Κύκλωμα μετατροπέα 12V έως 5v buck χρησιμοποιώντας mc34063

Στο προηγούμενο σεμινάριο, παρουσιάσαμε λεπτομερή σχεδίαση του Boost Converter χρησιμοποιώντας MC34063, όπου σχεδιάστηκε ένας μετατροπέας ώθησης 3,7V έως 5V. Εδώ βλέπουμε πώς να μετατρέψουμε 12V σε 5V. Όπως γνωρίζουμε ότι οι ακριβείς μπαταρίες 5V δεν είναι πάντα διαθέσιμες και μερικές φορές χρειαζόμαστε υψηλότερη τάση και χαμηλότερη τάση ταυτόχρονα για να οδηγήσουμε διαφορετικά μέρη του κυκλώματος, επομένως χρησιμοποιούμε την πηγή υψηλότερης τάσης (12v) ως την κύρια πηγή ισχύος και κατεβαίνουμε αυτό τάση προς χαμηλότερη τάση (5v) όπου απαιτείται. Για το σκοπό αυτό, ένα κύκλωμα μετατροπέα Buck χρησιμοποιείται σε πολλές ηλεκτρονικές εφαρμογές που μειώνουν την τάση εισόδου σύμφωνα με τις απαιτήσεις φορτίου.

Υπάρχουν πολλές διαθέσιμες επιλογές σε αυτό το τμήμα. όπως φαίνεται στο προηγούμενο σεμινάριο, το MC34063 είναι ένας από τους πιο δημοφιλείς ρυθμιστές εναλλαγής που διατίθενται σε ένα τέτοιο τμήμα. Το MC34063 μπορεί να διαμορφωθεί σε τρεις λειτουργίες, Buck, Boost και Inverting. Θα χρησιμοποιήσουμε τη διαμόρφωση Buck για να μετατρέψουμε την πηγή 12V DC σε 5V DC με δυνατότητα ρεύματος εξόδου 1Α. Έχουμε δημιουργήσει προηγουμένως απλό κύκλωμα Buck Converter χρησιμοποιώντας MOSFET. Μπορείτε επίσης να ελέγξετε πολλά περισσότερα χρήσιμα κυκλώματα ηλεκτρονικής ισχύος εδώ.

IC MC34063

Το διάγραμμα pinout MC34063 έχει δειχθεί στην παρακάτω εικόνα. Στην αριστερή πλευρά εμφανίζεται το εσωτερικό κύκλωμα του MC34063 και στην άλλη πλευρά εμφανίζεται το διάγραμμα pinout.

Το MC34063 είναι 1. 5Α Βήμα επάνω ή βήμα προς τα κάτω ή αναστροφής ρυθμιστή, λόγω DC ιδιοκτησίας μετατροπής τάσης, MC34063 είναι ένα DC-DC μετατροπέα IC.

Αυτό το IC παρέχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά στο πακέτο 8 ακίδων

1. Αντισταθμισμένη αναφορά θερμοκρασίας
2. Τρέχον κύκλωμα ορίου
3. Ταλαντωτής κύκλου ελεγχόμενης λειτουργίας με ενεργό διακόπτη εξόδου οδηγού υψηλής τάσης.
4. Αποδοχή 3,0V έως 40V DC.
5. Μπορεί να λειτουργήσει με συχνότητα μεταγωγής 100 KHz με ανοχή 2%.
6. Πολύ χαμηλό ρεύμα αναμονής
7. Ρυθμιζόμενη τάση εξόδου

Επίσης, παρά αυτά τα χαρακτηριστικά, είναι ευρέως διαθέσιμο και είναι πολύ αποδοτικό από ό, τι άλλα IC που διατίθενται σε αυτό το τμήμα.

Στο προηγούμενο σεμινάριο, σχεδιάσαμε το κύκλωμα αύξησης τάσης χρησιμοποιώντας το MC34063 για την αύξηση της τάσης μπαταρίας λιθίου 3,7V στα 5,5V, σε αυτό το σεμινάριο θα σχεδιάσουμε μετατροπέα 12V έως 5V Buck.

Υπολογισμός των τιμών των εξαρτημάτων για μετατροπέα ώθησης

Εάν ελέγξουμε το φύλλο δεδομένων, μπορούμε να δούμε ότι υπάρχει το πλήρες γράφημα τύπων για τον υπολογισμό των επιθυμητών τιμών που απαιτούνται σύμφωνα με τις απαιτήσεις μας. Εδώ είναι το φύλλο τύπων που είναι διαθέσιμο στο φύλλο δεδομένων και εμφανίζεται επίσης το κύκλωμα αύξησης.

Εδώ είναι το σχηματικό χωρίς αυτά τα συστατικά στοιχεία, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν επιπλέον με το MC34063.

Θα υπολογίσουμε τις τιμές που απαιτούνται για το σχεδιασμό μας. Μπορούμε να κάνουμε τους υπολογισμούς από τους τύπους που παρέχονται στο δελτίο δεδομένων ή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το φύλλο excel που παρέχεται από τον ιστότοπο ON Semiconductor.

Εδώ είναι ο σύνδεσμος του φύλλου excel.

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

Βήματα για τον υπολογισμό αυτών των συστατικών τιμών-

Βήμα 1: - Πρώτον, πρέπει να επιλέξουμε τη δίοδο. Θα επιλέξουμε ευρέως διαθέσιμη δίοδο 1N5819. Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων, στο 1A προς τα εμπρός ρεύμα η προς τα εμπρός τάση της διόδου θα είναι 0,60 V.

Βήμα 2: - Υπολογίζουμε πρώτα το πηνίο και το ρεύμα μεταγωγής, καθώς θα απαιτείται για περαιτέρω υπολογισμό. Το μέσο ρεύμα επαγωγέα μας θα είναι το μέγιστο ρεύμα επαγωγέα. Έτσι, στην περίπτωσή μας, το ρεύμα επαγωγέα είναι:

IL (avg) = 1Α

Βήμα 3: - Τώρα είναι ώρα για το ρεύμα κυματισμού του επαγωγέα. Ένας τυπικός επαγωγέας χρησιμοποιεί το 20-40% του μέσου ρεύματος εξόδου. Αν λοιπόν επιλέξουμε το ρεύμα κυματισμού επαγωγέα 30%, θα είναι 1A * 30% = 0,30A

Βήμα 4: - Το μέγιστο ρεύμα μεταγωγής θα είναι IL (μέσος όρος) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Βήμα 5: - Θα υπολογίσουμε το t _ON / t _OFF χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο

Για αυτό, το Vout μας είναι 5V και η τάση προς τα εμπρός της διόδου (Vf) είναι 0.60V Η ελάχιστη τάση εισόδου Vin (min) είναι 12V και η τάση κορεσμού είναι 1V (1V στο φύλλο δεδομένων). Με το να συγκεντρώνουμε όλα αυτά, παίρνουμε

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

Βήμα 6: - Τώρα θα υπολογίσουμε τον χρόνο Ton + Toff, σύμφωνα με τον τύπο Ton + Toff = 1 / f

Θα επιλέξουμε χαμηλότερη συχνότητα μεταγωγής, 40Khz.

Έτσι, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Βήμα 7: - Τώρα θα υπολογίσουμε τον χρόνο Toff. Όπως υπολογίσαμε προηγουμένως τα Ton + Toff και Ton / Toff, ο υπολογισμός θα είναι πιο εύκολος τώρα

Βήμα 8: - Τώρα το επόμενο βήμα είναι να υπολογίσετε τον Ton, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Βήμα 9: - Πρέπει να επιλέξουμε το χρονισμό Capacitor Ct, το οποίο θα απαιτείται για την παραγωγή της επιθυμητής συχνότητας.

Ct = 4,0 x10 ^-5 x Ton = 4,0 x ^10-5 x 12,05uS = 482pF

Βήμα 10: - Ανάλογα με αυτές τις τιμές, θα υπολογίσουμε την τιμή επαγωγέα

Βήμα 11: - Για το ρεύμα 1Α, η τιμή Rsc θα είναι 0,3 / Ipk. Έτσι, για την απαίτησή μας θα είναι Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohms

Βήμα 12: - Ας υπολογίσουμε τις τιμές πυκνωτή εξόδου, μπορούμε να επιλέξουμε μια τιμή κυματισμού 100mV (από κορυφή σε κορυφή) από την έξοδο ώθησης.

Θα επιλέξουμε 470uF, 25V. Όσο περισσότερος πυκνωτής θα χρησιμοποιηθεί, τόσο πιο κυματισμός θα μειωθεί.

Βήμα 13: - Τελευταίο πρέπει να υπολογίσουμε την τιμή των αντιστάσεων ανάδρασης τάσης. Θα επιλέξουμε την τιμή R1 2k. Έτσι, η τιμή R2 θα υπολογιστεί ως

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

Διάγραμμα κυκλώματος μετατροπέα Buck

Έτσι, μετά τον υπολογισμό όλων των τιμών. Εδώ είναι το ενημερωμένο σχηματικό

Απαιτούμενα στοιχεία

1. Σχεδιασμός συνδέσμου 2 nos για είσοδο και έξοδο
2. 2 k αντίσταση - 1 αριθ
3. 6.2k αντίσταση - 1 αριθ
4. 1N5819- 1 αριθ
5. 100uF, 25V και 359.37uF, 25V πυκνωτής (470uF, 25V χρησιμοποιείται, επιλεγμένη τιμή κλεισίματος) - 1 νο.
6. Επαγωγέας 62,87uH, 1,5A 1 nos. (100uH 2.5A χρησιμοποιείται, ήταν άμεσα διαθέσιμο στην αγορά)
7. Πυκνωτής κεραμικού δίσκου 482pF (470pF used) - 1 αριθ
8. Μονάδα τροφοδοσίας 12V με βαθμολογία 1.5A.
9. MC34063 ρυθμιστής εναλλαγής ic
10. .26ohms αντίσταση (.3R, 2W χρησιμοποιείται)
11. 1 nos veroboard (μπορεί να χρησιμοποιηθεί διάστικτο ή συνδεδεμένο vero).
12. Κολλητήρι
13. Καλώδια συγκόλλησης και συγκόλλησης.
14. Πρόσθετα καλώδια εάν απαιτείται.

Αφού τακτοποιήσετε τα εξαρτήματα, κολλήστε τα εξαρτήματα στον πίνακα Perf

Δοκιμή του κυκλώματος μετατροπέα Buck

Πριν από τη δοκιμή του κυκλώματος χρειαζόμαστε μεταβλητά φορτία DC για να αντλήσουμε το ρεύμα από την τροφοδοσία DC. Στο μικρό εργαστήριο ηλεκτρονικών όπου δοκιμάζουμε το κύκλωμα, οι ανοχές δοκιμής είναι πολύ υψηλότερες και λόγω αυτού, λίγες ακρίβειες μέτρησης δεν φτάνουν μέχρι το σημείο.

Ο παλμοσκόπιο έχει βαθμονομηθεί σωστά, αλλά οι τεχνητοί θόρυβοι, EMI, RF μπορούν επίσης να αλλάξουν την ακρίβεια των αποτελεσμάτων του ελέγχου. Επίσης, το Πολύμετρο έχει ανοχές +/- 1%.

Εδώ θα μετρήσουμε τα ακόλουθα πράγματα

1. Κυματισμός εξόδου και τάση σε διάφορα φορτία έως 1000mA. Επίσης, ελέγξτε την τάση εξόδου σε αυτό το πλήρες φορτίο.
2. Η αποτελεσματικότητα του κυκλώματος.
3. Κατανάλωση ρελαντί στο κύκλωμα.
4. Κατάσταση βραχυκυκλώματος του κυκλώματος.
5. Επίσης, τι θα συμβεί εάν υπερφορτώσουμε την έξοδο;

Η θερμοκρασία του δωματίου μας είναι 26 βαθμούς Κελσίου όταν δοκιμάσαμε το κύκλωμα.

Στην παραπάνω εικόνα, μπορούμε να δούμε το φορτίο DC. Αυτό είναι ένα φορτίο αντίστασης και όπως μπορούμε να δούμε, δέκα όχι. των αντιστάσεων 1 ohm σε παράλληλη σύνδεση είναι το πραγματικό φορτίο, το οποίο συνδέεται σε ένα MOS-FET. Θα ελέγξουμε την πύλη MOSFET και θα επιτρέψουμε στο ρεύμα να ρέει μέσω των αντιστάσεων. Αυτές οι αντιστάσεις μετατρέπουν τις ηλεκτρικές δυνάμεις σε θερμότητα. Το αποτέλεσμα αποτελείται από ανοχή 5%. Επίσης, αυτά τα αποτελέσματα φόρτωσης περιλαμβάνουν την τροφοδοσία ισχύος του ίδιου του φορτίου, οπότε όταν δεν συνδέεται φορτίο σε αυτό και τροφοδοτείται με χρήση εξωτερικής τροφοδοσίας, θα εμφανίζει προεπιλεγμένο 70mA ρεύματος φορτίου. Στην περίπτωσή μας, θα τροφοδοτήσουμε το φορτίο από εξωτερικό τροφοδοτικό πάγκου και θα ελέγξουμε το κύκλωμα. Η τελική έξοδος θα είναι (Αποτέλεσμα - 70mA).

Ακολουθεί η ρύθμιση δοκιμής μας. έχουμε συνδέσει το φορτίο σε όλο το κύκλωμα, μετράμε το ρεύμα εξόδου σε ολόκληρο τον ρυθμιστή buck καθώς και την τάση εξόδου αυτού. Ένας παλμογράφος συνδέεται επίσης στον μετατροπέα buck, έτσι μπορούμε επίσης να ελέγξουμε την τάση εξόδου. Παρέχουμε είσοδο 12V από τη μονάδα τροφοδοσίας πάγκου.

Σχεδιάζουμε. 88Α ή 952mA-70mA = 882mA του ρεύματος από την έξοδο. Η τάση εξόδου είναι 5,15V.

Σε αυτό το σημείο, αν ελέγξουμε τον κυματισμό από την κορυφή προς την κορυφή στον παλμογράφο. Μπορούμε να δούμε το κύμα εξόδου, ο κυματισμός είναι 60mV (pk-pk). Ποιο είναι καλό για έναν μετατροπέα 12V σε 5V Switching buck.

Η κυματομορφή εξόδου μοιάζει με αυτό:

Εδώ είναι το χρονικό πλαίσιο της κυματομορφής εξόδου. Είναι 500mV ανά διαίρεση και 500uS χρονικό πλαίσιο.

Εδώ είναι η αναλυτική έκθεση δοκιμών

Ώρα (δευτ.)	Φορτίο (mA)	Τάση (V)	Κυματισμός (σελ.) (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

Αλλάξαμε το φορτίο και περιμέναμε περίπου 3 λεπτά, σε κάθε βήμα, για να ελέγξουμε αν τα αποτελέσματα είναι σταθερά ή όχι. Μετά από φορτίο 982mA η τάση μειώθηκε σημαντικά. Σε άλλες περιπτώσεις από 0 φορτία έως 940 mA, η τάση εξόδου που μειώθηκε ήταν περίπου 0,02V, πράγμα που είναι αρκετά καλή σταθερότητα σε πλήρες φορτίο. Επίσης, μετά από αυτό το φορτίο 982mA, η τάση εξόδου μειώνεται σημαντικά. Χρησιμοποιήσαμε αντίσταση.3R όπου απαιτείται.26R, λόγω αυτού, μπορούμε να αντλήσουμε 982mA ρεύματος φορτίου. Το τροφοδοτικό MC34063 δεν είναι σε θέση να παρέχει σωστή σταθερότητα σε πλήρες φορτίο 1Α όπως χρησιμοποιήσαμε. Αλλά τα 982mA είναι πολύ κοντά στην έξοδο 1A. Επίσης, χρησιμοποιήσαμε αντιστάσεις με ανοχές 5% που είναι πιο συχνά διαθέσιμες στην τοπική αγορά.

Υπολογίσαμε την απόδοση στα 12V σταθερή είσοδο και αλλάζοντας το φορτίο. Εδώ είναι το αποτέλεσμα

Τάση εισόδου (V)	Ρεύμα εισόδου (A)	Ισχύς εισόδου (W)	Τάση εξόδου (V)	Ρεύμα εξόδου (A)	Ισχύς εξόδου (W)	Απόδοση (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

Όπως μπορούμε να δούμε, η μέση απόδοση είναι περίπου 75%, η οποία είναι μια καλή απόδοση σε αυτό το στάδιο.

Η κατανάλωση ρεύματος στο ρελαντί του κυκλώματος καταγράφεται 3,52mA όταν το φορτίο είναι 0.

Επίσης, ελέγξαμε το βραχυκύκλωμα και παρατηρούμε το Normal σε βραχυκύκλωμα.

Μετά το όριο του μέγιστου ρεύματος εξόδου οι τάσεις εξόδου μειώνονται σημαντικά και μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, πλησιάζει το μηδέν.

Μπορούν να γίνουν βελτιώσεις σε αυτό το κύκλωμα. μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε πυκνωτή χαμηλότερης τιμής ESR για να μειώσουμε τον κυματισμό εξόδου. Επίσης, είναι απαραίτητος ο σωστός σχεδιασμός PCB.