3.7V до 5v усилвателна схема на преобразувател, използвайки mc34063

В съвременните дни литиевите батерии обогатяват света на електрониката. Те могат да се зареждат много бързо и да осигуряват добро архивиране, което заедно с ниските производствени разходи прави литиевите батерии най-предпочитаният избор за преносими устройства. Тъй като напрежението на еднолитиевата литиева батерия варира от минимум 3,2 напрежение до 4,2V, е трудно да се захранват тези вериги, които изискват 5V или повече. В такъв случай се нуждаем от усилващ преобразувател, който ще повиши напрежението според изискването за натоварване, повече от входното напрежение.

Много възможности за избор в този сегмент; MC34063 е най-популярният превключващ регулатор в такъв сегмент. MCP34063 може да бъде конфигуриран в три операции, Buck, Boost и Inverting. Използваме MC34063 като превключващ регулатор на усилване и ще повишим напрежението на литиевата батерия от 3,7 V до 5,5 V с възможности за изходен ток 500 mA. Преди това сме изградили верига Buck Converter, за да намалим напрежението; можете също да проверите много интересни проекти 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 -

1. Референтна температура компенсирана
2. Ток за ограничаване на тока
3. Контролиран осцилатор на работен цикъл с активен превключвател за изход на силен ток.
4. Приемете 3.0V до 40V DC.
5. Може да работи при честота на превключване 100 KHz с толеранс от 2%.
6. Много нисък ток в режим на готовност
7. 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.

Нека да проектираме нашата схема за увеличаване, използвайки MC34063, за да увеличим напрежението на литиевата батерия от 3.7V до 5.5V.

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.

Сега 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: - Ще изчислим използването на формулата

За това нашият Vout е 5.5V, напрежението на диода напред (Vf) е 0.60V. Нашето минимално напрежение Vin (min) е 3.2V, тъй като това е най-ниското допустимо напрежение от едноклетъчна батерия. А за напрежението на насищане на изходния превключвател (Vsat), то е 1V (1V в листа с данни). Като съберем всичко това, получаваме

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

Стъпка 3: - Не, ние ще изчислим времето Ton + Toff, съгласно формулата Ton + Toff = 1 / f

Ще изберем по-ниска честота на превключване, 50Khz.

И така, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Така че нашият Ton + Toff е 20uS

Стъпка 4: - Сега ще изчислим времето за _{изключване} на T.

T _off = (T _on + T _off / (T _on / T _off) +1)

Както сме изчислявали Ton + Toff и Ton / Toff по-рано, изчислението ще бъде по-лесно сега, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Стъпка 5: - Сега следващата стъпка е да се изчисли тон, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8.65us = 11.35us

Стъпка 6: - Ще трябва да изберем синхронизиращия кондензатор Ct, който ще бъде необходим, за да произведе желаната честота. Ct = 4.0 x 10 ^-5 x Ton = 4.0 x 10 ^-5 x 11.35uS = 454pF

Стъпка 7: - Сега трябва да изчислим средния ток на индуктора или

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

Нашият максимален изходен ток ще бъде 500mA. И така, средният ток на индуктора ще бъде.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.

Стъпка 8: - 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 1,15 * 30% = 0,34А

Стъпка 9: - Пиковият ток на превключване ще бъде IL (avg) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

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

Стъпка 11: - За ток 500 mA, Rsc стойността ще бъде 0,3 / Ipk. И така, за нашето изискване ще бъде Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohms

Стъпка 12: - Нека изчислим стойностите на изходния кондензатор

Можем да изберем стойност на пулсации от 250mV (пик до пик) от усилващата мощност.

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

Ние ще изберем 220uF, 12V . Колкото повече кондензатор ще бъде използван, толкова повече пулсации ще намали.

Стъпка 13: - Последно трябва да изчислим стойността на резисторите за обратна връзка по напрежение. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Ще изберем R1 стойност 2k, Значи, R2 стойността ще бъде 5.5 = 1.25 (1 + R2 / 2k) = 6.8k

Изчислихме всички стойности. И така, по-долу е финалната схема:

Схема на Boost Converter

Необходими компоненти

1. Ограничителен конектор за вход и изход - 2 бр
2. 2k резистор - 1 бр
3. 6.8k резистор - 1 бр
4. 1N5819- 1nos
5. 100uF, 12V и 194.94uF, 12V кондензатор (използва се 220uF, 12V, избрана близка стойност) 1 номер всеки.
6. 18.91uH индуктор, 1.5A - 1 бр. (Използва се 33uH 2.5A, той беше лесно достъпен у нас)
7. 454pF (използван 470pF) кондензатор от керамичен диск 1 бр
8. 1 Литиево-йонна или литиево-полимерна батерия Една клетка или паралелна клетка в зависимост от капацитета на батерията за проблем, свързан с архивирането в необходимите проекти.
9. MC34063 превключващ регулатор IC
10. .24ohms резистор (.3R, 2W използвани)
11. 1 nos Veroboard (може да се използва точкова или свързана vero).
12. Пояло
13. Поялник за запояване и проводници за запояване.
14. Допълнителни проводници, ако е необходимо.

Забележка: Използвахме 33uh индуктор, тъй като той е лесно достъпен за местни доставчици с текущ рейтинг 2.5A. Също така използвахме.3R резистор вместо.22R.

След като подредите компонентите, запойте компонентите на дъската Perf

Появането е завършено.

Тестване на веригата за усилващ преобразувател

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

1. Изходна пулсация и напрежение при различни натоварвания до 500mA.
2. Ефективност на веригата.
3. Консумация на ток на празен ход на веригата.
4. Състояние на късо съединение на веригата.
5. Също така, какво ще се случи, ако претоварим изхода?

Нашата стайна температура е 25 градуса по Целзий, където тествахме веригата.

В горното изображение можем да видим DC натоварването. Това е резистивен товар и както можем да видим, 10pcs 1 ома резистори в паралелна връзка са действителното натоварване, свързано през MOSFET, ние ще контролираме порта MOSFET и ще оставим тока да тече през резисторите. Тези резистори преобразуват електрическите мощности в топлина. Резултатът се състои от 5% толеранс. Също така тези резултати на натоварване включват потреблението на енергия на самия товар, така че когато не се тегли товар, той ще покаже по подразбиране 70 mA ток на натоварване. Ще захранваме товара от друго захранване и ще тестваме веригата. Крайният изход ще бъде (Резултат - 70mA ). Ще използваме мултиметри с текущ режим на засичане и ще измерваме тока. Тъй като измервателният уред е в последователност с постояннотоковото натоварване, дисплеят на натоварването няма да осигури точния резултат поради спада на напрежението на шунтиращите резистори в мултиметрите. Ще запишем резултата на брояча.

По-долу е нашата тестова настройка; ние сме свързали товара през веригата, измерваме изходния ток през усилващия регулатор, както и изходното напрежение на него. Осцилоскопът също е свързан през усилващия преобразувател, така че можем да проверим и изходното напрежение. Един 18650 литиева батерия (1S2P - 3.7V 4400mAh) е осигуряване на входното напрежение.

Черпим.48A или 480-70 = 410mA ток от изхода. Изходното напрежение е 5.06V.

В този момент, ако проверим пик до пик пулсации в осцилоскоп. Виждаме изходната вълна, пулсацията е 260mV (pk-pk).

Ето подробния доклад за теста

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

Променихме товара и изчакахме около 3 минути на всяка стъпка, за да проверим дали резултатите са стабилни или не. След натоварване от 530mA (.53A) напрежението спада значително. В други случаи от 0 натоварвания до 500mA изходното напрежение спада.46V.

Тестване на веригата с Bench Power Supply

Тъй като не можем да контролираме напрежението на батерията, използвахме и променлив блок за захранване, за да проверим изходното напрежение при минимално и максимално входно напрежение (3.3-4.7V), за да провери дали работи или не,

В горното изображение на пейката захранването осигурява 3.3V входно напрежение. Дисплеят на товара показва 5.35V изход при 350mA ток от превключващото захранване. Тъй като натоварването се захранва от захранващо устройство, показанието на товара не е точно. Резултатът от текущото изтегляне (347mA) също се състои от текущото изтегляне от захранването на стенд от самия товар. Товарът се захранва с помощта на захранващо устройство (12V / 60mA). Така че действителният ток, който се изтегля от изхода на MC34063, е 347-60 = 287mA.

Изчислихме ефективността при 3.3V 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)
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

Сега сме променили напрежението на 4.2V вход. Получаваме 5.41V като изход, когато изтеглим 357 - 60 = 297mA товар.

Тествахме и ефективността. Той е малко по-добър от предишния резултат.

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

Консумацията на ток на празен ход на веригата се записва 3.47mA при всички условия, когато натоварването е 0 .

Също така проверихме за късо съединение, наблюдавана нормална работа. След прага на максималния изходен ток изходното напрежение става значително по-ниско и след определено време се приближава до нула.

Подобрения могат да бъдат направени в тази схема; кондензатор с по-висока стойност на ESR с по-висока стойност може да се използва за намаляване на пулсациите на изхода. Също така е необходимо правилно проектиране на печатни платки.