Уже достаточно давно выпускается микросхема TPS63000 [1], которая предназначена для построения повы-шающего-понижающего преобразователя напряжения. У микросхемы весьма неплохие параметры. При входном напряжении от 1,8 В до 5,5 В выходное напряжение может быть от 1,2 В до 5,5 В, которое устанавливается с помощью резистивного делителя. При этом максимальный выходной ток микросхемы зависит от входного и выходного напряжений, и его можно определить по графику, представленному в документации. Например, при напряжении на выходе 3,3 В и входном напряжении от 3,6 В до 5,5 В ток нагрузки может достигать 1200 мА, а в повышающем режиме при входном напряжении от 2,4 В - 800 мА. Собственный ток потребления микросхемы составляет 50 мкА, при этом кПд доходит до 96 %. Также имеется тепловая защита, а переход из понижающего режима в повышающий и обратно происходит автоматически.
Всем хороша эта микросхема, но дело осложняется её небольшим корпусом (10-pin QFN) размерами 3x3 мм. Привычных нам ленточных выводов у него нет, а есть только контактные площадки внизу и немного по бокам пластикового корпуса. Кроме того, в документации особые требования предъявляются к топологии печатной платы и к применяемым дросселям и конденсаторам, которые должны быть определённых производителей. Хочу поделиться собственным опытом применения этой микросхемы на примере доработки светодиодного фонаря, при этом существенно улучшаются его эксплуатационные характеристики и более полно используются элементы питания.
Рис. 1. Схема фонаря
Схема фонаря показана на рис. 1. Преобразователь построен по стандартной схеме, рекомендованной производителем. В схему также включены элементы, относящиеся к фонарю, - выключатель SA1, токоограничивающий резистор R4 и светодиод EL1. Резистивный делитель R2R3 задаёт выходное напряжение преобразователя. Сопротивление резистора R3 рекомендовано производителем, а сопротивление резистора R2 рассчитывается по формуле и для напряжения 3 В составляет 1 МОм. Резистор R4 - штатный, от фонаря, и расположен рядом со светодиодом, поэтому место на плате для него отсутствует. Если такого резистора в фонаре нет, чем грешат недорогие фонари определённых производителей, необходимо предусмотреть место под его установку.
Монтаж микросхемы был произведён следующим образом. Для установки микросхемы в одном из интернет-магазинов была подобрана подходящая переходная плата. И хотя в литературе встречаются такие платы с разными обозначениями, для установки микросхемы прекрасно подошла переходная плата DFN10 eMSOP10 0,5mm [2], показанная на рис. 2. Пайка была произведена без применения паяльной станции, которой на тот момент не было, а с применением жидкого флюса тонким жалом маломощного паяльника, так, чтобы не перегреть, вначале необходимо залудить контакты и металлическую площадку снизу корпуса, которая припаивается к площадке на плате. Оставшегося и там, и там припоя должно хватить для пайки микросхемы. Также лудят площадку-теплоотвод с обратной стороны переходной платы (рис. 3), оставляя немного больше припоя, чем в двух предыдущих случаях.
Рис. 2. Переходная плата DFN10 eMSOP10 0,5mm
Рис. 3. Переходная плата
Микросхему устанавливают на своё посадочное место так, чтобы контактные площадки корпуса совпали с дорожками печатной платы, не забывая про ключ микросхемы. Это требует немного терпения и аккуратности. Далее корпус микросхемы необходимо зафиксировать, например, алюминиевой прищепкой, которая будет являться ещё и теплоотводом для микросхемы во время пайки. Потом паяльником нагревают площадку-теплоотвод на нижней стороне переходной платы, а так как она соединена несколькими металлизированными отверстиями с верхней площадкой, то припой на верхней площадке также плавится и дно микросхемы оказывается припаянным. Размеры площадок - небольшие, поэтому процесс пайки происходит достаточно быстро. Главное, чтобы не было излишков припоя, который может замкнуть контакты микросхемы. Затем заточенным жалом поочерёдно нагревают контактные площадки переходной платы у каждого из выводов микросхемы. Припой на площадке плавится, вывод запаивается. Качество контакта контролируют с помощью увеличительных очков с боков, где расположены выводы. Так были смонтированы пять экземпляров микросхемы. Конечно, при наличии паяльной станции с феном процесс заметно упрощается.
Как уже указывалось, расположение элементов и разводка печатных проводников имеют большое значение. Блокировочные конденсаторы, дроссель и микросхема должны быть расположены как можно ближе друг к другу. Резистивный делитель R2R3 обратной связи должен быть как можно ближе к выводу GND микросхемы преобразователя. Так как печатные проводники самой переходной платы уже имеют определённую длину, для более компактного размещения было решено элементы обвязки разместить на другой плате, такого же размера и расположенной под переходной. Плата - с двухсторонним расположением элементов, на верхней стороне расположены дроссель L1 и конденсаторы C1, C3, C4. На нижней стороне расположены резисторы R1-R3 и конденсатор С2. Чертёж платы показан на рис. 4,а и рис. 4,б, а внешний вид собранной платы - на рис. 5. Платы соединены между собой с помощью выводов-стоек, изготовленных из отрезков медного лужёного провода. Для дополнительного отвода тепла от микросхемы на плате с элементами в середине общей шины сформирована площадка из припоя, выровненная надфилем. После сборки двух плат она должна касаться теплоотводящей площадки переходной платы с нижней стороны, а между ними наносится теплопроводная паста. Всё это должно предотвратить перегрев микросхемы даже при значительном потребляемом нагрузкой токе.
Рис. 4. Чертёж платы
Рис. 5. Внешний вид собранной платы
Поскольку возможности выбирать элементы определённых производителей не было, были установлены те, что были в продаже для поверхностного монтажа. Дроссель L1, конденсатор С2, резистор R1 - типоразмера 0805. Конденсаторы С1, С3, С4, резисторы R2, R3, R4 - типоразмера 1206. Штатный светодиод фонаря - неизвестного типа, белого свечения с теплоотводом. При подаче на него напряжения 3 В потребляемый ток был 200 мА, а при напряжении 2,8 В он уменьшался до 65 мА. При подаче напряжения устройство заработало сразу и налаживания не потребовало. Источник питания фонаря - батарея гальванических элементов напряжением 4,5 В. Преобразователь начинал работать с нижней границы интервала рабочих напряжений - 1,8 В. Внешний вид собранного устройства показан на рис. 6.
Рис. 6. Внешний вид собранного устройства
Литература
1.TPS63000. - URL: https://static. chipdip.ru/lib/007/DOC013007812.pdf (28.01.22).
2.DFN10 eMSOP10. - URL: https:// aliexpress.ru/item/1377580967.html?sku_i d=53356854924 (28.01.22).
Автор: П. Юдин, г. Уфа