Автомобильная USB-зарядка на микросхеме МС33063А

Это устройство обеспечивает постоянное выходное напряжение в 5 В при нагрузке тока до 0,5 А. Его достаточно удобно применять в автомобиле, яхте, автобусе либо в других транспортных средствах с бортовой сетью 12?24 В.
Если у вас имеется низковольтный источник напряжения постоянного тока, такой как аккумуляторная батарея, но вы не имеете возможности воспользоваться зарядным устройством от питания сети 220 В, то для восстановления заряда и для стационарного питания мобильного устройства можно воспользоваться этим несложным зарядным устройством, сделать которое своими руками можно без особых трудностей.

Принцип работы USB-зарядки на микросхеме МС33063А

Всем известно, что стабилизатор напряжения +5 В постоянного тока создан на основе интегральной микросхемы MC33063AVP. Фотография схемы показана выше.
Конструкция ИМС выполнена в улучшенном корпусе DIP-8, который эффективней отводит тепло, в отличие от корпуса SO-8, который в свою очередь используется для поверхностного монтажа. Работоспособность этой микросхемы действует при входном напряжении приблизительно до 40 В. У составного выходного интегрального транзистора импульсный ток достигает максимум до 1,5 А.
Согласно принципиальной схеме автомобильной USB-зарядки на микросхеме МС33063А напряжение питания в 9?24 В проходит через фильтр C1L1C2, затем через полимерный предохранитель FU1, который имеет свойство самовосстанавливаться, после напряжение идёт в защитный диод Шоттки VD1, и поступает ко входу микросхемы стабилизатора напряжения DA1. Во время этого процесса конденсаторы C4?C6 сглаживают пульсации входного напряжения.


Дроссель L2 является накопительным. Конденсатор С7 помогает определить рабочую частоту, которую выполняет преобразователь напряжения. Напряжение в этом устройстве колеблется от 30 до 80 кГц, которое напрямую зависит от входного напряжения питания, а также от потребляемого подключенной нагрузкой тока.
Дроссель L3 и конденсаторы C8?C11 сглаживают в этом устройстве пульсации выходного напряжения, при этом размах амплитуды их при максимальной нагрузке тока не более 5 мВ на рабочей частоте преобразования. Соотношение сопротивлений резисторов R1 и R3 определяют выходное напряжение. Чем выше сопротивление резистора R3, тем выше выходное напряжение.
Во время неисправности ИМС DA1 нагрузку от возможных повреждений высоким выходным напряжением защищают стабилитроны VD3?VD5, напряжение стабилизации которых составляет 5,6 В. Если будет пробит составной ключевой транзистор микросхемы, тогда выходное напряжение стабилизатора будет пытаться достигнуть по величине входного напряжения. При этом стабилитроны VD3?VD5 откроются тем самым, ограничивая выходное напряжение.
При помощи этих стабилитронов ток резко возрастёт, а также увеличится ток и через предохранитель FU1, который самовосстанавливается. Как следствие предохранитель сразу же разогреется и будет в состоянии высокого сопротивления. Стабилитроны и нагрузка при этом тока резко упадёт. О том, что есть выходное напряжение, сигнализирует сверхъяркий светодиод HL1.
Защита микросхемы от перегрузки происходит и за счёт самовосстанавливающегося предохранителя, потому как встроенная в микросхему защита бывает неэффективной.
Ток потребляемый стабилизатором составляет около 280 мА, при потребляемой нагрузке тока в 0,5 А и входном напряжении импульсного стабилизатора 12 В. Приблизительно 60 % составляет КПД преобразователя напряжения. Если импульсный стабилизатор поменять на линейный, то при таких же условиях КПД будет не выше 41 %. Во время роста входного напряжения разрыв в КПД будет увеличиваться между линейным стабилизатором и импульсным. Микросхемы MC33063 в работе не лидируют по показателям КПД, главной причиной этого является наличие составного транзистора Дарлингтона в виде силового ключа. Но они более экономичны и компактны.

Детали и конструкция автомобильной USB-зарядки

Конструкция состоит из двустороннего навесного монтажа. Можно заменить интегральную микросхему MC33063AVP на любую из MC34063AP1, IP33063N, MC34063AP и другие. Однако микросхема MC33063A отлична от всех других микросхем большей термостойкостью — около 125 °С, чем у других 70-85 °С.
Чтобы повысить надёжность при роботе микросхемы к её корпусу нужно приклеить медный или латунный теплоотвод, который сможет охлаждать площадь поверхность приблизительно 10 см2. Теплоотвод можно приклеить при помощи моментального клея «Момент», или теплопроводящим клеем «Алсил», или любыми аналогичным клеями, которые могут склеить металл.
Можно также заменить диоды с барьером Шоттки 1 N5819 на подходящие MBR150, BW10-40, MBR160 и другие. Стабилитроны 1N4734A можно заменить на TZMC-5V6 или BZV55C-5V6. Чтобы определить работоспособность устройства во время проверки отключают стабилитроны.
Можно также заменить светодиод RL30-CD744D на другой аналогичный сверхъяркий синий или белый, либо другой светодиод из общего применения.
Конденсаторы керамические или плёночные C1?C3 на рабочее напряжение должны соответствовать не менее 35 В. Не ниже 25 В на рабочее напряжение должны быть конденсаторы танталовые или керамические C4, C6. Конденсатор С7 может быть плёночным или керамическим. Конденсатор С8 танталовый. С11 конденсатор керамический. Конденсатор С5 и С9 оксидные алюминиевые.
Резистор R1 представлен типа МЛТ, С1-4, С2?С23 либо иностранный аналог. Все остальные резисторы представлены малогабаритными для поверхностного монтажа.
Дроссели могут изготавливаться на кольцах состоящих из низкочастотного феррита HM2000 с размерами 10*6*5 мм. Дроссель L1 включает в себя 1 виток вдвое сложенного многожильного монтажного провода. Дроссель L2 содержит два таких же кольца, которые склеены вместе и имеет 15 витков литцендрата ПЭВ-1 размерами 11*0,13. Если есть достаточно свободного места в корпусе, то необходимо для такого дросселя применить 3 таких же склеенных вместе кольца. Дроссель L3 включает в себя 10 витков такого же провода или одножильного ПЭВ-20,68.
Самовосстанавливающийся предохранительно заменяется на MF-R030 или LP60-030.
Изготовлен корпус из телефонной розетки 2*RJ11 с размерами 58*42*21 мм. В этом корпусе есть входное гнездо питания XS2 с конденсатором С1, который к нему припаян, светодиод HL1 и USB-гнездо XS2. Если стабилизатор собран из исправных деталей и безошибочно, то он начинает сразу работать.
Существует возможность изменения выходного напряжения при помощи сопротивления резистора R3, однако не стоит его увеличивать более чем 5,3 В. В процессе настройки стабилизатора на питание нагрузки при напряжении +5 В, рекомендуется лучше устанавливать при таких условиях выходное напряжение в допустимых пределах от 5,05 до 5,1 В для того, чтобы в соединительных проводах компенсировать падение напряжения.
За счёт наличия диода VD1, такой стабилизатор можно подключать и к сетевым адаптерам с выходным напряжением тока 50 Гц. Подойдут также адаптеры питания, имеющие напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора 11?16 В.
Видео о том, как собрать портативное USB зарядное устройство для телефона своими руками: