Преобразувателна верига от 12V до 5v с помощта на mc34063

В предишния урок демонстрирахме подробен дизайн на Boost Converter, използвайки MC34063, където беше проектиран усилващ преобразувател от 3.7V до 5V. Тук виждаме как да конвертираме 12V в 5V. Тъй като знаем, че точните 5V батерии не винаги са на разположение и понякога се нуждаем от по-високо напрежение и по-ниско напрежение едновременно, за да задвижваме различни части на веригата, така че използваме източник с по-високо напрежение (12v) като основен източник на захранване и отстъпваме това напрежение към по-ниско напрежение (5v), когато е необходимо. За тази цел в много приложения на електрониката се използва верига Buck Converter, която намалява входното напрежение според изискването за натоварване.

В този сегмент има много възможности за избор; както се вижда в предишния урок, MC34063 е един от най-популярните превключващи регулатори, налични в такъв сегмент. MC34063 може да бъде конфигуриран в три режима, Buck, Boost и Inverting. Ще използваме конфигурацията Buck, за да преобразуваме източника на 12V DC в 5V DC с възможност за изходен ток 1А. Преди това сме изградили проста верига на Buck Converter, използвайки MOSFET; можете да проверите и много повече полезни схеми за силова електроника тук.

IC MC34063

Диаграмата на пиновете MC34063 е показана на изображението по-долу. От лявата страна е показана вътрешната верига на MC34063, а от другата страна е показана схемата на пиновете.

MC34063 е 1. 5А стъпка нагоре или стъпка надолу или обръщане регулатор, поради DC имот преобразуване на напрежението, MC34063 е DC-DC конвертор IC.

Този IC осигурява следните функции в своя 8-пинов пакет -

Референтна температура компенсирана
Ток за ограничаване на тока
Контролиран осцилатор на работен цикъл с активен превключвател за изход на силен ток.
Приемете 3.0V до 40V DC.
Може да работи при честота на превключване 100 KHz с толеранс от 2%.
Много нисък ток в режим на готовност
Регулируемо изходно напрежение

Освен това, въпреки тези функции, той е широко достъпен и е много по-рентабилен от другите интегрални схеми, налични в такъв сегмент.

В предишния урок ние проектирахме верига за повишаване на напрежението, използвайки MC34063, за да увеличим напрежението на литиевата батерия до 3.7V до 5.5V, в този урок ще проектираме конвертор от 12V до 5V Buck.

Изчисляване на стойностите на компонентите за Boost Converter

Ако проверим листа с данни, можем да видим, че е налице пълната диаграма на формулата, за да се изчислят желаните стойности, изисквани според нашето изискване. Ето листа с формули, наличен в листа с данни, и схемата за увеличаване също е показана.

Ето схемата без стойността на тези компоненти, която ще се използва допълнително с MC34063.

Ще изчислим стойностите, които са необходими за нашия дизайн. Можем да направим изчисленията от формулите, предоставени в листа с данни, или да използваме Excel листа, предоставен от уебсайта на ON Semiconductor.

Ето връзката към Excel листа.

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

Стъпки за изчисляване на стойностите на тези компоненти-

Стъпка 1: - Първо, трябва да изберем диода. Ще изберем широкодостъпен диод 1N5819. Според листа с данни, при 1A преден ток напрежението на диода напред ще бъде 0,60 V.

Стъпка 2: - Първо изчисляваме индуктор и превключващ ток, както ще е необходимо за по-нататъшно изчисление. Нашият среден ток на индуктор ще бъде върховият ток на индуктора. И така, в нашия случай индукторният ток е:

IL (avg) = 1A

Стъпка 3: - Сега е време за пулсационен ток на индуктора. Типичен индуктор използва 20-40% от средния изходен ток. Така че, ако изберем 30% пулсационен ток на индуктора, той ще бъде 1A * 30% = 0,30A

Стъпка 4: - Пиковият ток на превключване ще бъде IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Стъпка 5: - Ще изчислим t _ON / t _OFF, използвайки формулата по-долу

За това нашият Vout е 5V, а напрежението на диода напред (Vf) е 0,60V. Нашето минимално входно напрежение Vin (min) е 12V, а напрежението на насищане е 1V (1V в листа с данни). Като съберем всичко това, получаваме

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

Стъпка 6: - Сега ще изчислим времето Ton + Toff, съгласно формулата Ton + Toff = 1 / f

Ще изберем по-ниска честота на превключване, 40Khz.

И така, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Стъпка 7: - Сега ще изчислим времето на Тоф. Както сме изчислявали Ton + Toff и Ton / Toff по- рано, изчислението ще бъде по-лесно сега,

Стъпка 8: - Следващата стъпка е да се изчисли тон, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Стъпка 9: - Трябва да изберем синхронизиращия кондензатор Ct, който ще е необходим, за да произведе желаната честота.

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

Стъпка 10: - В зависимост от тези стойности ще изчислим стойността на индуктора

Стъпка 11: - За тока 1А, Rsc стойността ще бъде 0,3 / Ipk. Така че, за нашето изискване това ще бъде Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohms

Стъпка 12: - Нека изчислим стойностите на изходния кондензатор, можем да изберем стойност на пулсация от 100mV (пик до пик) от усилващата мощност.

Ние ще изберем 470uF, 25V. Колкото повече кондензатор ще бъде използван, толкова по-пулсация ще намалее.

Стъпка 13: - Последно трябва да изчислим стойността на резисторите за обратна връзка по напрежение. Ще изберем стойността на R1 2k, така че стойността на R2 ще бъде изчислена като

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

Диаграма на конвертора на Buck

Така че след изчисляване на всички стойности. Ето актуализираната схема

Необходими компоненти

2 носа климатичен съединител за вход и изход
2k резистор - 1 бр
6.2k резистор - 1 бр
1N5819- 1 бр
100uF, 25V и 359.37uF, 25V кондензатор (използвани 470uF, 25V, избрана близка стойност) - по 1 брой.
62,87uH индуктор, 1,5A 1 бр. (Използва се 100uH 2.5A, беше лесно достъпен на пазара)
482pF (използван 470pF) кондензатор от керамичен диск - 1 бр
12V захранващ блок с номинал 1.5A.
MC34063 превключващ регулатор ic
.26ohms резистор (.3R, 2W използвани)
1 nos veroboard (може да се използва точкова или свързана vero).
Пояло
Поялник за запояване и проводници за запояване.
Допълнителни проводници, ако е необходимо.

След като подредите компонентите, запойте компонентите на дъската Perf

Тестване на веригата Buck Converter

Преди да тестваме веригата, се нуждаем от променливи постояннотокови натоварвания, за да изтеглим тока от постояннотоковото захранване. В малката лаборатория за електроника, където тестваме веригата, толерансите на теста са много по-високи и поради това малко точност на измерване не е на ниво.

Осцилоскопът е правилно калибриран, но изкуствените шумове, EMI, RF също могат да променят точността на резултатите от теста. Освен това мултиметърът има допустими отклонения от +/- 1%.

Тук ще измерим следните неща

Изходна пулсация и напрежение при различни натоварвания до 1000mA. Също така тествайте изходното напрежение при това пълно натоварване.
Ефективността на веригата.
Консумация на ток на празен ход на веригата.
Състояние на късо съединение на веригата.
Също така, какво ще се случи, ако претоварим изхода?

Нашата стайна температура е 26 градуса по Целзий, когато тествахме веригата.

На горното изображение можем да видим DC натоварването. Това е съпротивително натоварване и както виждаме, десет не. от 1 ома резистори в паралелна връзка са действителното натоварване, което е свързано през MOS-FET, ние ще контролираме порта MOSFET и ще позволим на тока да тече през резисторите. Тези резистори преобразуват електрическите мощности в топлина. Резултатът се състои от 5% толеранс. Също така, тези резултати от натоварването включват потреблението на енергия на самия товар, така че когато към него не е свързан товар и не се захранва с помощта на външно захранване, той ще покаже 70mA ток на натоварване по подразбиране. В нашия случай ще захранваме товара от външно захранване на стенд и ще тестваме веригата. Крайният изход ще бъде (Резултат - 70mA).

По-долу е нашата тестова настройка; ние сме свързали товара през веригата, измерваме изходния ток през регулатора, както и изходното напрежение на него. Осцилоскопът също е свързан през преобразувателя, така че можем да проверим и изходното напрежение. Осигуряваме 12V вход от нашия енергиен блок.

Ние рисуваме. 88A или 952mA-70mA = 882mA ток от изхода. Изходното напрежение е 5.15V.

В този момент, ако проверим пика до пик пулсации в осцилоскопа. Виждаме изходната вълна, пулсацията е 60mV (pk-pk). Което е добре за 12V към 5V превключващ конвертор.

На вълната на изхода изглежда така:

Тук е времевата рамка на изходната форма на вълната. Това е 500mV на деление и 500uS времева рамка.

Ето подробния доклад за теста

Време (секунди)	Натоварване (mA)	Напрежение (V)	Пулсации (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

Променихме товара и изчакахме около 3 минути на всяка стъпка, за да проверим дали резултатите са стабилни или не. След натоварване от 982mA напрежението спада значително. В други случаи от 0 натоварвания до 940 mA, изходното напрежение е било около 0,22V, което е доста добра стабилност при пълно натоварване. Също така, след това натоварване от 982mA, изходното напрежение спада значително. Използвахме.3R резистор, където се изискваше.26R, поради което можем да изтеглим 982mA ток на натоварване. В MC34063 захранването е в състояние да осигури правилното стабилност при пълно натоварване 1А като се използва вместо.3R.26R. Но 982mA е много близо до 1A изход. Също така използвахме резистори с 5% допустими отклонения, които са най-често достъпни на местния пазар.

Изчислихме ефективността при 12V фиксиран вход и чрез промяна на товара. Ето резултата

Входно напрежение (V)	Входен ток (A)	Входна мощност (W)	Изходно напрежение (V)	Изходен ток (A)	Изходна мощност (W)	Ефективност (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

Както виждаме средната ефективност е около 75%, което е добър резултат на този етап.

Консумацията на ток на празен ход на веригата се записва 3,52 mA, когато натоварването е 0.

Също така проверихме за късо съединение и наблюдаваме Нормално при късо съединение.

След прага на максималния изходен ток изходните напрежения стават значително по-ниски и след определено време се приближават до нула.

Подобрения могат да бъдат направени в тази схема; можем да използваме кондензатор с по-висока стойност на ESR, за да намалим пулсацията на изхода. Също така е необходимо правилно проектиране на печатни платки.