Простой и надежный источник питания для устройств на микроконтроллерах

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2016

Недорогой, надежный и простой в использовании источник питания постоянного тока – вероятно, самая важная вещь для каждого радиолюбителя. Поскольку источник питания с качественной электронной стабилизацией необходим практически для всех любительских проектов на микроконтроллерах, мы представим здесь схему простого в сборке и очень доступного источника питания.

Описание схемы

Основным элементом схемы является микросхема IC1 высокоэффективного повышающе-понижающего преобразователя с одной индуктивностью TPS63000 компании Texas Instruments (Рисунок 1). При входном напряжении от 1.8 до 5.5 В схема обеспечивает на выходе стабилизированное напряжение 5.0/3.3 В c КПД до 96%. На вход преобразователя мы можем подавать либо напряжение от порта USB (разъем J1), либо от двух- или трехэлементных NiCd, NiMH аккумуляторов, или Li-Ion/Li-Po аккумуляторов (разъем J2).

Рисунок 1.	Принципиальная схема DC/DC преобразователя на микросхеме серии TPS63000.

Обратите внимание, что для получения максимального КПД контроллер широтно-импульсного модулятора преобразователя работает на фиксированной частоте с использованием синхронного выпрямления.

Основные особенности микросхем серии TPS63000:

• Высокоэффективный повышающе-понижающий преобразователь напряжения с одной катушкой индуктивности;
• Диапазон входных напряжений от 1.8 В до 5.5 В;
• Фиксированное или регулируемое выходное напряжение от 1.2 В до 5.5 В;
• КПД до 96%;
• Выходной ток:
  • 1200 мА в понижающем режиме (VOUT = 3.3 В, VIN = 3.6 … 5.5 В);
  • 800 мА в повышающем режиме (VOUT = 3.3 В , VIN > 2.4 В);
• Плавный переход между режимами без снижения КПД и колебаний выходного напряжения;
• Автоматический переход из повышающего режима в понижающий и обратно;
• Собственный ток потребления менее 50 мкА;
• Энергосберегающий режим для увеличения КПД при работе на небольшую нагрузку;
• Принудительная фиксация тактовой частоты и возможность внешней синхронизации;
• Отключение нагрузки в дежурном режиме;
• Встроенная схема тепловой защиты;
• Миниатюрный 10-выводный корпус QFN (3 мм × 3 мм).

В семействе микросхем TPS6300x есть версии с фиксированным и регулируемым выходным напряжением. В схеме используется регулируемый вариант, к которому был добавлен резистивный делитель (R2 – R4) между выводами VOUT, FB и GND. Выходное напряжение преобразователя (на разъеме J3) равно 5.0 В при разомкнутой перемычке JP1, или 3.3 В, если перемычка замкнута.

Сборка схемы

Несмотря на то, что монтаж электронных компонентов в корпусах для поверхностного монтажа, как правило, требует высоких навыков, вся схема может быть легко собрана на небольшой макетной плате (конечно же, с использованием переходника QFN-10 – DIP, Рисунок 2).

Рисунок 2.	Плата-переходник QFN10-DIP.

Согласно технической спецификации, расположение компонентов на плате и разводка печатных проводников являются самыми важными этапами проекта, как, собственно, и для любых других импульсных источников питания. Входные конденсаторы (C1, C2), выходные конденсаторы (C3, C4) и индуктивность (L1) должны быть расположены как можно ближе к микросхеме преобразователя. Попытайтесь использовать общую точку заземления для подключения «земель» интегрированных силовых ключей (PGND – вывод 3) и отдельную точку для «земли» управляющей логики микросхемы (GND – вывод 9). Обе «земли» нужно соединить в любом месте вблизи выводов заземления IC1. Теплоотводящее основание микросхемы должно быть припаяно к шине PGND, а резистивный делитель R2-R4 в цепи обратной связи должен располагаться как можно ближе к выводу GND микросхемы IC1. Вариант конструктивного оформления источника питания изображен на Рисунке 3.

Рисунок 3.	Возможный вариант конструкции корпуса для универсального источника питания устройств на микроконтроллерах.

Материалы по теме