Diode.
Die Spannung unter der Nulllinie ist die Flussspannung der Diode, knapp 0,4 Volt.
Das deckt sich gut mit dem Datenblatt.
Bei Schottky sollte man die Sperrspannung nicht unnötig hoch wählen.
Bei kleinerer Sperrspannung ist auch die Flussspannung niedriger.
Das können durchaus 0,2 V Unterschied sein, der Wirkungsgrad wird besser.

97uh-saett.jpg
Das ist die Sättigungsspannung des Schalttransistors im IC, gemessen von Pin1 nach Pin2.
Hier sind es 1,5 Volt, unangenehm hoher Wert, merkt man beim Wirkungsgrad.
Demnächst mache ich Experimente mit externem Schalttransistor.

97uh-rsc.jpg
Interessant ist natürlich auch die Spannung über Rsc, Strombegrenzung.
Erreicht die 0,3 Volt, regelt der Schaltkreis ab.
Hier liegt sie bei gut 100 mV, Rsc = dreimal 0,56 Ω parallel.

97uh-ripple.jpg
Hier sieht man die Welligkeit über dem Elko C3 mit aktuell 220 µF.
Die Spannung beträgt knapp 80 mVss, entspricht etwa 25 mVeff.
Lopt und Copt sind noch nicht bestückt, kommt später.

Andreas

Stefan, die Schaltung ist was für Dich!

Da nicht über den MC34063 geschaltet wird, bekommt er auch keine zu hohe Spannung ab.
P1 und R2 muss man natürlich auf 90 Volt anpassen.
BA159 ist hier nicht die beste Wahl, lieber etwas schneller und mehr Strom.
Bei C8 wird man etwas mehr Kapazität nehmen.
Kondensatoren wie C9 verringern den störenden HF-Anteil.

Andreas

Stefan, hier nochmal der Link zum Kalkulator.

nomad.ee/micros/mc34063a/
Bei Eingabe der Werte schaltet der um auf Aufwärtsregler.
Den gewünschten Strom, ich nahm 100 mA, gibst Du ein.
Eine Schottkydiode muss hier nicht sein.
Ich würde eine schnellere Diode Zeile nehmen.

Andreas

Ergänzung!

Die Schaltung vom Kalkulator so natürlich nicht nehmen.
Nimm soweit die Schaltung, die humax5600 vorstellte.
Die Werte vom Kalkulator sind gut als Orientierung.

Andreas