Krug pretvarača za pojačanje od 3,7 V do 5 V pomoću mc34063

U moderno doba litijeve baterije obogaćuju svijet elektronike. Mogu se napuniti vrlo brzo i pružaju dobru pričuvu, što zajedno s njihovim niskim proizvodnim troškovima čini litijeve baterije najpoželjnijim izborom za prijenosne uređaje. Kako se napon litijeve baterije u jednoj ćeliji kreće od minimalno 3,2 napona do 4,2 V, teško je napajati one krugove kojima je potrebno 5 V ili više. U tom slučaju trebamo uzlaznog pretvarača koji će potaknuti napon kao i po zahtjevu opterećenja, više nego što je ulazni napon.

Puno izbora dostupnih u ovom segmentu; MC34063 je najpopularniji sklopni regulator u takvom segmentu. MCP34063 se može konfigurirati u tri postupka, Buck, Boost i Inverting. Koristimo MC34063 kao preklopni regulator pojačanja i pojačat će napon litijeve baterije od 3,7 V na 5,5 V s izlaznim strujama od 500 mA. Prethodno smo izgradili krug Buck pretvarača kako bismo smanjili napon; ovdje možete provjeriti i mnoge zanimljive projekte 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.

Dizajnirajmo naš pojačani krug pomoću MC34063 za povišenje napona litijeve baterije od 3,7 V na 5,5 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.

Sada ćemo izračunati 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. Prema tehničkom listu, pri naprijed struji od 1 A prednji napon diode bit će 0,60 V.

Korak 2: - Izračunati ćemo koristeći formulu

Za to je naš Vout 5,5 V, prednji napon diode (Vf) 0,60 V. Naš minimalni napon Vin (min) je 3,2 V, jer je to najniži prihvatljivi napon jednoćelijske baterije. A za napon zasićenja izlaznog prekidača (Vsat) on je 1V (1V u podatkovnom listu). Tako što, sve ovo skupa dobivamo

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

Korak 3: - Ne, izračunati ćemo vrijeme Ton + Toff, prema formuli Ton + Toff = 1 / f

Odabrat ćemo donju preklopnu frekvenciju, 50Khz.

Dakle, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Dakle, naša Ton + Toff je 20uS

Korak 4: - Sada ćemo izračunati T _s vremenom.

T _isključeno = (T _uključeno + T _isključeno / (T _uključeno / _isključeno) +1)

Kao što smo ranije izračunavali Ton + Toff i Ton / Toff, izračun će sada biti lakši, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Korak 5: - Sljedeći korak je izračunavanje tona, T _uključeno = (T _uključeno + T _isključeno) - T _isključeno = 20us - 8.65us = 11.35us

Korak 6: - Trebat ćemo odabrati vremenski kondenzator Ct, koji će biti potreban da bi se proizvela željena frekvencija. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x tona = 4,0 x 10 ^-5 x 11,35uS = 454pF

Korak 7: - Sada moramo izračunati prosječnu struju induktora ili

IL (prosječno). IL (prosječno) = Iout (max) x ((T _uključeno / _isključeno) +1)

Naša maksimalna izlazna struja bit će 500mA. Dakle, prosječna struja induktora bit će.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.

Korak 8: - Sada je vrijeme za valovitu struju induktora. Tipični induktor koristi 20-40% prosječne izlazne struje. Dakle, ako odaberemo valovitu struju induktora 30%, to će biti 1,15 * 30% = 0,34A

Korak 9: - Preklopna vršna struja bit će IL (prosječno) + Iripple / 2 = 1,15 +.34 / 2 = 1,32A

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

Korak 11: - Za struju od 500 mA, Rsc vrijednost bit će 0,3 / Ipk. Dakle, za naš zahtjev to će biti Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohms

Korak 12: - Izračunajmo vrijednosti izlaznog kondenzatora

Iz pojačanog izlaza možemo odabrati vrijednost vala od 250mV (od vrha do vrha).

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

Odabrat ćemo 220uF, 12V . Što se više kondenzatora koristi, to će se više mreškanja smanjiti.

Korak 13: - Na kraju moramo izračunati vrijednost otpora povratnih napona. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Odabrat ćemo vrijednost R1 2k, Dakle, vrijednost R2 bit će 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Izračunali smo sve vrijednosti. Dakle, ispod je konačna shema:

Dijagram kruga pretvarača pojačanja

Potrebne komponente

1. Relevantni konektor za ulaz i izlaz - 2 br
2. 2k otpor- 1 br
3. Otpor 6.8k- 1 br
4. 1N5819- 1nos
5. 100uF, 12V i 194.94uF, 12V kondenzator (koristi se 220uF, 12V, odabrana je bliska vrijednost) po 1 nosač.
6. Prigušnica 18,91uH, 1,5A - 1 br. (Koristi se 33uH 2,5A, bio je lako dostupan kod nas)
7. 454pF (korišteno 470pF) kondenzator s keramičkim diskom 1 br
8. 1 Litij-ionska ili litij-polimerna baterija Jedna ćelija ili paralelna ćelija, ovisno o kapacitetu baterije za sigurnosno kopiranje u potrebnim projektima.
9. MC34063 sklopni regulator IC
10. Otpornik.24ohms (.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.

Napomena: Koristili smo prigušnicu od 33 uh, jer je lako dostupna lokalnim dobavljačima s trenutnom vrijednošću od 2,5 A Također smo umjesto toga koristili.3R otpornik.22R.

Nakon raspoređivanja komponenata, lemite ih na Perf ploču

Lemljenje je završeno.

Ispitivanje kruga pretvarača pojačanja

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 500mA.
2. Učinkovitost kruga.
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 25 Celzijevih stupnjeva gdje smo testirali strujni krug.

Na gornjoj slici možemo vidjeti istosmjerno opterećenje. Ovo je otporno opterećenje i kao što vidimo, otpornici od 10 kom 1 paralelno povezani omi su stvarno opterećenje povezano preko MOSFET-a. Mi ćemo kontrolirati MOSFET-vrata i omogućiti struji da teče kroz otpore. Ti otpornici pretvaraju električne snage u toplinu. Rezultat se sastoji od 5% tolerancije. Također ovi rezultati opterećenja uključuju i izvlačenje snage samog tereta, pa kad on ne povlači opterećenje, pokazat će zadanih 70 mA struje opterećenja. Napajat ćemo opterećenje iz drugog izvora napajanja i testirati krug. Konačni izlaz bit će (rezultat - 70mA ). Koristit ćemo multimetre s načinom osjetljivosti struje i mjeriti struju. Budući da je mjerač u seriji s istosmjernim opterećenjem, prikaz opterećenja neće pružiti točan rezultat zbog pada napona napona otpornika unutar multimetra. Zabilježit ćemo rezultat brojila.

Ispod je naša postavka testa; priključili smo opterećenje preko kruga, mjerimo izlaznu struju preko regulatora pojačanja kao i njegov izlazni napon. Preko pretvarača pojačanja također je povezan osciloskop, tako da možemo provjeriti i izlazni napon. 18,65 tisuća litij baterija (1S2P - 3.7V 4400mAH) pruža ulazni napon.

Iz izlaza crpimo.48A ili 480-70 = 410mA struje. Izlazni napon je 5,06V.

U ovom trenutku, ako u osciloskopu provjerimo talas do vrha. Možemo vidjeti izlazni val, valovitost je 260mV (pk-pk).

Ovdje je detaljno izvješće o ispitivanju

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

Promijenili smo opterećenje i čekali otprilike 3 minute u svakom koraku kako bismo provjerili jesu li rezultati stabilni ili ne. Nakon opterećenja od 530mA (.53A), napon je značajno pao. U ostalim slučajevima od 0 opterećenja do 500 mA izlazni napon je pao.46V.

Ispitivanje kruga pomoću benč napajanja

Kako ne možemo kontrolirati napon akumulatora, također smo koristili varijabilnu stočnu jedinicu za napajanje kako bismo provjerili izlazni napon na minimalnom i maksimalnom ulaznom naponu (3,3-4,7 V) kako bismo provjerili radi li ili ne,

Na gornjoj slici napajanje napajanja daje ulazni napon od 3,3 V. Zaslon opterećenja prikazuje izlaz od 5,35 V pri povlačenju struje od 350 mA iz preklopnog napajanja. Kako se teret napaja iz stočnog napajanja, prikaz opterećenja nije točan. Trenutni rezultat izvlačenja (347mA) također se sastoji od trenutnog izvlačenja iz napajanja sa stola od samog opterećenja. Opterećenje se napaja pomoću stočnog napajanja (12V / 60mA). Dakle, stvarna struja koja se crpi iz izlaza MC34063 je 347-60 = 287mA.

Izračunali smo učinkovitost na 3.3V promjenom opterećenja, evo rezultata

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

Sada smo promijenili napon na 4,2V ulaz. Dobivamo 5.41V kao izlaz kad crpamo 357 - 60 = 297mA opterećenja.

Također smo testirali učinkovitost. Nešto je bolji od prethodnog rezultata.

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

Potrošnja struje praznog hoda u krugu bilježi se 3,47 mA u svim uvjetima kada je opterećenje 0 .

Također, provjerili smo ima li kratkog spoja, uočenog normalnog rada. Nakon maksimalnog praga izlazne struje, izlazni napon postaje znatno niži i nakon određenog vremena približava se nuli.

U ovom se krugu mogu napraviti poboljšanja; kondenzator veće vrijednosti ESR veće vrijednosti može se koristiti za smanjenje izlaznog mreškanja. Također je potrebno pravilno oblikovanje PCB-a.