12 V līdz 5 V sprieguma pārveidotāja shēma, izmantojot mc34063

Iepriekšējā apmācībā mēs parādījām detalizētu Boost Converter dizainu, izmantojot MC34063, kur tika izstrādāts 3.7V līdz 5V pastiprinātāja pārveidotājs. Šeit mēs redzam, kā pārveidot 12V uz 5V. Tā kā mēs zinām, ka precīzas 5V baterijas ne vienmēr ir pieejamas, un dažreiz mums ir nepieciešams lielāks spriegums un zemāks spriegums vienlaikus, lai darbinātu dažādas ķēdes daļas, tāpēc kā galveno enerģijas avotu izmantojam augstāka sprieguma (12v) avotu un atkāpjamies no tā spriegums uz zemāku spriegumu (5v), kur vien nepieciešams. Šim nolūkam daudzās elektronikas lietojumprogrammās tiek izmantota Buck Converter ķēde, kas pazemina ieejas spriegumu atbilstoši slodzes prasībām.

Šajā segmentā ir daudz izvēles iespēju; kā redzams iepriekšējā apmācībā, MC34063 ir viens no populārākajiem komutācijas regulatoriem, kas pieejami šādā segmentā. MC34063 var konfigurēt trīs režīmos, Buck, Boost un Inverting. Mēs izmantosim Buck konfigurāciju, lai pārveidotu 12 V līdzstrāvas avotu par 5 V līdzstrāvu ar 1A izejas strāvas spēju. Mēs iepriekš esam izveidojuši vienkāršu Buck Converter ķēdi, izmantojot MOSFET; šeit varat arī pārbaudīt daudzas citas noderīgas jaudas elektronikas shēmas.

IC MC34063

MC34063 pinout diagramma ir parādīta zemāk esošajā attēlā. Kreisajā pusē ir parādīta MC34063 iekšējā ķēde, un otrā pusē ir parādīta pinout diagramma.

MC34063 ir 1. 5A Solis augšup vai solis uz leju vai apgriežot regulatoru, sakarā ar līdzstrāvas sprieguma konversijas īpašumu, MC34063 ir DC-DC pārveidotājs IC.

Šis IC savā 8 kontaktu paketē nodrošina šādas funkcijas:

Temperatūras kompensēta atskaite
Strāvas ierobežojuma ķēde
Vadāms darba cikla oscilators ar aktīvu lielas strāvas vadītāja izejas slēdzi.
Pieņemiet 3,0 V līdz 40 V DC.
Var darbināt ar 100 KHz komutācijas frekvenci ar 2% pielaidi.
Ļoti zema gaidīšanas režīma strāva
Regulējams izejas spriegums

Neskatoties uz šīm funkcijām, tas ir plaši pieejams un ir daudz rentablāks nekā citi IC, kas pieejami šādā segmentā.

Iepriekšējā apmācībā mēs izstrādājām sprieguma pastiprināšanas ķēdi, izmantojot MC34063, lai palielinātu 3,7 V litija akumulatora spriegumu līdz 5,5 V, šajā apmācībā mēs izstrādāsim 12 V līdz 5 V Buck pārveidotāju.

Komponentu vērtību pārveidotāja pārveidošanas aprēķināšana

Ja mēs pārbaudīsim datu lapu, mēs varam redzēt, ka ir pieejama visa formulas diagramma, lai aprēķinātu vajadzīgās vērtības, kas nepieciešamas atbilstoši mūsu prasībām. Šeit ir formulas lapa, kas pieejama datu lapā, un ir parādīta arī pastiprināšanas ķēde.

Šeit ir shēma bez šo komponentu vērtības, kas tiks izmantota papildus ar MC34063.

Mēs aprēķināsim vērtības, kas nepieciešamas mūsu projektam. Aprēķinus varam veikt no datu lapā norādītajām formulām vai arī izmantot Excel lapas, ko nodrošina ON Semiconductor vietne.

Šeit ir saite uz Excel lapu.

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

Šo komponentu vērtību aprēķināšanas darbības

1. solis: - Pirmkārt, mums jāizvēlas diode. Mēs izvēlēsimies plaši pieejamo diode 1N5819. Kā norādīts datu lapā, pie 1A straumes strāvas spriegums diodei būs 0,60 V.

2. solis: - Vispirms mēs aprēķinām induktoru un komutācijas strāvu, jo tas būs vajadzīgs tālākam aprēķinam. Mūsu vidējā induktora strāva būs maksimālā induktora strāva. Tātad, mūsu gadījumā induktora strāva ir:

IL (vid.) = 1A

3. solis: - Tagad ir pienācis laiks induktora pulsācijas strāvai. Tipisks induktors izmanto 20-40% no vidējās izejas strāvas. Tātad, ja mēs izvēlamies induktora pulsācijas strāvu 30%, tas būs 1A * 30% = 0,30A

4. solis: - pārslēgšanas maksimālā strāva būs IL (vid.) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

5. solis: - Mēs aprēķināsim t _ON / t _OFF, izmantojot tālāk norādīto formulu

Šim nolūkam mūsu Vout ir 5V, un diodes uz priekšu spriegums (Vf) ir 0,60 V Mūsu minimālais ieejas spriegums Vin (min) ir 12V un piesātinājuma spriegums ir 1V (1V datu lapā). Saliekot to visu kopā, mēs iegūstam

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

6. solis: - Tagad mēs aprēķināsim Ton + Toff laiku saskaņā ar formulu Ton + Toff = 1 / f

Mēs izvēlēsimies zemāku komutācijas frekvenci 40Khz.

Tātad, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

7. solis: - Tagad mēs aprēķināsim Toff laiku. Tā kā mēs iepriekš aprēķinājām Ton + Toff un Ton / Toff, aprēķināšana tagad būs vienkāršāka,

8. solis: - Tagad nākamais solis ir aprēķināt tonnu, Tonna = (Tonna + Toff) - Toff = 25us - 12,95us = 12,05us

9. solis: - Mums jāizvēlas laika kondensators Ct, kas būs vajadzīgs, lai iegūtu vēlamo frekvenci.

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

10. solis: - atkarībā no šīm vērtībām mēs aprēķināsim induktora vērtību

11. solis: - 1A strāvai Rsc vērtība būs 0,3 / Ipk. Tātad mūsu prasībai tas būs Rsc =, 3 / 1,15 =, 260 omi

12. solis: - Aprēķināsim izejas kondensatora vērtības, mēs varam izvēlēties pulsācijas vērtību 100mV (no maksimuma līdz maksimumam) no palielināšanas izejas.

Mēs izvēlēsimies 470uF, 25V. Jo vairāk kondensatora tiks izmantots, jo vairāk viļņu tas samazināsies.

13. solis: - Pēdējais mums jāaprēķina sprieguma atgriezenisko rezistoru vērtība. Mēs izvēlēsimies R1 vērtību 2k, tāpēc R2 vērtība tiks aprēķināta kā

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

Buka pārveidotāja shēmas diagramma

Tātad pēc visu vērtību aprēķināšanas. Šeit ir atjaunināta shēma

Nepieciešamās sastāvdaļas

2 nos relimate savienotājs ieejai un izejai
2k rezistors- 1 nos
6,2k rezistors- 1 nos
1N5819- 1 nr
100uF, 25V un 359,37uF, 25V kondensators (470uF, izmantots 25V, izvēlēta tuvu vērtība) - katrs 1 nos.
62,87uH induktors, 1,5A 1 nos. (Tiek izmantots 100uH 2,5A, tas bija viegli pieejams tirgū)
482pF (izmantots 470pF) keramikas diska kondensators- 1 nos
12 V barošanas bloks ar 1.5A vērtējumu.
MC34063 komutācijas regulators ic
.26ohmu rezistors (.3R, izmantots 2W)
1 nos veroboard (var izmantot punktētu vai savienotu vero).
Lodāmurs
Lodēšanas plūsmas un lodēšanas vadi.
Ja nepieciešams, papildu vadi.

Pēc komponentu sakārtošanas lodējiet komponentus uz Perf dēļa

Buka pārveidotāja ķēdes pārbaude

Pirms ķēdes pārbaudes mums ir nepieciešamas mainīgas līdzstrāvas slodzes, lai iegūtu strāvu no līdzstrāvas barošanas avota. Mazajā elektronikas laboratorijā, kur mēs pārbaudām ķēdi, testa pielaides ir daudz lielākas, un tāpēc dažas mērījumu precizitātes neatbilst atzīmei.

Osciloskops ir pareizi kalibrēts, taču mākslīgie trokšņi, EMI, RF, var arī mainīt testa rezultātu precizitāti. Arī multimetram ir +/- 1% pielaide.

Šeit mēs izmērīsim šādas lietas

Izvades pulsācija un spriegums pie dažādām slodzēm līdz 1000mA. Pārbaudiet arī izejas spriegumu pie šīs pilnas slodzes.
Ķēdes efektivitāte.
Ķēdes brīvgaitas strāvas patēriņš.
Ķēdes īssavienojuma stāvoklis.
Turklāt, kas notiks, ja mēs pārslogosim produkciju?

Kad mēs pārbaudījām ķēdi, mūsu istabas temperatūra ir 26 grādi pēc Celsija.

Iepriekš redzamajā attēlā mēs varam redzēt līdzstrāvas slodzi. Tā ir pretestības slodze, un, kā mēs redzam, desmit nē. no 1 omu rezistoriem paralēlā savienojumā ir faktiskā slodze, kas ir savienota visā MOS-FET. Mēs kontrolēsim MOSFET vārtus un ļausim strāvai plūst caur rezistoriem. Šie rezistori pārveido elektrisko jaudu par siltumu. Rezultāts sastāv no 5% pielaides. Arī šie slodzes rezultāti ietver pašas slodzes enerģijas patēriņu, tādēļ, kad tam nav pievienota neviena slodze un barošana tiek veikta, izmantojot ārēju barošanas avotu, tas parādīs noklusējuma slodzes strāvu 70 mA. Mūsu gadījumā mēs darbināsim slodzi no ārējā stenda barošanas avota un pārbaudīsim ķēdi. Galīgā izeja būs (Rezultāts - 70mA).

Zemāk ir mūsu testa iestatīšana; mēs esam savienojuši slodzi visā ķēdē, mēs izmērām izejas strāvu visā sprieguma regulatorā, kā arī tā izejas spriegumu. Osciloskops ir savienots arī pāri bukses pārveidotājam, tāpēc mēs varam arī pārbaudīt izejas spriegumu. Mēs nodrošinām 12 V ieeju no mūsu stenda barošanas bloka.

Mēs zīmējam. 88A vai 952mA-70mA = 882mA strāvas no izejas. Izejas spriegums ir 5.15V.

Šajā brīdī, ja mēs osciloskopā pārbaudām maksimumu līdz maksimumu. Mēs varam redzēt izejas vilni, pulsācija ir 60mV (pk-pk). Kas ir labs 12V līdz 5V komutācijas sprieguma pārveidotājam.

Izejas viļņa forma izskatās šādi:

Šeit ir izejas viļņu formas laika grafiks. Tas ir 500mV vienā nodaļā un 500uS laika grafiks.

Šeit ir detalizēts testa ziņojums

Laiks (s)	Slodze (mA)	Spriegums (V)	Ripple (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

Mēs mainījām slodzi un katrā solī gaidījām apmēram 3 minūtes, lai pārbaudītu, vai rezultāti ir stabili. Pēc 982mA slodzes spriegums ievērojami samazinājās. Citos gadījumos no 0 slodzēm līdz 940 mA izejas spriegums samazinājās aptuveni.02V, kas ir diezgan laba stabilitāte pie pilnas slodzes. Arī pēc šīs 982mA slodzes izejas spriegums tiek ievērojami samazināts. Mēs izmantojām.3R rezistoru, kur bija vajadzīgs.26R, tāpēc mēs varam iegūt 982mA slodzes strāvu. MC34063 barošanas nespēj nodrošināt atbilstošu stabilitāti pie pilnas 1A slodzes, kā mēs izmantojām.3R vietā.26R. Bet 982mA ir ļoti tuvu 1A izejai. Mēs arī izmantojām rezistorus ar 5% pielaidi, kas visbiežāk ir pieejami vietējā tirgū.

Mēs aprēķinājām efektivitāti pie 12 V fiksētas ieejas un mainot slodzi. Lūk, rezultāts

Ieejas spriegums (V)	Ieejas strāva (A)	Ieejas jauda (W)	Izejas spriegums (V)	Izejas strāva (A)	Izejas jauda (W)	Efektivitāte (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

Kā redzam, vidējā efektivitāte ir aptuveni 75%, kas šajā posmā ir labs rezultāts.

Ķēdes brīvgaitas strāvas patēriņš tiek reģistrēts 3,52 mA, kad slodze ir 0.

Mēs arī pārbaudījām īssavienojumu un īssavienojumā novērojam Normal.

Pēc maksimālās izejas strāvas sliekšņa izejas spriegums kļūst ievērojami zemāks un pēc noteikta laika tas tuvojas nullei.

Šajā ķēdē var veikt uzlabojumus; mēs varam izmantot zemas ESR lielākas vērtības kondensatoru, lai samazinātu izejas pulsāciju. Tāpat ir nepieciešama pareiza PCB projektēšana.