Cómo funciona MC34063
Maykol Rey

Maykol Rey

Ing. Electrónico

08/08/2024

Cómo funciona MC34063

¿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
Pie de imagen:
SOIC-8
Pie de imagen:
DFN-8
Pie de imagen:

Diagrama del MC34063

El siguiente diagrama representa el funcionamiento interno del MC34063

Pie de imagen:

Definición de pines

PinSímboloFunción
1SWCColector del transistor de conmutación
2SWEEmisor del transistor de conmutación
3TCEntrada del capacitor de conmutación, es quien establece la frecuencia de conmutación del sistema
4GNDGND
5CIIEntrada negada del comparador interno
6VCCVCC
7IPKSensor de corriente pico
8DRCVoltaje 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.

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
VCCVoltaje alimentación máximo50V
VIRVoltaje de comparación máximo-0,3V a 40 V
VswcVoltaje del colector40V
IswCorriente de conmutación1.5A
PtotalPotencia disipada por el dispositivo0,625 W a 1,25 W
TjTemperatura 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.

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:

Pie de imagen:

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

Pie de imagen:

Uso del MC34063 como step Up EJEMPLO

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.

Pie de imagen:

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.

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.

Pie de imagen:

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:

Pie de imagen:

Cálculo 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+VfVinVinVsat \frac {T_{on}}{T_{off}} = \frac {V_o + V_f - V_{in}}{V_{in}-V_{sat}}

Donde:

  • TonToff\frac {T_{on}}{T_{off}} es la relación de conmutación,
  • VfV_f es el voltaje que se cae en el diodo
  • VsatV_{sat} es el voltaje de saturación cuando el transistor está en conducción, (Vce)
TonToff=2,43 \frac {T_{on}}{T_{off}} = 2,43

Cálculo de ciclos de trabajo:

Ttotal=1f=20uST_{total} = \frac {1}{f} = 20uSToff=TtotalTonToff+1=5,83uST_{off}= \frac {T_{total}}{\frac {T_{on}}{T_{off}}+1} = 5,83uSTon=TtotalToff=14,17uST_{on}= T_{total} - T_{off} = 14,17uS

Cálculo de capacitor de conmutación

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

Ct=40u×Ton=566,8pFC_t=40u \times T_{on} = 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)=2Io(TonToff+1)=2,1AI_{pk(sw)}=2I_o(\frac {T_{on}}{T_{off}}+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=43,86uHL_{(min)} = \frac {V_{in(min)}- V_{sat}}{I_{pk(sw)}} \times T_{on}= 43,86 uH

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)=VinVsatL(min)×Ton=3AI_{pk(max)} = \frac {V_{in} - V_{sat}}{L_{(min)}} \times T_{on}= 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)=0,11ΩR_{sc}= \frac {0,33}{I_{pk(max)}} = 0,11 \Omega

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

Cálculo del capacitor de salida

Co=9IoVr(pp)×Ton=159,41uFC_o= \frac {9I_o}{Vr_{(p-p)}} \times T_{on} = 159,41 uF

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

Finalmente el valor de la resistencia de la retroalimentación que viene dada por:

Vo=1,25(R2R1+1)V_o = 1,25 ( \frac {R2}{R1} +1 )

Asumiendo R2 = 100K

R1=5.2kΩR1 = 5.2k\Omega

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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