Cómo funciona MC34063

Cómo funciona MC34063

Actualizado hace un año

¿Qué es el MC34063?

 

Es un circuito integrado diseñado para el control de conmutación de fuentes DC-DC. integrado cuenta con control de temperatura, comparador de tensión, control de ciclo de trabajo y ajuste de voltaje a través de resistencias externas.

Este circuito fue diseñado inicialmente por motorola en 1980, actualmente es fabricado por la mayoría de fabricantes de circuitos integrados.

Características principales del MC34063

 

  • Puede entregar más de 1.5A
  • Tiene 2% de precisión
  • Voltaje de operación de 3V a 40V
  • Frecuencia de operación de 100KHz
  • Limitador de corriente activo


Encapsulados disponibles

 

El MC34063 usa 8 pines y viene en 3 diferentes encapsulados:

DIP-8

SOIC-8

DFN-8

 

Diagrama del MC34063

 

El siguiente diagrama representa el funcionamiento interno del MC34063

Definición de pines

Pin

Símbolo

Función

1

SWC

Colector del transistor de conmutación

2

SWE

Emisor del transistor de conmutación

3

TC

Entrada del capacitor de conmutación, es quien establece la frecuencia de conmutación del sistema

4

GND

GND

5

CII

Entrada negada del comparador interno

6

VCC

VCC

7

IPK

Sensor de corriente pico

8

DRC

Voltaje del control para el transistor de conmutación 

 

¿Dónde comprar el MC34063? 

 

Este componente es bastante popular, tanto como el LM317 y lo puedes comprar en cualquier tienda de electrónica local, sin embargo si no lo consigues, yo recomendaría comprarlo en aliexpress, ya que para latinoamérica comprarlo desde Mouser o Digikey es muy caro el costo de envío.

El costo de este componente ronda los 0,7$ USD. Aquí te proporcionó unos links donde puedes comprar este componente.

 

MC34063API

10 Uds MC34063API DIP8 MC34063AP1 DIP MC34063

US $0.61 / lote (10 unidades)

COMPRAR
MC34063A

20 unids/lote MC34063A MC34063 34063 SOP-8

US $0.76 / lote (20 unidades)

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Valores máximos de funcionamiento

 

Voy a listar los valores más importantes que se deben considerar al momento de comenzar una aplicación de este componente.

SimboloDescripciónValor

VCC

Voltaje alimentación máximo 50V

VIR

Voltaje de comparación máximo -0,3V a 40 V

Vswc

Voltaje del colector40V

Isw

Corriente de conmutación 1.5A

Ptotal

Potencia disipada por el dispositivo0,625 W a 1,25 W

Tj

Temperatura de unión en funcionamiento150 °C

 

Hoja de dato del MC34063

 

En los siguientes enlaces puedes descargar la hoja de datos del dispositivo para diversos fabricantes.

MC34063 datasheet pdf ST

MC34063 datasheet pdf TI

MC34063 datasheet pdf Fairchild Semiconductor

MC34063 datasheet pdf UMW

 

 

Aplicación del MC34063

 

Uso del MC34063 como step Down

Esta topología clásica donde tenemos un voltaje mayor a la entrada y se baja a un nivel menor. el circuito para este aplicación es el siguiente:

Circuito step-down con mc34063

Esta es la topología más comúnmente usada, ya que ofrece una gran eficiencia ser un regulador basado en fuente conmutada.

Uso del MC34063 como inversor

El objetivo de esta topología consiste en entregar un voltaje negativo a la salida, esto puede ser útil para usarlo con amplificadores operacionales donde se requiere un voltaje negativo para el uso con los filtros de audio activos.

El circuito de ejemplo es el siguiente

Circuito inversor con el MC34063

 

Uso del MC34063 como step Up

 

La topología step up se refiere a elevación de voltaje, es decir que colocamos 12V a la entrada y puede entregar un voltaje mayor a la salida. Esta topología tiene una desventaja, y es que requiere mucha corriente en la entrada para mantener la relación de potencia. 

Por ejemplo, si queremos entregar 24V a la salida con 30W y la entrada es una fuente de 12V, la corriente en la entrada para mantener la potencia sería de 2.5A. es un corriente realmente alta, para solo 30W.

Recomiendo usar el circuito step up solo para consumos pequeños de potencia como veremos en el circuito a continuación.

Circuito Step-up con MC34063

 

El objetivo es diseñar una fuente con este integrado que la verdad es muy usado en fuentes simples, según la hoja de datos es capaz de entregar hasta 1.5A lo cual es mucho para este integrado tan simple.

Haré la fuente para encender una lámpara LED que usare para una luminaria, son 8 led de 1W cada uno.

MC34063API

Luz blanca fría Natural cálida, 1W, 3W, 5W,

US $1.64 / lote (10 unidades)

COMPRAR

 

Seguro que ya lo conoces, he visto estos LED en las luces auxiliares que usan los carros (esas que prohiben usar). Si, se que van a decir que esto necesita disipadores y un montón de cosas, pero no viene al caso ahora, ahora solo haremos el diseño.

El PCB para incorporar este integrado suele ser de aluminio, ya que de esta forma el mismo PCB funciona como disipador, debido a que estos calientan mucho.

Los LED funcionan a 3V y 300mA, así que esa será la referencia, como irán colocados en serie tendremos 24V y 300 mA, con lo que el consumo de energía mínimo será de 7.2W.

Tipo de fuente a implementar con el MC34063

 

Con este integrado se pueden implementar tres tipos de fuentes:

  • fuente elevadora (step-up o Boost)
  • Fuente reductora (Step-down o Buck)
  • Fuente inversora (inverter)

 

Yo voy a implementar la fuente Boost o elevadora, ya que lo voy a usar para implementar en una iluminación para vehículos, y como ya saben ahí solo tenemos 12V. 

 

El circuito es sumamente sencillo y funciona gracias a las propiedades del inductor y el capacitor de almacenar energía. En la base el transistor se coloca un control de PWM que en este caso será el MC34063, ente integrado tiene un control de realimentación de voltaje el cual chequea la salida y en base a esto modifica el ciclo de trabajo para mantener el voltaje.

Especificaciones del diseño con el MC34063

 

Voy a colocar las limitaciones, debemos tener mínimo 24V a la salida y limitar la corriente hasta los 300mA. veamos todas las características requeridas.

Especificaciones de diseño

 

Vo = 24V

Io = 300mA

F(min) = 50KHz,

Vi =  9V a 12V

Vripple = 0.5%

Conociendo esto procederé a aplicar las ecuaciones presentadas en la hoja de datos del componente, el circuito será el siguiente: 

Calculo de relación de conmutación 

 

primero debemos calcular la relación de conmutación, esto se hace para calcular el capacitor CT que nos dará la frecuencia que hemos elegido.

 TonToff=Vo+Vf-VinVin-Vsat

ton/toff es la relación de conmutación, 

VF es el voltaje que se cae en el diodo 

Vsat es el voltaje de saturación cuando el transistor está en conducción, (Vce)

 

TonToff=2.43

 

Cálculo de ciclos de trabajo:

 

TTotal=1F=20uS

 Toff=TtotalTonToff+1=5.83uS

Ton=TTotal-Toff=14.17uS

 

Calculo de capacitor de conmutación

Este es el capacitor que hace que se produzca esta frecuencia (50KHz) 

Ct=40u×Ton=566.8pF

 este capacitor debe ser cerámico o de poliéster

Acá es donde viene lo bueno, calcular esa odiosa corriente de pico que hace que todo sea complicado, esta es la corriente que se produce debido a los cambios bruscos de estado, es producido por el inductor y es mucha mucha corriente.

Ipk(sw)=2×Io×TonToff+1=2.1A

Ven que es mucha corriente, ahora con esta corriente ya podemos calcular el valor mínimo que debe tener el inductor.

L(min)=Vin(min)-VsatIpk(sw)×Ton=43.86uH

Como ven, esta corriente se calculó para un voltaje de entrada mínimo, osea 9V, ahora hay que conocer la corriente máxima pico, y se hace con el voltaje máximo de entrada, osea 12V. 

Ipk(max)=Vin-VsatL(min)×Ton=3A

Osea existirán picos de 3A en una fuente que entregará 300mA, es algo injusto la verdad. Con esta corriente se calcula Rsc, esta es la resistencia que limita la corriente. 

RSC=0.33Ipk(max)=0.11 Ω (1W)

bueno la verdad es una resistencia bien chiquita, casi que un cable. 

Cálculo del capacitor de salida

Co=9×IoVr(p-p)×Ton=159.41uF

como queremos un ripple del 0.5% esto significa que a la salida tendremos una fluctuación de voltaje de 24.12V y 23.44V, con lo que nuestro voltaje pico pico será de 0.24V

...y finalmente el valor de la resistencia de la retroalimentación que viene dada por:

Vo=1.25×R2R1+1

Asumiendo R2 = 100K

R1 = 5.2K

Esto es todo, es un cálculo muy agotador. aún se debe probar con el osciloscopio.

El proyecto lo puedes descargar en Luces de alto brillo

 

Descargar Modelo SPICE para MC34063

 

En el siguiente link puede descargar el modelo SPICE del MC34063 que es compatible con ngspice y LTspice

 


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