3.7V līdz 5V pastiprinātāja pārveidotāja shēma, izmantojot mc34063

Mūsdienās litija baterijas bagātina elektronikas pasauli. Tos var uzlādēt ļoti ātri un nodrošināt labu rezerves kopiju, kas kopā ar zemajām ražošanas izmaksām padara litija baterijas par vispiemērotāko portatīvo ierīču izvēli. Tā kā viena elementa litija akumulatora spriegums svārstās no minimālā 3,2 sprieguma līdz 4,2 V, ir grūti darbināt ķēdes, kurām nepieciešams 5 V vai vairāk. Šādā gadījumā mums ir nepieciešams Boost Converter, kas palielinās spriegumu atbilstoši slodzes prasībām, vairāk nekā tas ir ieejas spriegums.

Šajā segmentā ir daudz izvēles iespēju; MC34063 ir vispopulārākais komutācijas regulators šādā segmentā. MCP34063 var konfigurēt trīs darbībās: Buck, Boost un Inverting. Mēs izmantojam MC34063 kā komutācijas Boost regulatoru un palielināsim 3,7 V litija akumulatora spriegumu līdz 5,5 V ar 500 mA izejas strāvas iespējām. Mēs iepriekš esam izveidojuši Buck Converter ķēdi, lai pazeminātu spriegumu; šeit varat arī pārbaudīt daudzus interesantus enerģijas elektronikas projektus.

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:

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

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

Izstrādāsim savu pastiprināšanas shēmu, izmantojot MC34063, lai palielinātu 3,7 V litija akumulatora spriegumu līdz 5,5 V.

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.

Tagad 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: - Vispirms 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: - Mēs aprēķināsim, izmantojot formulu

Šim nolūkam mūsu Vout ir 5,5 V, diodes uz priekšu spriegums (Vf) ir 0,60 V. Mūsu minimālais spriegums Vin (min) ir 3,2 V, jo tas ir zemākais pieņemamais spriegums no vienas šūnas akumulatora. Un izejas slēdža piesātinājuma spriegumam (Vsat) tas ir 1 V (1 V datu lapā). Saliekot to visu kopā, mēs iegūstam

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

3. solis: - Nē, mēs aprēķināsim Ton + Toff laiku saskaņā ar formulu Ton + Toff = 1 / f

Mēs izvēlēsimies zemāku komutācijas frekvenci, 50Khz.

Tātad, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Tātad mūsu Ton + Toff ir 20uS

4. solis: - Tagad mēs aprēķināsim T _{izslēgšanās} laiku.

T _izslēgts = (T _ieslēgts + T _izslēgts / (T _ieslēgts / _izslēgts) +1)

Tā kā mēs iepriekš aprēķinājām Ton + Toff un Ton / Toff, aprēķināšana tagad būs vienkāršāka, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

5. solis: - Tagad nākamais solis ir aprēķināt tonnu, T _ieslēgts = (T _ieslēgts + T _izslēgts) - T _izslēgts = 20us - 8,65us = 11,35us

6. solis: - mums būs jāizvēlas laika kondensators Ct, kas būs nepieciešams, lai iegūtu vēlamo frekvenci. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 11,35uS = 454pF

7. solis: - Tagad mums jāaprēķina vidējā induktora strāva vai

IL (vid.). IL (vid.) = Iout (maks.) X ((T _ieslēgts / T _izslēgts) +1)

Mūsu maksimālā izejas strāva būs 500mA. Tātad vidējā induktora strāva būs.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.

8. 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 1,15 * 30% = 0,34A

9. solis: - pārslēgšanas maksimālā strāva būs IL (vid.) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

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

11. solis: - 500mA strāvai Rsc vērtība būs 0,3 / Ipk. Tātad mūsu prasībai tas būs Rsc = 0,3 / 1,32 = 0,22 omi

12. solis: - Aprēķināsim izejas kondensatora vērtības

No palielināšanas jaudas mēs varam izvēlēties pulsācijas vērtību 250mV (no maksimuma līdz maksimumam).

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

Mēs izvēlēsimies 220uF, 12V . Jo vairāk kondensatora tiks izmantots, jo vairāk viļņu tas samazināsies.

13. solis: - Pēdējais mums jāaprēķina sprieguma atgriezenisko rezistoru vērtība. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Mēs izvēlēsimies R1 vērtību 2k, tātad, R2 vērtība būs 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8 k

Mēs aprēķinājām visas vērtības. Tātad zemāk ir pēdējā shēma:

Paaugstināšanas pārveidotāja shēmas diagramma

Nepieciešamās sastāvdaļas

1. Relimate savienotājs ieejai un izejai - 2 nos
2. 2k rezistors- 1 nos
3. 6.8k rezistors- 1 nos
4. 1N5819- 1nos
5. 100uF, 12V un 194,94uF, 12V kondensators (tiek izmantots 220uF, 12V, izvēlēta tuvu vērtība) 1 nos.
6. 18,91uH induktors, 1,5A - 1 nos. (Tiek izmantots 33uH 2,5A, tas bija viegli pieejams pie mums)
7. 454pF (izmantots 470pF) keramikas diska kondensators 1 nos
8. 1 litija jonu vai litija polimēra akumulators Viena vai paralēla šūna atkarībā no akumulatora jaudas ar rezerves jautājumiem saistītos jautājumos nepieciešamajos projektos.
9. MC34063 komutācijas regulatora IC
10. .24ohms rezistors (.3R, izmantots 2W)
11. 1 nos Veroboard (var izmantot punktētu vai savienotu vero).
12. Lodāmurs
13. Lodēšanas plūsmas un lodēšanas vadi.
14. Ja nepieciešams, papildu vadi.

Piezīme: Mēs izmantojām 33uh induktoru, jo tas ir viegli pieejams vietējiem pārdevējiem ar pašreizējo reitingu 2.5A. Arī mēs esam izmantojuši.3R rezistoru.22R vietā.

Pēc komponentu sakārtošanas lodējiet komponentus uz Perf dēļa

Lodēšana ir pabeigta.

Boost Converter 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

1. Izvades pulsācija un spriegums pie dažādām slodzēm līdz 500mA.
2. Ķēdes efektivitāte.
3. Ķēdes brīvgaitas strāvas patēriņš.
4. Ķēdes īssavienojuma stāvoklis.
5. Turklāt, kas notiks, ja mēs pārslogosim produkciju?

Mūsu istabas temperatūra ir 25 grādi pēc Celsija, kur mēs pārbaudījām ķēdi.

Iepriekš redzamajā attēlā mēs varam redzēt līdzstrāvas slodzi. Šī ir pretestības slodze, un, kā mēs redzam, 10 gab. 1 omu rezistori paralēlā savienojumā ir faktiskā slodze, kas savienota visā MOSFET. Mēs kontrolēsim MOSFET vārtus un ļausim strāvai plūst caur rezistoriem. Šie rezistori pārveido elektrisko jaudu par siltumu. Rezultāts sastāv no 5% pielaides. Arī šajos slodzes rezultātos ir iekļauta pašas slodzes jauda, ​​tāpēc, ja tā nevelk slodzi, tā parādīs noklusējuma slodzes strāvu 70 mA. Mēs darbināsim slodzi no cita barošanas avota un pārbaudīsim ķēdi. Galīgā izlaide būs (Rezultāts - 70mA ). Mēs izmantosim multimetrus ar strāvas uztveršanas režīmu un izmērīsim strāvu. Tā kā skaitītājs ir virknē ar līdzstrāvas slodzi, slodzes displejs nenodrošinās precīzu rezultātu, pateicoties multimetru iekšpusē esošajam šunta rezistoru sprieguma kritumam. Mēs reģistrēsim skaitītāja rezultātu.

Zemāk ir mūsu testa iestatīšana; mēs esam savienojuši slodzi visā ķēdē, mēs mēra izejas strāvu visā palielināšanas regulatorā, kā arī tā izejas spriegumu. Pārejas pārveidotājā ir pievienots arī osciloskops, tāpēc mēs varam pārbaudīt arī izejas spriegumu. 18650 litija baterija (1S2P - 3.7V 4400mAh) nodrošina ievades spriegumu.

Mēs izvadām.48A vai 480-70 = 410mA strāvu. Izejas spriegums ir 5.06V.

Šajā brīdī, ja mēs osciloskopā pārbaudām maksimumu līdz maksimumu. Mēs varam redzēt izejas vilni, pulsācija ir 260mV (pk-pk).

Šeit ir detalizēts testa ziņojums

Laiks (s)	Slodze (mA)	Spriegums (V)	Ripple (pp) (mV)
180	0	5.54	180
180	100	5.46	196
180	200	5.32	208. lpp
180	300	5.36	220
180	400	5.16	243
180	500	5.08	258. lpp
180	600	4.29	325

Mēs mainījām slodzi un katru soli gaidījām apmēram 3 minūtes, lai pārbaudītu, vai rezultāti ir stabili. Pēc 530mA (.53A) slodzes spriegums ievērojami samazinājās. Citos gadījumos no 0 slodzēm līdz 500mA izejas spriegums samazinājās.46V.

Ķēdes pārbaude ar stenda barošanas avotu

Tā kā mēs nevaram kontrolēt akumulatora spriegumu, mēs izmantojām arī mainīgu stenda barošanas bloku, lai pārbaudītu izejas spriegumu ar minimālo un maksimālo ieejas spriegumu (3,3–4,7 V), lai pārbaudītu, vai tas darbojas vai nē,

Iepriekš redzamajā attēlā stenda barošanas avots nodrošina 3,3 V ieejas spriegumu. Slodzes displejā rāda 5,35 V izeju pie strāvas 350mA no komutācijas barošanas avota. Tā kā slodzi darbina stenda barošanas avots, slodzes displejs nav precīzs. Pašreizējais vilkšanas rezultāts (347mA) sastāv arī no pašreizējās slodzes no stenda barošanas ar pašu slodzi. Slodze tiek darbināta, izmantojot stenda barošanas avotu (12V / 60mA). Tātad faktiskā strāva, kas tiek iegūta no MC34063 izejas, ir 347-60 = 287mA.

Mēs aprēķinājām efektivitāti pie 3,3 V, mainot slodzi, šeit ir rezultāts

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

Tagad mēs esam nomainījuši spriegumu uz 4,2 V ieeju. Mēs iegūstam 5,41 V kā izeju, kad mēs nosakām 357 - 60 = 297 mA slodzi.

Mēs arī pārbaudījām efektivitāti. Tas ir nedaudz labāks par iepriekšējo rezultātu.

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

Ķēdes brīvgaitas strāvas patēriņš tiek reģistrēts 3,47mA visos apstākļos, kad slodze ir 0 .

Mēs arī pārbaudījām, vai nav īssavienojuma, novērota normāla darbība. Pēc maksimālās izejas strāvas sliekšņa izejas spriegums kļūst ievērojami zemāks un pēc noteikta laika tas tuvojas nullei.

Šajā ķēdē var veikt uzlabojumus; zemas ESR lielākas vērtības kondensatoru var izmantot, lai samazinātu izejas pulsāciju. Nepieciešama arī pareiza PCB projektēšana.