Circuit de conversie buck de 12V la 5v folosind mc34063

În tutorialul anterior, am demonstrat proiectarea detaliată a convertorului Boost folosind MC34063, unde a fost proiectat un convertor boost de 3,7V la 5V. Aici vedem cum să convertim 12V în 5V. După cum știm că bateriile exacte de 5V nu sunt întotdeauna disponibile și, uneori, avem nevoie de tensiune mai mare și tensiune mai mică în același timp pentru a conduce diferite părți ale circuitului, așa că folosim sursa de tensiune mai mare (12v) ca sursă principală de alimentare și renunțăm la aceasta tensiune la tensiune mai mică (5v) ori de câte ori este necesar. În acest scop, un circuit convertor Buck este utilizat în multe aplicații electronice care scade tensiunea de intrare conform cerințelor de încărcare.

Există o mulțime de opțiuni disponibile în acest segment; Așa cum s-a văzut în tutorialul anterior, MC34063 este unul dintre cele mai populare regulatoare de comutare disponibile în acest segment. MC34063 poate fi configurat în trei moduri, Buck, Boost și Inverting. Vom folosi configurația Buck pentru a converti sursa de 12V DC la 5V DC cu capacitate de curent de ieșire 1A. Am construit anterior un circuit Buck Converter simplu folosind MOSFET; de asemenea, puteți verifica aici mai multe circuite electronice de putere utile.

IC MC34063

Diagrama pinout MC34063 a fost prezentată în imaginea de mai jos. În partea stângă este prezentat circuitul intern al MC34063, iar pe cealaltă parte este prezentată diagrama pinout.

MC34063 este un 1. 5A Step up sau step down sau inversarea regulatorului, datorită proprietății de conversie a tensiunii DC, MC34063 este un convertor DC-DC IC.

Acest IC oferă următoarele caracteristici în pachetul său cu 8 pini-

Referință compensată de temperatură
Circuitul limită de curent
Oscilator cu ciclu de funcționare controlat cu un comutator activ de ieșire a driverului.
Acceptați 3,0V până la 40V DC.
Poate fi operat la o frecvență de comutare de 100 KHz cu o toleranță de 2%.
Curent de așteptare foarte scăzut
Tensiune de ieșire reglabilă

De asemenea, în ciuda acestor caracteristici, este disponibil pe scară largă și este mult mai eficient decât alte IC-uri disponibile în acest segment.

În tutorialul anterior, am proiectat circuitul de creștere a tensiunii folosind MC34063 pentru a crește tensiunea bateriei de litiu de 3,7 V la 5,5 V, în acest tutorial vom proiecta un convertor Buck de 12 V la 5 V

Calculul valorilor componentelor pentru Boost Converter

Dacă verificăm foaia tehnică, putem vedea că diagrama formulă completă este prezentă pentru a calcula valorile dorite necesare conform cerințelor noastre. Iată foaia de formulă disponibilă în foaia de date și este prezentat și circuitul de intensificare.

Iată schema fără valoarea componentelor respective, care va fi utilizată suplimentar cu MC34063.

Vom calcula valorile necesare pentru proiectarea noastră. Putem face calculele din formulele furnizate în foaia tehnică sau putem folosi foaia Excel oferită de site-ul ON Semiconductor.

Iată linkul foii Excel.

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063%20DWS.XLS

Pași pentru calcularea acestor valori ale componentelor-

Pasul 1: - Mai întâi, trebuie să selectăm dioda. Vom alege dioda 1N5819 disponibilă pe scară largă. Conform fișei tehnice, la 1A curent înainte, tensiunea directă a diodei va fi 0,60 V.

Pasul 2: - Calculăm mai întâi inductorul și curentul de comutare, deoarece vor fi necesare pentru calcul ulterior. Curentul nostru mediu de inductor va fi curentul inductor de vârf. Deci, în cazul nostru curentul inductor este:

IL (medie) = 1A

Pasul 3: - Acum este timpul pentru curentul de undă al inductorului. Un inductor tipic folosește 20-40% din curentul mediu de ieșire. Deci, dacă alegem curentul de ondulare a inductorului 30%, acesta va fi 1A * 30% = 0,30A

Pasul 4: - Curentul de vârf de comutare va fi IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Pasul 5: - Vom calcula t _ON / t _OFF folosind formula de mai jos

Pentru aceasta, Vout-ul nostru este de 5V, iar tensiunea directă a diodei (Vf) este de 0,60V. Tensiunea noastră minimă de intrare Vin (min) este 12V, iar tensiunea de saturație este 1V (1V în foaia tehnică). Prin, punând toate acestea împreună, obținem

(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Deci, t _ON / t _OFF = .93uS

Pasul 6: - Acum vom calcula timpul Ton + Toff, conform formulei Ton + Toff = 1 / f

Vom selecta o frecvență de comutare mai mică, 40Khz.

Deci, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Pasul 7: - Acum vom calcula timpul Toff. După cum am calculat anterior Ton + Toff și Ton / Toff, calculul va fi mai ușor acum,

Pasul 8: - Acum următorul pas este să calculați Ton, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Pasul 9: - Trebuie să alegem temporizarea condensatorului Ct, care va fi necesar pentru a produce frecvența dorită.

Ct = 4.0 x10 ^-5 x Ton = 4.0 x 10 ^-5 x 12.05uS = 482pF

Pasul 10: - În funcție de aceste valori, vom calcula valoarea inductorului

Pasul 11: - Pentru curentul 1A, valoarea Rsc va fi 0,3 / Ipk. Deci, pentru cerința noastră va fi Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohmi

Pasul 12: - Să calculăm valorile condensatorului de ieșire, putem alege o valoare de ondulație de 100mV (vârf la vârf) din ieșirea boost.

Vom alege 470uF, 25V. Cu cât va fi utilizat mai mult condensator, cu atât se va reduce mai mult.

Pasul 13: - Ultima dată trebuie să calculăm valoarea rezistențelor de feedback de tensiune. Vom alege valoarea R1 2k, Deci, valoarea R2 va fi calculată ca

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) 5 = 1,25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6,2k

Diagrama circuitului convertorului Buck

Deci, după calcularea tuturor valorilor. Iată schema actualizată

Componente necesare

Conector 2 nos relimate pentru intrare și ieșire
2k rezistor- 1 nr
Rezistor 6.2k- 1 nr
1N5819- 1 nr
Condensator 100uF, 25V și 359,37uF, 25V (470uF, 25V folosit, valoare apropiată selectată) - 1 numere fiecare.
62.87uH inductor, 1.5A 1 nr. (Se utilizează 100uH 2,5A, a fost ușor disponibil pe piață)
482pF (470pF folosit) condensator de ceramică - 1 nr
Unitate de alimentare de 12V cu rating 1.5A.
MC34063 regulator de comutare ic
Rezistor.26ohms (.3R, 2W folosit)
1 nos veroboard (se poate folosi vero punctat sau conectat).
Ciocan de lipit
Flux de lipit și fire de lipit.
Cabluri suplimentare, dacă este necesar.

După aranjarea componentelor, lipiți componentele pe placa Perf

Testarea circuitului convertorului Buck

Înainte de a testa circuitul, avem nevoie de sarcini variabile de curent continuu pentru a extrage curentul de la alimentarea cu curent continuu. În micul laborator de electronică unde testăm circuitul, toleranțele de testare sunt mult mai mari și, din acest motiv, puține precizii de măsurare nu sunt la înălțime.

Osciloscopul este calibrat corespunzător, dar zgomotele artificiale, EMI, RF pot schimba, de asemenea, precizia rezultatului testului. De asemenea, Multimetrul are toleranțe de +/- 1%.

Aici vom măsura următoarele lucruri

Ripple și tensiune de ieșire la diferite sarcini de până la 1000mA. De asemenea, testați tensiunea de ieșire la această sarcină maximă.
Eficiența circuitului.
Consumul de curent de ralanti al circuitului.
Starea scurtcircuitului circuitului.
De asemenea, ce se va întâmpla dacă supraîncărcăm ieșirea?

Temperatura camerei noastre este de 26 de grade Celsius când am testat circuitul.

În imaginea de mai sus, putem vedea încărcarea DC. Aceasta este o sarcină rezistivă și, după cum putem vedea, zece nu. de rezistențe de 1 ohm în conexiune paralelă sunt sarcina reală, care este conectată printr-un MOS-FET. Vom controla poarta MOSFET și vom permite curentului să curgă prin rezistențe. Aceste rezistențe transformă puterile electrice în căldură. Rezultatul constă în 5% toleranță. De asemenea, aceste rezultate ale încărcării includ consumul de energie al sarcinii în sine, astfel încât atunci când nu este conectată nicio sarcină și alimentată cu ajutorul unei surse de alimentare externe, aceasta va afișa curentul de încărcare implicit de 70mA. În cazul nostru, vom alimenta sarcina de la sursa de alimentare externă pe banc și vom testa circuitul. Rezultatul final va fi (Rezultat - 70mA).

Mai jos este configurarea noastră de testare; am conectat sarcina de-a lungul circuitului, măsurăm curentul de ieșire din regulatorul Buck, precum și tensiunea de ieșire a acestuia. Un osciloscop este, de asemenea, conectat la convertorul Buck, astfel încât să putem verifica și tensiunea de ieșire. Furnizăm intrare de 12V de la unitatea noastră de alimentare cu bancă.

Desenăm. 88A sau 952mA-70mA = 882mA de curent de la ieșire. Tensiunea de ieșire este de 5.15V.

În acest moment, dacă verificăm creșterea vârfului în vârf în osciloscop. Putem vedea unda de ieșire, ondulația este de 60mV (pk-pk). Ceea ce este bun pentru un convertor de comutare de 12V la 5V.

Forma de undă de ieșire arată astfel:

Iată intervalul de timp al formei de undă de ieșire. Este de 500mV pe divizie și 500uS interval de timp.

Iată raportul detaliat al testului

Timp (secunde)	Încărcare (mA)	Tensiune (V)	Ripple (pp) (mV)
180	0	5.17	60
180	200	5.16	60
180	400	5.16	60
180	600	5.16	80
180	800	5.15	80
180	982	5.13	80
180	1200	4.33	120

Am schimbat încărcarea și am așteptat aproximativ 3 minute, la fiecare pas, pentru a verifica dacă rezultatele sunt stabile sau nu. După o încărcare de 982mA, tensiunea a scăzut semnificativ. În alte cazuri, de la 0 sarcini la 940 mA, tensiunea de ieșire scăzută a fost de aproximativ 0,02 V, ceea ce reprezintă o stabilitate destul de bună la sarcină maximă. De asemenea, după acea încărcare de 982mA, tensiunea de ieșire scade semnificativ. Am folosit rezistență.3R unde era necesar.26R, din această cauză, putem trage 982mA de curent de încărcare. Sursa de alimentare MC34063 nu este în măsură să asigure o stabilitate adecvată la încărcarea completă de 1A, așa cum am folosit.3R în schimb.26R. Dar 982mA este foarte aproape de ieșirea 1A. De asemenea, am folosit rezistențe cu toleranțe de 5%, care sunt cel mai frecvent disponibile pe piața locală.

Am calculat eficiența la intrarea fixă de 12V și schimbând sarcina. Iată rezultatul

Tensiunea de intrare (V)	Curent de intrare (A)	Putere de intrare (W)	Tensiunea de ieșire (V)	Curent de ieșire (A)	Putere de ieșire (W)	Eficiență (n)
12.04	0,12	1,4448	5.17	0,2	1,034	71.56699889
12.04	0,23	2,7692	5.16	0,4	2.064	74.53416149
12.04	0,34	4.0936	5.16	0,6	3.096	75.6302521
12.04	0,45	5.418	5.16	0,8	4.128	76.19047619
12.04	0,53	6,3812	5.15	0,98	5.047	79.09170689

După cum putem vedea, eficiența medie este de aproximativ 75%, ceea ce este un rezultat bun în această etapă.

Consumul de curent de ralanti al circuitului este înregistrat 3,52mA atunci când sarcina este 0.

De asemenea, am verificat dacă există scurtcircuit și observăm Normal în scurtcircuit.

După pragul maxim de curent de ieșire, tensiunile de ieșire devin semnificativ mai mici și după un anumit timp, se apropie de zero.

Îmbunătățirile pot fi făcute în acest circuit; putem folosi condensator cu valoare ESR mai mică pentru a reduce valul de ieșire. De asemenea, este necesară proiectarea adecvată a PCB-urilor.