- IC MC34063
- Az összetevők értékeinek kiszámítása a Boost Converter számára
- Boost Converter áramkör diagram
- Szükséges alkatrészek
- A Boost Converter áramkör tesztelése
- Az áramkör tesztelése padfeszültséggel
A mai napokban a lítium akkumulátorok gazdagítják az elektronikai világot. Nagyon gyorsan tölthetők és jó tartalékot adnak, ami alacsony gyártási költségük mellett a lítium akkumulátorokat teszi a hordozható eszközök számára a legelőnyösebb választássá. Mivel az egycellás lítium akkumulátor feszültsége a minimum 3,2 és 4,2 V között mozog, nehéz táplálni azokat az áramköröket, amelyek legalább 5 V-ot igényelnek. Ebben az esetben szükségünk van egy Boost átalakítóra, amely a terhelési követelményeknek megfelelően növeli a feszültséget, mint a bemeneti feszültség.
Nagyon sok választási lehetőség áll rendelkezésre ebben a szegmensben; Az MC34063 a legnépszerűbb kapcsolószabályozó ilyen szegmensben. Az MCP34063 háromféle művelettel konfigurálható: Buck, Boost és Inverting. Az MC34063-at használjuk a Boost szabályozó kapcsolóként, és a 3,7 V-os lítium akkumulátor feszültségét 5,5 V-ra növeljük 500 mA kimeneti áram képességekkel. Korábban a Buck Converter áramkört építettük a feszültség csökkentésére; itt számos érdekes teljesítményelektronikai projektet is megnézhet.
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:
- Hőmérséklet-kompenzált referencia
- Áramkorlát áramkör
- Vezérelt működési ciklusú oszcillátor aktív nagyáramú meghajtó kimeneti kapcsolóval.
- Fogadja el a 3,0 V-40 V DC-t.
- 100% Hz-es kapcsolási frekvencián működtethető, 2% -os tűréssel.
- Nagyon alacsony a készenléti áram
- Állítható kimeneti feszültség
Ezen jellemzők ellenére széles körben elérhető és költséghatékonyabb, mint az ilyen szegmensben elérhető más IC-k.
Nézzük tervezzük step-up áramkör segítségével MC34063, hogy növeljék 3.7V lítium akkumulátor feszültsége 5.5V.
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.
Most kiszámoljuk 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: - Kiszámítjuk a képletet
Ehhez a Voutunk 5.5V, a dióda előrefeszültsége (Vf) 0.60V. Minimális Vin feszültségünk (min) 3,2 V, mivel ez az egyetlen cellás akkumulátor legalacsonyabb elfogadható feszültsége. A kimeneti kapcsoló telítési feszültsége (Vsat) pedig 1 V (az adatlapon 1 V). Azzal, hogy mindezt összerakjuk, megkapjuk
(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Tehát, t BE / t KI = 1,31
3. lépés: - Nem, kiszámítjuk a Ton + Toff időt a Ton + Toff = 1 / f képlet szerint
Alacsonyabb, 50Khz kapcsolási frekvenciát választunk.
Tehát, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Tehát a Ton + Toff értéke 20uS
4. lépés: - Most kiszámoljuk a T kikapcsolási időt.
T ki = (T be + T ki / (T be / T ki) +1)
Ahogy korábban kiszámoltuk a Ton + Toff és a Ton / Toff értékeket, a számítás most könnyebb lesz
Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us
5. lépés: - Most a következő lépés a Ton kiszámítása, T on = (T on + T off) - T off = 20us - 8.65us = 11.35us
6. lépés: - Ki kell választanunk az időzítő kondenzátort Ct, amelyre szükség lesz a kívánt frekvencia előállításához. Ct = 4,0 x 10-5 x tonna = 4,0 x 10 -5 x 11,35uS = 454pF
7. lépés: - Most ki kell számolnunk az átlagos induktivitási áramot ill
IL (átlag). IL (átl.) = Iout (max) x ((T be / T ki) +1)
A maximális kimeneti áramunk 500mA lesz. Tehát az átlagos induktivitási áram.5A x (1.31 + 1) = 1.15A lesz.
8. 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 1,15 * 30% = 0,34A
9. lépés: - A kapcsolási csúcsáram IL (átlag) + Iripple / 2 = 1,15 +, 34/2 = 1,32A
10. lépés: - Ezektől az értékektől függően kiszámoljuk az induktor értékét
11. lépés: - Az 500mA áram esetén az Rsc értéke 0,3 / Ipk lesz. Tehát követelményünk szerint Rsc =, 3 / 1,32 =, 22 Ohm lesz
12. lépés: - Számítsuk ki a kimeneti kondenzátor értékeit
A boost kimenetből választhatunk 250mV (csúcs-csúcs) hullámosságot.
Tehát, Cout = 9 * (0,5 * 11,35us / 0,25) = 204,3uF
220uF, 12V-ot választunk . Minél több kondenzátort használnak, annál nagyobb a hullámosság.
13. lépés: - Utoljára ki kell számolnunk a feszültség-visszacsatolási ellenállások értékét. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)
R1 értéket választunk 2k-nak, tehát az R2 értéke 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8 k
Kiszámítottuk az összes értéket. Tehát az alábbiakban látható az utolsó sematikus ábra:
Boost Converter áramkör diagram
Szükséges alkatrészek
- Relimate csatlakozó a bemenethez és a kimenethez - 2 sz
- 2k ellenállás - 1 sz
- 6,8k-os ellenállás- 1 sz
- 1N5819- 1nos
- 100uF, 12V és 194,94uF, 12V-os kondenzátor (220uF, 12V-t használnak, a közeli érték kiválasztva), mindegyik 1 nos.
- 18,91uH induktivitás, 1,5A - 1 nos. (33uH 2,5A-t használnak, nálunk könnyen elérhető volt)
- 454pF (használt 470pF) kerámia tárcsa kondenzátor 1 nos
- 1 Lítium-ion vagy lítium-polimer akkumulátor Egycellás vagy párhuzamos cella, az akkumulátor kapacitásától függően, a szükséges projektek biztonsági mentéséhez kapcsolódó probléma esetén.
- MC34063 kapcsolószabályozó IC
- .24 ohmos ellenállás (.3R, 2W használt)
- 1 nos Veroboard (pontozott vagy összekapcsolt vero használható).
- Forrasztópáka
- Forrasztó fluxus és forrasztó huzalok.
- További vezetékek, ha szükséges.
Megjegyzés: 33uh-os induktort használtunk, mivel a helyi gyártóknál könnyen elérhető, 2,5A-es aktuális besorolással. Szintén használunk.3R ellenállást.22R helyett.
Az alkatrészek elrendezése után forrasztja az alkatrészeket a Perf táblára
A forrasztás befejeződött.
A Boost 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
- Kimeneti hullámosság és feszültség különféle terheléseken 500mA-ig.
- Az áramkör hatékonysága.
- Az áramkör üresjárati áramfogyasztása.
- Az áramkör rövidzárlatának állapota.
- Mi történik akkor is, ha túlterheljük a kimenetet?
Szobahőmérsékletünk 25 Celsius fok, ahol teszteltük az áramkört.
A fenti képen láthatjuk az egyenáramú terhelést. Ez egy rezisztív terhelés, és mint láthatjuk, a párhuzamos csatlakozású 10db 1 ohmos ellenállások jelentik a tényleges terhelést egy MOSFET-en keresztül. Vezéreljük a MOSFET kaput, és hagyjuk, hogy az áram átfolyjon az ellenállásokon. Ezek az ellenállások az elektromos teljesítményeket hővé alakítják. Az eredmény 5% -os tolerancia. Ezek a terhelési eredmények magukban foglalják a terhelés teljesítményfelvételét is, tehát amikor nem terhel terhelést, akkor az alapértelmezett 70 mA terhelési áramot mutat. A tápellátást más tápegységről tápláljuk, és teszteljük az áramkört. A végeredmény (Eredmény - 70mA ) lesz. Multimétereket használunk áramérzékelési móddal és mérjük az áramot. Mivel a mérő sorozatban van az egyenáramú terheléssel, a terhelés kijelző nem adja meg a pontos eredményt a multimétereken belüli shunt ellenállások feszültségesése miatt. A mérő eredményét rögzítjük.
Az alábbiakban bemutatjuk a tesztbeállításunkat; összekapcsoltuk a terhelést az áramkörön, mérjük a kimeneti áramot a töltésszabályozón, valamint annak kimeneti feszültségét. Oszcilloszkóp is csatlakozik a boost konverterhez, így ellenőrizhetjük a kimeneti feszültséget is. Egy 18650-es lítium elem (1S2P - 3,7 V 4400mAH) biztosítja a bemeneti feszültséget.
.48A vagy 480-70 = 410mA áramot vonunk le a kimenetről. A kimeneti feszültség 5,06 V.
Ezen a ponton, ha ellenőrizzük az oszcilloszkóp csúcstól csúcsig terjedő hullámzását. Láthatjuk a kimeneti hullámot, a hullámosság 260mV (pk-pk).
Itt található a részletes vizsgálati jelentés
Idő (mp) |
Terhelés (mA) |
Feszültség (V) |
Hullám (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 |
Megváltoztattuk a terhelést, és minden lépésnél kb. 3 percet vártunk annak ellenőrzésére, hogy az eredmények stabilak-e vagy sem. 530mA (.53A) terhelés után a feszültség jelentősen csökkent. Más esetekben 0 terheléstől 500 mA-ig a kimeneti feszültség 0,46 V-ra csökkent.
Az áramkör tesztelése padfeszültséggel
Mivel nem tudjuk szabályozni az akkumulátor feszültségét, változtatható pad tápegységet is használtunk a kimeneti feszültség ellenőrzésére a minimális és maximális bemeneti feszültségen (3,3–4,7 V) annak ellenőrzésére, hogy működik-e vagy sem,
A fenti képen a pad tápellátása adja meg a 3,3 V-os bemeneti feszültséget. A terheléskijelző 5,35 V kimenetet mutat a kapcsolási tápegység 350 mA-es áramfelvételénél. Mivel a terhelést a pad tápellátása biztosítja, a terhelés kijelzése nem pontos. Az aktuális vonási eredmény (347mA) szintén a terhelés által a pad tápellátásának áramfelvétele. A terhelés a pad tápellátásával (12V / 60mA) történik. Tehát az MC34063 kimenetből vett tényleges áram 347-60 = 287mA.
A hatékonyságot 3,3 V feszültségen számítottuk a terhelés megváltoztatásával, itt van az eredmény
Bemeneti feszültség (V) |
Bemeneti áram (A) |
Bemeneti teljesítmény (W) |
Kimeneti feszültség (V) |
Kimeneti áram (A) |
Kimeneti teljesítmény (W) |
Hatékonyság (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 |
Most megváltoztattuk a feszültséget 4,2 V bemenetre. 5,41 V kimenetet kapunk, amikor 357 - 60 = 297mA terhelést húzunk.
Teszteltük a hatékonyságot is. Ez valamivel jobb, mint az előző eredmény.
Bemeneti feszültség (V) |
Bemeneti áram (A) |
Bemeneti teljesítmény (W) |
Kimeneti feszültség (V) |
Kimeneti áram (A) |
Kimeneti teljesítmény (W) |
Hatékonyság |
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 |
Az áramkör üresjárati áramfogyasztását minden körülmények között 3,47mA értékkel rögzítik, amikor a terhelés 0 .
Megvizsgáltuk a rövidzárlatot, a Normal működést. A maximális kimeneti áram küszöbértéke után a kimeneti feszültség jelentősen csökken, és egy bizonyos idő után nullához közelít.
Fejlesztések történhetnek ebben az áramkörben; alacsony ESR-értékű, nagyobb értékű kondenzátor használható a kimenet hullámzásának csökkentésére. Szükség van a megfelelő NYÁK tervezésre is.