Circuit convertor boost de 3,7V la 5v folosind mc34063

În zilele noastre, bateriile cu litiu îmbogățesc lumea electronică. Acestea pot fi încărcate foarte repede și asigură o copie de rezervă bună, ceea ce, împreună cu costul lor redus de fabricație, face din bateriile cu litiu cea mai preferabilă alegere pentru dispozitivele portabile. Întrucât tensiunea bateriei cu litiu cu o singură celulă variază de la tensiunea minimă 3,2 la 4,2V, este dificil să alimentați circuitele care necesită 5V sau mai mult. În acest caz, avem nevoie de un convertor Boost care va crește tensiunea conform cerinței de încărcare, mai mult decât tensiunea de intrare.

O mulțime de opțiuni disponibile în acest segment; MC34063 este cel mai popular regulator de comutare în acest segment. MCP34063 poate fi configurat în trei operații, Buck, Boost și Inverting. Folosim MC34063 ca regulator de comutare Boost și vom crește tensiunea bateriei litiu de 3,7 V la 5,5 V cu capacități de curent de ieșire de 500 mA. Am construit anterior circuitul Buck Converter pentru a reduce tensiunea; de asemenea, puteți verifica multe proiecte interesante de electronică de putere aici.

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-

1. Referință compensată de temperatură
2. Circuitul limită de curent
3. Oscilator cu ciclu de funcționare controlat cu un comutator activ de ieșire a driverului.
4. Acceptați 3,0V până la 40V DC.
5. Poate fi operat la o frecvență de comutare de 100 KHz cu o toleranță de 2%.
6. Curent de așteptare foarte scăzut
7. 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.

Să proiectăm circuitul nostru step-up folosind MC34063 pentru a crește tensiunea bateriei cu litiu de 3,7V la 5,5V.

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.

Acum 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: - Vom calcula folosind formula

Pentru aceasta, Vout-ul nostru este de 5,5V, tensiunea înainte a diodei (Vf) este de 0,60V. Tensiunea noastră minimă Vin (min) este de 3,2 V, deoarece aceasta este cea mai mică tensiune acceptabilă de la o baterie cu o singură celulă. Și pentru tensiunea de saturație a comutatorului de ieșire (Vsat), aceasta este de 1V (1V în foaia tehnică). Prin, punând toate acestea împreună, obținem

(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Deci, t _ON / t _OFF = 1,31

Pasul 3: - Nu, vom calcula timpul Ton + Toff, conform formulei Ton + Toff = 1 / f

Vom selecta o frecvență de comutare mai mică, 50Khz.

Deci, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Deci Ton + Toff este 20uS

Pasul 4: - Acum vom calcula T _off timp.

T _off = (T _pornit + T _oprit / (T _pornit / T _oprit) +1)

După cum am calculat anterior Ton + Toff și Ton / Toff, calculul va fi mai ușor acum, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Pasul 5: - Acum următorul pas este să calculați Ton, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8.65us = 11.35us

Pasul 6: - Va trebui să alegem temporizarea condensatorului Ct, care va fi necesar pentru a produce frecvența dorită. Ct = 4.0 x 10 ^-5 x Ton = 4.0 x 10 ^-5 x 11.35uS = 454pF

Pasul 7: - Acum trebuie să calculăm curentul mediu al inductorului sau

IL (medie). IL (avg) = Iout (max) x ((T _on / T _off) +1)

Curentul nostru maxim de ieșire va fi de 500mA. Deci, curentul mediu al inductorului va fi.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.

Pasul 8: - 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 1,15 * 30% = 0,34A

Pasul 9: - Curentul de vârf de comutare va fi IL (avg) + Iripple / 2 = 1,15 +.34 / 2 = 1,32A

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

Pasul 11: - Pentru curentul de 500mA, valoarea Rsc va fi 0,3 / Ipk. Deci, pentru cerința noastră va fi Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohms

Pasul 12: - Să calculăm valorile condensatorului de ieșire

Putem alege o valoare de ondulare de 250mV (vârf la vârf) din ieșirea de boost.

Deci, Cout = 9 * (0,5 * 11,35us / 0,25) = 204,3uF

Vom alege 220uF, 12V . 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. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Vom alege valoarea R1 2k, Deci, valoarea R2 va fi 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Am calculat toate valorile. Deci, mai jos este schema finală:

Schema circuitului convertorului Boost

Componente necesare

1. Conector relimate pentru intrare și ieșire - 2 nr
2. 2k rezistor- 1 nr
3. 6.8k rezistor- 1 nr
4. 1N5819- 1nos
5. 100uF, 12V și 194.94uF, condensator 12V (se utilizează 220uF, 12V, se selectează o valoare apropiată) 1 numere fiecare
6. Inductor 18,91uH, 1,5A - 1 nr. (Se utilizează 33uH 2.5A, a fost ușor disponibil la noi)
7. 454pF (470pF folosit) condensator de ceramică cu disc 1 nr
8. 1 Baterie litiu-ion sau polimer litiu O singură celulă sau o celulă paralelă în funcție de capacitatea bateriei pentru o problemă legată de backup în proiectele necesare.
9. MC34063 regulator de comutare IC
10. Rezistor.24ohms (.3R, 2W folosit)
11. 1 nos Veroboard (se poate folosi vero punctat sau conectat).
12. Ciocan de lipit
13. Flux de lipit și fire de lipit.
14. Cabluri suplimentare, dacă este necesar.

Notă: Am folosit un inductor de 33uh, deoarece este disponibil cu ușurință la furnizorii locali cu ratingul curent de 2,5A. De asemenea, am folosit rezistență.3R în schimb.22R.

După aranjarea componentelor, lipiți componentele pe placa Perf

Lipirea este finalizată.

Testarea circuitului convertorului Boost

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

1. Ripple și tensiune de ieșire la diferite sarcini de până la 500mA.
2. Eficiența circuitului.
3. Consumul de curent de ralanti al circuitului.
4. Starea scurtcircuitului circuitului.
5. De asemenea, ce se va întâmpla dacă supraîncărcăm ieșirea?

Temperatura camerei noastre este de 25 grade Celsius unde am testat circuitul.

În imaginea de mai sus putem vedea încărcarea DC. Aceasta este o sarcină rezistivă și, după cum putem vedea, rezistențele de 10 buc 1 ohm în conexiune paralelă sunt sarcina reală conectată pe un MOSFET, vom controla poarta MOSFET și vom permite curentului să curgă prin rezistențe. Aceste rezistențe transformă puterile electrice în căldură. Rezultatul constă în toleranță de 5%. De asemenea, aceste rezultate ale încărcării includ consumul de energie al încărcăturii în sine, astfel încât atunci când nu este trasă nicio sarcină, aceasta va afișa curentul de încărcare implicit de 70mA. Vom alimenta sarcina cu alte surse de alimentare și vom testa circuitul. Rezultatul final va fi (Rezultat - 70mA ). Vom folosi multimetre cu modul de detectare a curentului și vom măsura curentul. Deoarece contorul este în serie cu sarcina de curent continuu, afișajul de sarcină nu va oferi rezultatul exact din cauza căderii de tensiune a rezistențelor de șunt în interiorul multimetrelor. Vom înregistra rezultatul contorului.

Mai jos este configurarea noastră de testare; am conectat sarcina de-a lungul circuitului, măsurăm curentul de ieșire din regulatorul de creștere, precum și tensiunea de ieșire a acestuia. Un osciloscop este, de asemenea, conectat la convertorul de impuls, astfel încât să putem verifica și tensiunea de ieșire. O baterie litiu 18650 (1S2P - 3.7V 4400mAH) furnizează tensiunea de intrare.

Tragem.48A sau 480-70 = 410mA de curent din ieșire. Tensiunea de ieșire este de 5,06V.

În acest moment, dacă verificăm creșterea vârfului în vârf în osciloscop. Putem vedea unda de ieșire, ondulația este de 260mV (pk-pk).

Iată raportul detaliat al testului

Timp (secunde)	Încărcare (mA)	Tensiune (V)	Ripple (pp) (mV)
180	0	5.54	180
180	100	5,46	196
180	200	5.32	208
180	300	5.36	220
180	400	5.16	243
180	500	5.08	258
180	600	4.29	325

Am schimbat încărcarea și am așteptat aproximativ 3 minute la fiecare etapă pentru a verifica dacă rezultatele sunt stabile sau nu. După o încărcare de 530mA (.53A), tensiunea a scăzut semnificativ. În alte cazuri, de la 0 sarcini la 500mA, tensiunea de ieșire a scăzut.46V.

Testarea circuitului cu sursa de alimentare pentru bancă

Deoarece nu putem controla tensiunea bateriei, am folosit și o unitate de alimentare variabilă pentru a verifica tensiunea de ieșire la tensiunea minimă și maximă de intrare (3.3-4.7V) pentru a verifica dacă funcționează sau nu,

În imaginea de mai sus, alimentarea cu bancă furnizează o tensiune de intrare de 3,3V. Afișajul de încărcare arată o ieșire de 5,35 V la 350mA curent extras de la sursa de comutare. Deoarece sarcina este alimentată de sursa de alimentare pe bancă, afișajul sarcinii nu este precis. Rezultatul extragerii curente (347mA) constă, de asemenea, în extragerea curentului din sursa de alimentare de la bancă de către sarcină. Sarcina este alimentată cu ajutorul sursei de alimentare pe bancă (12V / 60mA). Deci curentul real extras din ieșirea MC34063 este de 347-60 = 287mA.

Am calculat eficiența la 3,3 V 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)
3.3	0,46	1,518	5.49	0,183	1.00467	66.1837945
3.3	0,65	2.145	5.35	0,287	1,53545	71.5827506
3.3	0,8	2,64	5.21	0,349	1.81829	68.8746212
3.3	1	3.3	5.12	0,451	2.30912	69.9733333
3.3	1.13	3,729	5.03	0,52	2.6156	70.1421293

Acum am schimbat tensiunea la intrarea de 4,2V. Obținem 5,41 V ca ieșire când tragem 357 - 60 = 297 mA de sarcină.

De asemenea, am testat eficiența. Este puțin mai bun decât rezultatul anterior.

Tensiunea de intrare (V)	Curent de intrare (A)	Putere de intrare (W)	Tensiunea de ieșire (V)	Curent de ieșire (A)	Putere de ieșire (W)	Eficienţă
4.2	0,23	0,966	5.59	0,12	0,6708	69.4409938
4.2	0,37	1,554	5,46	0,21	1,1466	73.7837838
4.2	0,47	1,974	5.41	0,28	1,5148	76.7375887
4.2	0,64	2.688	5.39	0,38	2.0482	76.1979167
4.2	0,8	3.36	5.23	0,47	2.4581	73.1577381

Consumul de curent de ralanti al circuitului este înregistrat la 3,47 mA în orice stare, atunci când sarcina este 0 .

De asemenea, am verificat scurtcircuitul, funcționarea normală observată. După pragul maxim de curent de ieșire, tensiunea de ieșire devine semnificativ mai mică și după un anumit timp se apropie de zero.

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