Κύκλωμα μετατροπέα ώθησης 3,7V έως 5v χρησιμοποιώντας mc34063

Στις σύγχρονες μέρες, οι μπαταρίες λιθίου εμπλουτίζουν τον κόσμο των ηλεκτρονικών. Μπορούν να φορτιστούν πολύ γρήγορα και να παρέχουν καλό αντίγραφο ασφαλείας, το οποίο μαζί με το χαμηλό κόστος κατασκευής τους καθιστά τις μπαταρίες λιθίου την πιο προτιμώμενη επιλογή για φορητές συσκευές. Ως τάση μπαταρίας λιθίου μιας κυψέλης κυμαίνεται από ελάχιστη τάση 3,2 έως 4,2V, είναι δύσκολο να τροφοδοτήσετε αυτά τα κυκλώματα που απαιτούν 5V ή περισσότερα. Σε αυτήν την περίπτωση χρειαζόμαστε ένα Boost Converter που θα αυξήσει την τάση σύμφωνα με τις απαιτήσεις φορτίου, περισσότερο από την τάση εισόδου.

Πολλές επιλογές είναι διαθέσιμες σε αυτό το τμήμα. Το MC34063 είναι ο πιο δημοφιλής ρυθμιστής μεταγωγής σε τέτοιο τμήμα. Το MCP34063 μπορεί να διαμορφωθεί σε τρεις λειτουργίες, Buck, Boost και Inverting. Χρησιμοποιούμε το MC34063 ως εναλλαγή ρυθμιστή Boost και θα ενισχύσουμε την τάση μπαταρίας λιθίου 3,7V σε 5,5V με δυνατότητες ρεύματος εξόδου 500mA. Έχουμε δημιουργήσει προηγουμένως κύκλωμα μετατροπέα Buck για να μειώσουμε την τάση. Μπορείτε επίσης να δείτε πολλά ενδιαφέροντα έργα 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.

Ας σχεδιάσουμε το κύκλωμα αναβάθμισής μας χρησιμοποιώντας το MC34063 για να αυξήσουμε την τάση μπαταρίας λιθίου 3,7V στα 5,5V.

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.

Τώρα 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 τιμών των συστατικών

Βήμα 1: - Πρώτα 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: - Θα υπολογίσουμε τη χρήση του τύπου

Για αυτό, το Vout μας είναι 5.5V, η τάση προς τα εμπρός της διόδου (Vf) είναι 0,60V. Η ελάχιστη τάση Vin (min) είναι 3,2V, καθώς αυτή είναι η χαμηλότερη αποδεκτή τάση από μία μπαταρία. Και για την τάση κορεσμού του διακόπτη εξόδου (Vsat), είναι 1V (1V στο φύλλο δεδομένων). Με το να συγκεντρώνουμε όλα αυτά, παίρνουμε

(5.5 + 0.60-3.2 / 3.2-1) = 0.9 Έτσι, t _ON / t _OFF = 1.31

Βήμα 3: - Όχι, θα υπολογίσουμε τον χρόνο Ton + Toff, σύμφωνα με τον τύπο Ton + Toff = 1 / f

Θα επιλέξουμε χαμηλότερη συχνότητα μεταγωγής, 50Khz.

Έτσι, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Έτσι, το Ton + Toff μας είναι 20uS

Βήμα 4: - Τώρα θα υπολογίσουμε το χρόνο _{απενεργοποίησης} T.

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

Όπως υπολογίσαμε προηγουμένως τα Ton + Toff και Ton / Toff, ο υπολογισμός θα είναι ευκολότερος τώρα, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Βήμα 5: - Τώρα το επόμενο βήμα είναι να υπολογίσετε τον Ton, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8,65us = 11,35us

Βήμα 6: - Θα χρειαστεί να επιλέξουμε το χρονισμό Capacitor Ct, το οποίο θα απαιτηθεί για την παραγωγή της επιθυμητής συχνότητας. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x Ton = 4,0 x ^10-5 x 11,35uS = 454 pF

Βήμα 7: - Τώρα πρέπει να υπολογίσουμε το μέσο ρεύμα επαγωγέα ή

IL (μέσος όρος) IL (avg) = Iout (max) x ((T _on / T _off) +1)

Το μέγιστο ρεύμα εξόδου μας θα είναι 500mA. Έτσι, το μέσο ρεύμα επαγωγέα θα είναι 0,5A x (1,31 + 1) = 1,15A.

Βήμα 8: - Τώρα είναι ώρα για το ρεύμα κυματισμού του επαγωγέα. Ένας τυπικός επαγωγέας χρησιμοποιεί το 20-40% του μέσου ρεύματος εξόδου. Έτσι, αν επιλέξουμε το ρεύμα κυματισμού επαγωγέα 30%, θα είναι 1,15 * 30% = 0,34A

Βήμα 9: - Το μέγιστο ρεύμα εναλλαγής θα είναι IL (μέσος όρος) + Iripple / 2 = 1,15 +.34 / 2 = 1,32Α

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

Βήμα 11: - Για το ρεύμα 500mA, η τιμή Rsc θα είναι 0,3 / Ipk. Έτσι, για την απαίτησή μας θα είναι Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohms

Βήμα 12: - Ας υπολογίσουμε τις τιμές του πυκνωτή εξόδου

Μπορούμε να επιλέξουμε μια τιμή κυματισμού 250mV (από κορυφή σε κορυφή) από την έξοδο ώθησης.

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

Θα επιλέξουμε 220uF, 12V . Όσο περισσότερος πυκνωτής θα χρησιμοποιηθεί τόσο περισσότερος κυματισμός θα μειώσει.

Βήμα 13: - Τελευταίο πρέπει να υπολογίσουμε την τιμή των αντιστάσεων ανάδρασης τάσης. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Θα επιλέξουμε την τιμή R1 2k, οπότε η τιμή R2 θα είναι 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Υπολογίσαμε όλες τις τιμές. Ακολουθεί παρακάτω το τελικό σχήμα:

Διάγραμμα κυκλώματος μετατροπέα ώθησης

Απαιτούμενα συστατικά

1. Σχετικός σύνδεσμος για είσοδο και έξοδο - 2 αριθ
2. 2 k αντίσταση - 1 αριθ
3. 6.8k αντίσταση - 1 αριθ
4. 1N5819- 1nos
5. Πυκνωτής 100uF, 12V και 194.94uF, 12V (χρησιμοποιείται 220uF, 12V, επιλεγμένη τιμή κλεισίματος) 1 nos το καθένα.
6. Επαγωγέας 18,91uH, 1,5A - 1 nos. (Το 33uH 2.5A χρησιμοποιείται, ήταν άμεσα διαθέσιμο στο χώρο μας)
7. Πυκνωτής κεραμικών δίσκων 454pF (470pF used) 1 αριθ
8. 1 Μπαταρία ιόντων λιθίου ή πολυμερούς λιθίου Μονή κυψέλη ή παράλληλη κυψέλη ανάλογα με τη χωρητικότητα της μπαταρίας για ζητήματα δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας σε απαιτούμενα έργα.
9. MC34063 ρυθμιστής εναλλαγής IC
10. .24ohms 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.

Σημείωση: Χρησιμοποιήσαμε επαγωγέα 33uh, καθώς διατίθεται εύκολα με τοπικούς προμηθευτές με την τρέχουσα βαθμολογία 2.5A. Επίσης , χρησιμοποιήσαμε αντίσταση.3R αντί.22R.

Αφού τακτοποιήσετε τα εξαρτήματα, κολλήστε τα εξαρτήματα στον πίνακα Perf

Η συγκόλληση ολοκληρώθηκε.

Δοκιμή κυκλώματος μετατροπέα ενίσχυσης

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 500mA.
2. Αποδοτικότητα του κυκλώματος.
3. Κατανάλωση ρελαντί στο κύκλωμα.
4. Κατάσταση βραχυκυκλώματος του κυκλώματος.
5. Επίσης, τι θα συμβεί εάν υπερφορτώσουμε την έξοδο;

Η θερμοκρασία δωματίου μας είναι 25 βαθμούς Κελσίου όπου δοκιμάσαμε το κύκλωμα.

Στην παραπάνω εικόνα μπορούμε να δούμε το φορτίο DC. Αυτό είναι ένα φορτίο αντίστασης και όπως μπορούμε να δούμε, οι αντιστάσεις 10 τεμαχίων 1 ohm σε παράλληλη σύνδεση είναι το πραγματικό φορτίο που συνδέεται σε ένα MOSFET. 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 τραβάται φορτίο από αυτό, θα εμφανίσει προεπιλεγμένο 70mA ρεύματος φορτίου. Θα τροφοδοτήσουμε το φορτίο από άλλη τροφοδοσία και θα ελέγξουμε το κύκλωμα. Η τελική έξοδος θα είναι (Αποτέλεσμα - 70mA ). Θα χρησιμοποιήσουμε πολύμετρο με τρέχουσα λειτουργία ανίχνευσης και θα μετρήσουμε το ρεύμα. Καθώς ο μετρητής είναι σε σειρά με το φορτίο DC, η οθόνη φορτίου δεν παρέχει το ακριβές αποτέλεσμα λόγω της πτώσης τάσης των αντιστάσεων διακλάδωσης μέσα στα πολύμετρα. Θα καταγράψουμε το αποτέλεσμα του μετρητή.

Ακολουθεί η ρύθμιση δοκιμών μας. έχουμε συνδέσει το φορτίο σε όλο το κύκλωμα, μετράμε το ρεύμα εξόδου σε ολόκληρο τον ρυθμιστή ώθησης καθώς και την τάση εξόδου αυτού. Ένας παλμογράφος συνδέεται επίσης στον μετατροπέα ώθησης, έτσι μπορούμε επίσης να ελέγξουμε την τάση εξόδου. Μια μπαταρία λιθίου 18650 (1S2P - 3.7V 4400mAH) παρέχει τάση εισόδου.

Σχεδιάζουμε.48A ή 480-70 = 410mA ρεύματος από την έξοδο. Η τάση εξόδου είναι 5,06V.

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 260mV (pk-pk).

Εδώ είναι η αναλυτική έκθεση δοκιμών

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

Αλλάξαμε το φορτίο και περιμέναμε περίπου 3 λεπτά σε κάθε βήμα για να ελέγξουμε αν τα αποτελέσματα είναι σταθερά ή όχι. Μετά το φορτίο 530mA (.53A), η τάση μειώθηκε σημαντικά. Σε άλλες περιπτώσεις από 0 φορτία στα 500mA η τάση εξόδου μειώθηκε.46V.

Δοκιμή του κυκλώματος με τροφοδοτικό Bench

Δεδομένου ότι δεν μπορούμε να ελέγξουμε την τάση της μπαταρίας, χρησιμοποιήσαμε επίσης μια μεταβλητή μονάδα τροφοδοσίας πάγκου για να ελέγξουμε την τάση εξόδου στην ελάχιστη και τη μέγιστη τάση εισόδου (3.3-4.7V) για να ελέγξουμε εάν λειτουργεί ή όχι,

Στην παραπάνω τροφοδοσία εικόνων παρέχεται τάση εισόδου 3.3V. Η οθόνη φορτίου δείχνει έξοδο 5,35V στα ρεύματα 350mA από την τροφοδοσία εναλλαγής. Καθώς το φορτίο τροφοδοτείται από την τροφοδοσία πάγκου, η οθόνη φορτίου δεν είναι ακριβής. Το τρέχον αποτέλεσμα κλήρωσης (347mA) συνίσταται επίσης στην τρέχουσα κλήρωση από την τροφοδοσία πάγκου από το ίδιο το φορτίο. Το φορτίο τροφοδοτείται χρησιμοποιώντας την τροφοδοσία πάγκου (12V / 60mA). Έτσι, το πραγματικό ρεύμα που αντλείται από την έξοδο MC34063 είναι 347-60 = 287mA.

Υπολογίσαμε την απόδοση στα 3.3V 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)
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

Τώρα έχουμε αλλάξει την τάση σε είσοδο 4,2V. Παίρνουμε 5.41V ως έξοδο όταν τραβάμε 357 - 60 = 297mA φορτίου.

Δοκιμάσαμε επίσης την αποτελεσματικότητα. Είναι ελαφρώς καλύτερο από το προηγούμενο αποτέλεσμα.

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

Η κατανάλωση ρεύματος στο ρελαντί του κυκλώματος καταγράφεται 3,47mA σε όλες τις συνθήκες όταν το φορτίο είναι 0 .

Επίσης, ελέγξαμε το βραχυκύκλωμα, παρατηρήθηκε η κανονική λειτουργία. Μετά το όριο του μέγιστου ρεύματος εξόδου, η τάση εξόδου μειώνεται σημαντικά και μετά από ορισμένο χρόνο πλησιάζει το μηδέν.

Μπορούν να γίνουν βελτιώσεις σε αυτό το κύκλωμα. Ένας χαμηλότερος πυκνωτής ESR χαμηλότερης τιμής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση του κυματισμού εξόδου Επίσης, απαιτείται σωστός σχεδιασμός PCB.