Strujni krug pretvarača od 12 V do 5 V pomoću mc34063

U prethodnom uputstvu pokazali smo detaljan dizajn pojačivača pretvarača pomoću MC34063, gdje je dizajniran pojačivač pretvarača od 3,7 V do 5 V. Ovdje vidimo kako pretvoriti 12V u 5V. Kao što znamo da točne baterije od 5 V nisu uvijek dostupne, a ponekad nam je potreban veći napon i niži napon istodobno za pogon različitih dijelova kruga, pa kao glavni izvor energije koristimo izvor višeg napona (12 v) i odstupimo od toga napon na niži napon (5v) gdje god je potrebno. U tu se svrhu u mnogim elektroničkim aplikacijama koristi krug Buck pretvarača koji spušta ulazni napon prema zahtjevu opterećenja.

U ovom je segmentu dostupno puno izbora; kao što se vidjelo u prethodnom vodiču, MC34063 jedan je od najpopularnijih preklopnih regulatora dostupnih u takvom segmentu. MC34063 se može konfigurirati u tri načina, Buck, Boost i Inverting. Upotrijebit ćemo Buck konfiguraciju za pretvorbu 12V istosmjernog izvora u 5V istosmjerne snage s izlaznom strujom 1A. Prethodno smo izgradili jednostavan sklop Buck Convertera koristeći MOSFET; ovdje možete provjeriti i mnogo korisnijih sklopova energetske elektronike.

IC MC34063

Dijagram pinout MC34063 prikazan je na donjoj slici. Na lijevoj strani prikazan je unutarnji krug MC34063, a na drugoj strani shema pinouta.

MC34063 je 1. 5A Korak do ili korak prema dolje ili preokretanjem regulator, zbog DC pretvorbe napona imovine, MC34063 je DC-DC pretvarač IC.

Ovaj IC pruža sljedeće značajke u svom 8-polnom paketu -

1. Referenca temperaturno kompenzirane
2. Strujni krug ograničenja struje
3. Oscilator s kontroliranim radnim ciklusom s aktivnim prekidačem izlaznog pogona velike struje.
4. Prihvatite 3,0 V do 40 V DC.
5. Može se raditi na preklopnoj frekvenciji od 100 KHz s tolerancijom od 2%.
6. Vrlo mala struja u stanju pripravnosti
7. Podesivi izlazni napon

Također, unatoč ovim značajkama, široko je dostupan i troškovno je učinkovitiji od ostalih IC-a dostupnih u takvom segmentu.

U prethodnom uputstvu dizajnirali smo krug za pojačavanje napona pomoću MC34063 za povišenje napona litijeve baterije od 3,7 V na 5,5 V, u ovom uputstvu dizajnirat ćemo pretvarač od 12 do 5 V.

Izračunavanje vrijednosti komponenata za Boost Converter

Ako provjerimo tablicu podataka, možemo vidjeti da je prisutna kompletna tablica formula za izračunavanje željenih vrijednosti potrebnih prema našem zahtjevu. Ovdje je tablica s formulama dostupna u tehničkom listu, a također je prikazan i pojačani krug.

Evo sheme bez vrijednosti tih komponenata, koja će se dodatno koristiti s MC34063.

Izračunati ćemo vrijednosti potrebne za naš dizajn. Izračun možemo izvršiti na osnovu formula navedenih u tablici podataka ili se možemo poslužiti excel listom koji pruža web mjesto ON Semiconductor.

Ovdje je veza na excel listu.

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

Koraci za izračunavanje vrijednosti tih komponenata-

Korak 1: - Prvo, moramo odabrati diodu. Odabrat ćemo široko dostupnu diodu 1N5819. Kao po datasheet, na 1A naprijed struja naprijed napon dioda će biti 0,60 V.

Korak 2: - Prvo izračunavamo prigušnicu i komutacijsku struju koja će biti potrebna za daljnji proračun. Naša prosječna struja induktora bit će vršna struja induktora. Dakle, u našem slučaju struja induktora je:

IL (prosječno) = 1A

Korak 3: - Sada je vrijeme za valovitu struju induktora. Tipični induktor koristi 20-40% prosječne izlazne struje. Dakle, ako odaberemo struju mreškanja induktora 30%, to će biti 1A * 30% = 0,30A

Korak 4: - Preklopna vršna struja bit će IL (prosječno) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Korak 5: - Izračunati ćemo t _ON / t _OFF koristeći donju formulu

Zbog toga je naš Vout 5V, a naprijed diode (Vf) naprijed 0,60V. Naš minimalni ulazni napon Vin (min) je 12V, a napon zasićenja 1V (1V u podatkovnom listu). Tako što, sve ovo skupa dobivamo

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

Korak 6: - Sada ćemo izračunati vrijeme Ton + Toff, prema formuli Ton + Toff = 1 / f

Odabrat ćemo nižu preklopnu frekvenciju, 40Khz.

Dakle, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Korak 7: - Sada ćemo izračunati Toff vrijeme. Kao što smo ranije izračunavali Ton + Toff i Ton / Toff, izračun će sada biti lakši,

Korak 8: - Sljedeći korak je izračunavanje tona, Tona = (Tona + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Korak 9: - Moramo odabrati vremenski kondenzator Ct, koji će biti potreban za proizvodnju željene frekvencije.

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

Korak 10: - Ovisno o tim vrijednostima izračunati ćemo vrijednost induktora

Korak 11: - Za struju od 1 A, vrijednost Rsc bit će 0,3 / Ipk. Dakle, za naš zahtjev to će biti Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohma

Korak 12: - Izračunajmo vrijednosti izlaznog kondenzatora, možemo odabrati vrijednost valovanja od 100mV (od vrha do vrha) od pojačanog izlaza.

Odabrat ćemo 470uF, 25V. Što će se više kondenzatora koristiti, to će se više mreškanja smanjiti.

Korak 13: - Na kraju moramo izračunati vrijednost otpora povratnih napona. Odabrat ćemo vrijednost R1 2k, pa će se vrijednost R2 izračunati kao

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

Dijagram kruga pretvarača Buck

Dakle, nakon izračuna svih vrijednosti. Evo ažurirane sheme

Potrebne komponente

1. 2 nosača klima konektora za ulaz i izlaz
2. 2k otpor- 1 br
3. Otpor 6,2k- 1 br
4. 1N5819- 1 br
5. 100uF, 25V i 359.37uF, 25V kondenzator (koristi se 470uF, 25V, odabrana bliska vrijednost) - po 1 nos.
6. Prigušnica 62,87uH, 1,5A 1 br. (Koristi se 100uH 2,5A, bio je lako dostupan na tržištu)
7. 482pF (korišteno 470pF) kondenzator s keramičkim diskom - 1 br
8. Jedinica za napajanje od 12 V s naponom od 1,5 A.
9. MC34063 prekidački regulator ic
10. Otpornik.26ohms (.3R, korišteno 2W)
11. 1 nos veroboard (može se koristiti točkasta ili povezana vero).
12. Lemilica
13. Fluks za lemljenje i žice za lemljenje.
14. Po potrebi dodatne žice.

Nakon raspoređivanja komponenata, lemite ih na Perf ploču

Ispitivanje kruga pretvarača Buck

Prije ispitivanja kruga trebaju nam promjenjiva istosmjerna opterećenja za crtanje struje iz istosmjernog napajanja. U malom laboratoriju za elektroniku u kojem ispitujemo sklop, tolerancije ispitivanja su mnogo veće i zbog toga malo mjernih točnosti nije na visini.

Osciloskop je pravilno kalibriran, ali umjetni zvukovi, EMI, RF također mogu promijeniti točnost rezultata ispitivanja. Također, Multimetar ima tolerancije +/- 1%.

Ovdje ćemo izmjeriti sljedeće stvari

1. Izlazno valovitost i napon pri različitim opterećenjima do 1000mA. Također, ispitajte izlazni napon pri ovom punom opterećenju.
2. Učinkovitost sklopa.
3. Potrošnja struje kruga u praznom hodu.
4. Stanje kratkog spoja kruga.
5. Također, što će se dogoditi ako preopteretimo izlaz?

Naša sobna temperatura je 26 Celzijevih stupnjeva kada smo testirali strujni krug.

Na gornjoj slici možemo vidjeti istosmjerno opterećenje. Ovo je otporno opterećenje i kao što vidimo, deset br. od 1 ohmskih otpornika u paralelnom spoju su stvarno opterećenje koje je povezano preko MOS-FET-a. Mi ćemo kontrolirati MOSFET-ov ulaz i omogućiti struji da teče kroz otpornike. Ti otpornici pretvaraju električne snage u toplinu. Rezultat se sastoji od 5% tolerancije. Također, ovi rezultati opterećenja uključuju i izvlačenje snage samog opterećenja, pa kad se preko njega ne poveže nijedno opterećenje i napaja vanjskim napajanjem, pokazat će zadanih 70 mA struje opterećenja. U našem ćemo slučaju napajati opterećenje iz vanjskog napajanja sa stola i testirati krug. Konačni izlaz bit će (rezultat - 70mA).

Ispod je naša postavka testa; spojili smo opterećenje preko kruga, mjerimo izlaznu struju preko dovodnog regulatora kao i njegov izlazni napon. Osciloskop je također povezan preko dovodnog pretvarača, tako da možemo provjeriti i izlazni napon. Pružamo 12V ulaz iz naše klupe napajanja.

Crtamo. 88A ili 952mA-70mA = 882mA struje s izlaza. Izlazni napon je 5,15V.

U ovom trenutku, ako u osciloskopu provjerimo talas do vrha. Možemo vidjeti izlazni val, mreškanje je 60mV (pk-pk). Što je dobro za preklopni pretvarač od 12 V do 5 V.

Izlazni valni oblik izgleda ovako:

Ovdje je vremenski okvir izlaznog valnog oblika. To je 500mV po podjeli i vremenski okvir 500uS.

Ovdje je detaljno izvješće o ispitivanju

Vrijeme (s)	Opterećenje (mA)	Napon (V)	Mreškanje (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

Promijenili smo opterećenje i pričekali smo otprilike 3 minute u svakom koraku kako bismo provjerili jesu li rezultati stabilni ili ne. Nakon opterećenja od 982 mA napon je značajno pao. U ostalim slučajevima od 0 opterećenja do 940 mA, izlazni napon pao je oko 0,22V, što je prilično dobra stabilnost pri punom opterećenju. Također, nakon tog opterećenja od 982mA, izlazni napon značajno pada. Koristili smo.3R otpornik gdje je bilo potrebno.26R, zbog toga možemo povući 982mA struje opterećenja. MC34063 napajanje nije u stanju pružiti odgovarajuću stabilnost pri punom opterećenju 1A kako smo.3R umjesto.26R. Ali 982mA je vrlo blizu izlazu 1A. Također, koristili smo otpore s tolerancijama od 5% koji su najčešće dostupni na lokalnom tržištu.

Izračunali smo učinkovitost na fiksnom ulazu od 12 V i promjenom opterećenja. Evo rezultata

Ulazni napon (V)	Ulazna struja (A)	Ulazna snaga (W)	Izlazni napon (V)	Izlazna struja (A)	Izlazna snaga (W)	Učinkovitost (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

Kao što vidimo, prosječna učinkovitost je oko 75%, što je dobar učinak u ovoj fazi.

Potrošnja struje praznog hoda u krugu bilježi se 3,52 mA kada je opterećenje 0.

Također, provjerili smo ima li kratkog spoja i u kratkom spoju promatramo Normal.

Nakon maksimalnog praga izlazne struje izlazni naponi postaju znatno niži, a nakon određenog vremena približavaju se nuli.

U ovom se krugu mogu napraviti poboljšanja; možemo koristiti kondenzator veće vrijednosti s niskim ESR-om kako bismo smanjili izlazno mreškanje. Također je potrebno pravilno oblikovanje PCB-a.