12V-5V buck átalakító áramkör az mc34063 segítségével

Az előző bemutatóban bemutattuk a Boost Converter részletes tervezését az MC34063 segítségével, ahol egy 3,7 V és 5 V közötti átalakítót terveztek. Itt láthatjuk, hogyan lehet 12 V-ot 5 V- ra átalakítani. Mint tudjuk, hogy a pontos 5 V-os elemek nem mindig állnak rendelkezésre, és néha nagyobb feszültségre és alacsonyabb feszültségre van szükségünk egyszerre az áramkör különböző részeinek meghajtásához, ezért a magasabb feszültségű (12 V) forrást használjuk fő áramforrásként, és ezt lemondjuk feszültség az alacsonyabb feszültségig (5v), ahol szükséges. Erre a célra számos elektronikai alkalmazásban egy Buck Converter áramkört használnak, amely a terhelési követelménynek megfelelően csökkenti a bemeneti feszültséget.

Nagyon sok választási lehetőség áll rendelkezésre ebben a szegmensben; amint az az előző bemutatóban látható, az MC34063 az egyik legnépszerűbb kapcsolószabályozó, amely ilyen szegmensben elérhető. Az MC34063 három módban konfigurálható: Buck, Boost és Inverting. A Buck konfigurációt használjuk arra, hogy a 12 V DC forrást 5 V DC-vé alakítsuk át 1A kimeneti áramerősséggel. Korábban felépítettünk egy egyszerű Buck Converter áramkört a MOSFET segítségével; itt még sok hasznos teljesítményelektronikai áramkört is ellenőrizhet.

IC MC34063

Az alábbi képen látható az MC34063 kitűzési diagram. A bal oldalon az MC34063 belső áramköre látható, a másik oldalon pedig a kihúzási ábra.

Az MC34063 egy 1. 5A lépés felfelé vagy lépésre lefelé vagy invertáló szabályozó miatt DC feszültség átalakítás tulajdonság, MC34063 egy DC-DC átalakító IC.

Ez az IC az alábbi szolgáltatásokat nyújtja a 8 tűs csomagjában:

1. Hőmérséklet-kompenzált referencia
2. Áramkorlát áramkör
3. Vezérelt működési ciklusú oszcillátor aktív nagyáramú meghajtó kimeneti kapcsolóval.
4. Fogadja el a 3,0 V-40 V DC-t.
5. 100% Hz-es kapcsolási frekvencián működtethető, 2% -os tűréssel.
6. Nagyon alacsony a készenléti áram
7. Állítható kimeneti feszültség

Ezen jellemzők ellenére széles körben elérhető és költséghatékonyabb, mint az ilyen szegmensben elérhető más IC-k.

Az előző oktatóanyagban az MC34063 segítségével feszültségfokozó áramkört terveztünk a 3,7 V-os lítium akkumulátor feszültségének 5,5 V-ra való emeléséhez, ebben az oktatóanyagban 12 V és 5 V Buck átalakítót tervezünk.

Az összetevők értékeinek kiszámítása a Boost Converter számára

Ha ellenőrizzük az adatlapot, láthatjuk, hogy a teljes képletdiagram jelen van a követelményeknek megfelelő kívánt értékek kiszámításához. Itt található az adatlapon belül elérhető képletlap, és a fokozó áramkör is látható.

Az alábbiakban bemutatjuk a vázlatot ezen összetevők értéke nélkül, amelyet az MC34063-mal együtt használunk.

Kiszámítjuk a tervezéshez szükséges értékeket. A számításokat az adatlapon található képletek alapján végezhetjük el, vagy használhatjuk az ON Semiconductor webhelye által biztosított excel lapot.

Itt található az Excel lap linkje.

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

Az összetevők értékeinek kiszámításához szükséges lépések-

1. lépés: - Először ki kell választanunk a diódát. Az 1N5819 széles körben elérhető diódát választjuk. Az adatlap szerint az 1A előremenő áramnál a dióda előrefeszültsége 0,60 V lesz.

2. lépés: - Először kiszámítjuk az induktivitást és a kapcsolási áramot, mivel ez a további számításhoz szükséges lesz. Átlagos induktív áramunk lesz a csúcsinduktor áram. Tehát esetünkben az induktivitási áram:

IL (átlag) = 1A

3. lépés: - Itt az ideje az induktor hullámosságának. Egy tipikus induktor az átlagos kimeneti áram 20-40% -át használja. Tehát, ha az induktor hullámáramát 30% -ra választjuk, akkor 1A * 30% = 0,30A lesz

4. lépés: - A kapcsolási csúcsáram IL (átlag) + Iripple / 2 = 1 +, 30/2 = 1,15A

5. lépés: - Az alábbi képlet segítségével kiszámítjuk a t _ON / t _OFF értéket

Ehhez a Voutunk 5 V, a dióda (Vf) előrefeszültsége pedig 0,60 V. Minimális bemeneti feszültségünk Vin (perc) 12V, a telítési feszültség pedig 1V (1V az adatlapon). Azzal, hogy mindezt összerakjuk, megkapjuk

(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Tehát, t _BE / t _KI = 0,93uS

6. lépés: - Most kiszámoljuk a Ton + Toff időt, a Ton + Toff = 1 / f képlet szerint

Alacsonyabb, 40Khz kapcsolási frekvenciát választunk.

Tehát, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

7. lépés: - Most kiszámoljuk a Toff- időt. Ahogy korábban kiszámoltuk a Ton + Toff és a Ton / Toff értékeket, a számítás most könnyebb lesz,

8. lépés: - Most a következő lépés a Ton kiszámítása, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12,95us = 12,05us

9. lépés: - Ki kell választanunk az időzítő kondenzátort Ct, amelyre a kívánt frekvencia előállításához szükség lesz.

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

10. lépés: - Ezektől az értékektől függően kiszámoljuk az induktor értékét

11. lépés: - Az 1A áram esetén az Rsc értéke 0,3 / Ipk lesz. Tehát követelményünk szerint Rsc =, 3 / 1,15 =, 260 Ohm lesz

12. lépés: - Számítsuk ki a kimeneti kondenzátor értékeit, a boost kimenetből választhatunk 100 mV (csúcs-csúcs) hullámosságot.

Fogjuk választani 470uF, 25V. Minél több kondenzátort használnak, annál nagyobb a hullámosság.

13. lépés: - Utoljára ki kell számolnunk a feszültség-visszacsatolási ellenállások értékét. Kiválasztjuk az R1 értéket 2k, tehát az R2 értéket a következőképpen számoljuk

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

Buck Converter áramköri ábra

Tehát az összes érték kiszámítása után. Itt van a frissített sematikus ábra

Szükséges alkatrészek

1. 2 nos reluste csatlakozó a bemenethez és a kimenethez
2. 2k ellenállás - 1 sz
3. 6,2k-os ellenállás - 1 sz
4. 1N5819- 1 sz
5. 100uF, 25V és 359,37uF, 25V kondenzátor (470uF, 25V használt, záróérték kiválasztva) - egyenként 1 nos.
6. 62,87uH induktivitás, 1,5A 1 nos. (100uH 2,5A-t használnak, a piacon könnyen elérhető volt)
7. 482pF (használt 470pF) kerámia tárcsa kondenzátor - 1 sz
8. 12 V-os tápegység 1,5 A névleges értékkel.
9. MC34063 kapcsolószabályozó ic
10. .26ohmos ellenállás (.3R, 2W használt)
11. 1 nos veroboard (pontozott vagy összekapcsolt vero használható).
12. Forrasztópáka
13. Forrasztó fluxus és forrasztó huzalok.
14. További vezetékek, ha szükséges.

Az alkatrészek elrendezése után forrasztja az alkatrészeket a Perf táblára

A Buck Converter áramkör tesztelése

Az áramkör tesztelése előtt változó egyenáramú terhelésekre van szükségünk az egyenáramú tápegység áramának felvételéhez. A kis elektronikai laboratóriumban, ahol teszteljük az áramkört, a vizsgálati tűrések sokkal magasabbak, és emiatt kevés mérési pontosság nem felel meg a jelnek.

Az oszcilloszkóp megfelelően kalibrált, de mesterséges zajok, az EMI, az RF is megváltoztathatja a teszt eredményének pontosságát. A multiméter +/- 1% tűréssel rendelkezik.

Itt a következő dolgokat fogjuk mérni

1. Kimeneti hullámosság és feszültség különféle terheléseken 1000mA-ig. Ellenőrizze a kimeneti feszültséget ezen a teljes terhelésen is.
2. Az áramkör hatékonysága.
3. Az áramkör üresjárati áramfogyasztása.
4. Az áramkör rövidzárlatának állapota.
5. Mi történik akkor is, ha túlterheljük a kimenetet?

A szobahőmérsékletünk 26 Celsius fok, amikor teszteltük az áramkört.

A fenti képen láthatjuk az egyenáramú terhelést. Ez egy ellenálló terhelés, és mint láthatjuk, tíz nem. 1 ohmos ellenállás párhuzamos kapcsolatban a tényleges terhelés, amely egy MOS-FET-en keresztül van összekötve. Vezéreljük a MOSFET kaput, és hagyjuk, hogy az áram átfolyjon az ellenállásokon. Ezek az ellenállások az elektromos teljesítményeket hővé alakítják. Az eredmény 5% -os toleranciából áll. Ezek a terhelési eredmények magukban foglalják a terhelés teljesítményfelvételét is, tehát amikor nincs csatlakoztatva terhelés rajta és külső tápegységgel táplálva, akkor az alapértelmezett 70 mA terhelési áramot mutat. Esetünkben a külső pad tápellátásáról tápláljuk a terhelést és teszteljük az áramkört. A végső kimenet (Eredmény - 70mA) lesz.

Az alábbiakban bemutatjuk a tesztbeállításunkat; összekapcsoltuk a terhelést az áramkörön, megmérjük a kimeneti áramot a szabályozón, valamint annak kimeneti feszültségét. Oszcilloszkóp is csatlakozik a buck konverterhez, így ellenőrizhetjük a kimeneti feszültséget is. Mi biztosítunk 12V bemenet a padon tápegység.

Rajzolunk. 88A vagy 952mA-70mA = 882mA áram a kimenetről. A kimeneti feszültség 5.15V.

Ezen a ponton, ha ellenőrizzük az oszcilloszkóp csúcstól csúcsig terjedő hullámzását. Láthatjuk a kimeneti hullámot, a hullámosság 60mV (pk-pk). Ami jó egy 12V-5V-os kapcsoló bak átalakítóhoz.

A kimeneti hullámforma így néz ki:

Itt van a kimeneti hullámforma időkerete. Ez 500mV osztályonként és 500uS időkeret.

Itt található a részletes vizsgálati jelentés

Idő (mp)	Terhelés (mA)	Feszültség (V)	Hullám (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

Megváltoztattuk a terhelést, és minden lépésnél kb. 3 percet vártunk, hogy ellenőrizzük, stabilak-e az eredmények. 982mA terhelés után a feszültség jelentősen csökkent. Más esetekben 0 terheléstől 940 mA-ig a kimeneti feszültség kb. 02V volt, ami teljes terhelésnél elég jó stabilitás. Emellett a 982mA terhelés után a kimeneti feszültség jelentősen csökken..3R ellenállást használtunk, ahol.26R szükséges, emiatt 982mA terhelési áramot tudunk levonni. Az MC34063 tápegység nem képes megfelelő 1A terhelés mellett megfelelő stabilitást biztosítani, mivel a.3R helyett.26R-t használtunk. De a 982mA nagyon közel áll az 1A kimenethez. 5% -os tűréshatárú ellenállásokat is használtunk, amelyek a leggyakoribbak a helyi piacon.

Számítottuk a hatékonyságot 12 V-os rögzített bemeneten és a terhelés változtatásával. Itt az eredmény

Bemeneti feszültség (V)	Bemeneti áram (A)	Bemeneti teljesítmény (W)	Kimeneti feszültség (V)	Kimeneti áram (A)	Kimeneti teljesítmény (W)	Hatékonyság (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

Amint láthatjuk, az átlagos hatékonyság 75% körül mozog, ami ebben a szakaszban jó teljesítmény.

Az áramkör üresjárati áramfogyasztását 3,52 mA-re rögzítik, amikor a terhelés 0.

Ezenkívül megvizsgáltuk a rövidzárlatot, és a rövidzárlatnál megfigyeljük a Normal értéket.

A maximális kimeneti áramküszöb után a kimeneti feszültségek jelentősen alacsonyabbak lesznek, és egy bizonyos idő után nullához közelítenek.

Fejlesztések történhetnek ebben az áramkörben; alacsony ESR-értékű, nagyobb értékű kondenzátort használhatunk a kimenet hullámzásának csökkentésére. A PCB megfelelő kialakítására is szükség van.