Схема перетворювача доларів від 12 до 5 в за допомогою mc34063

У попередньому підручнику ми продемонстрували детальний дизайн Boost Converter за допомогою MC34063, де був розроблений Boos Converter від 3,7 В до 5 В. Тут ми бачимо, як перетворити 12В в 5В. Оскільки ми знаємо, що акумулятори з точним напругою 5 В не завжди доступні, і іноді нам потрібні вища та нижча напруга одночасно для керування різними частинами ланцюга, тому ми використовуємо джерело вищої напруги (12 В) як основне джерело живлення і відмовляємось напруга до нижчої напруги (5v) де завгодно. Для цього в багатьох електронних програмах використовується схема перетворювача Бака, яка знижує вхідну напругу відповідно до вимог навантаження.

У цьому сегменті є безліч варіантів вибору; як видно з попереднього підручника, MC34063 є одним з найпопулярніших регуляторів комутації, доступних у такому сегменті. MC34063 можна налаштувати в трьох режимах: Buck, Boost і Inverting. Ми використаємо конфігурацію Бака для перетворення джерела постійного струму 12 В у 5 В постійного струму з можливістю вихідного струму 1 А. Раніше ми побудували просту схему Buck Converter, використовуючи MOSFET; Ви також можете перевірити тут ще багато корисних схем силової електроніки.

ІС MC34063

Діаграма розпилювання MC34063 показана на зображенні нижче. На лівій стороні показано внутрішню схему MC34063, а на іншій - схему виведення.

MC34063 - це 1. 5A Крок вгору або крок вниз або інвертування регулятора, завдяки властивості перетворення напруги постійного струму, MC34063 є перетворювач постійного струму IC.

Цей мікросхем забезпечує наступні функції у своєму 8-контактному пакеті -

1. Довідка з компенсацією температури
2. Схема обмеження струму
3. Контрольований генератор робочого циклу з активним перемикачем вихідного сигналу драйвера.
4. Прийміть від 3,0 до 40 В постійного струму.
5. Може працювати на частоті перемикання 100 кГц з допуском 2%.
6. Дуже низький струм в режимі очікування
7. Регульована вихідна напруга

Крім того, незважаючи на ці особливості, він широко доступний і є набагато економічнішим, ніж інші мікросхеми, доступні в такому сегменті.

У попередньому навчальному посібнику ми розробили схему підвищення напруги за допомогою MC34063 для підвищення напруги літієвої батареї до 3,7 В до 5,5 В, у цьому посібнику ми розробимо перетворювач Buck від 12 до 5 В.

Розрахунок значень компонентів для Boost Converter

Якщо ми перевіримо таблицю даних, ми побачимо, що присутня повна діаграма формул для обчислення бажаних значень, необхідних відповідно до наших вимог. Ось таблиця формул, доступна всередині таблиці даних, і також показана схема посилення.

Ось схема без значення цих компонентів, яка буде додатково використана для MC34063.

Ми розрахуємо значення, які необхідні для нашого проектування. Ми можемо зробити розрахунки за формулами, наведеними в технічному паспорті, або скористатися аркушем Excel, наданим на веб-сайті ON Semiconductor.

Ось посилання на аркуш Excel.

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

Кроки для обчислення значень цих компонентів -

Крок 1: - Спочатку нам потрібно вибрати діод. Ми виберемо широко доступний діод 1N5819. Згідно з технічним паспортом, при прямому струмі 1А пряма напруга діода становитиме 0,60 В.

Крок 2: - Спочатку ми розраховуємо котушку індуктивності та струм перемикання, як це буде потрібно для подальшого розрахунку. Наш середній струм індуктора буде піковим струмом індуктивності. Отже, у нашому випадку струм індуктора:

IL (avg) = 1A

Крок 3: - Настав час струму пульсацій індуктора. Типовий індуктор використовує 20-40% середнього вихідного струму. Отже, якщо ми виберемо струм пульсації індуктора 30%, це буде 1А * 30% = 0,30А

Крок 4: - Піковий струм перемикання буде IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Крок 5: - Ми обчислимо t _ON / t _OFF, використовуючи формулу нижче

Для цього наш Vout становить 5 В, а пряма напруга діода (Vf) - 0,60 В. Наша мінімальна вхідна напруга Vin (хв) становить 12 В, а напруга насичення - 1 В (1 В у таблиці). Складаючи все це разом, ми отримуємо

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

Крок 6: - Тепер ми обчислимо час Тон + Тофф відповідно до формули Тон + Тофф = 1 / f

Ми виберемо нижчу частоту перемикання, 40 кГц.

Отже, Ton + Toff = 1/40 кГц = 25us

Крок 7: - Тепер ми обчислимо час Тоффа. Оскільки ми раніше обчислювали Ton + Toff та Ton / Toff, тепер обчислення буде простішим,

Крок 8: - Наступним кроком є ​​обчислення тонни, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Крок 9: - Нам потрібно вибрати синхронізатор конденсатора Ct, який знадобиться для отримання бажаної частоти.

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

Крок 10: - Залежно від цих значень ми обчислимо значення індуктора

Крок 11: - Для струму 1А значення Rsc становитиме 0,3 / Ipk. Отже, для наших вимог це буде Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ом

Крок 12: - Давайте розрахуємо значення вихідного конденсатора, ми можемо вибрати значення пульсації 100 мВ (від піку до піку) з вихідної напруги.

Ми виберемо 470uF, 25V. Чим більше буде використано конденсатор, тим більше пульсацій він зменшиться.

Крок 13: - Останнім нам потрібно розрахувати значення резисторів зворотного зв'язку по напрузі. Ми виберемо значення R1 2k, отже, значення R2 буде обчислюватися як

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

Принципова схема перетворювача Бака

Тож після обчислення всіх значень. Ось оновлена ​​схема

Необхідні компоненти

1. 2-контактний роз'єм для клімату для введення та виведення
2. 2k резистор - 1 шт
3. 6,2k резистор - 1 шт
4. 1N5819- 1 No
5. 100 мкФ, 25 В і 359,37 мкФ, конденсатор 25 В (використовується 470 мкФ, 25 В, вибрано близьке значення) - по 1 номери.
6. Індуктор 62,87 мкГн, 1,5 А 1 шт. (Використовується 100uH 2.5A, він був легко доступний на ринку)
7. 482pF (використовується 470pF) керамічний дисковий конденсатор - 1 шт
8. Блок живлення 12 В з рейтингом 1,5 А.
9. MC34063 комутаційний регулятор ic
10. .26 Ом резистор (.3R, 2W використовується)
11. 1 номер veroboard (можна використовувати пунктирне або з'єднане vero).
12. Паяльник
13. Паяльний флюс і паяльні дроти.
14. Додаткові дроти, якщо потрібно.

Розставивши компоненти, припаяйте компоненти на дошці Perf

Тестування схеми перетворювача Бака

Перед тестуванням ланцюга нам потрібні змінні постійні навантаження для відведення струму від джерела постійного струму. У невеликій електронній лабораторії, де ми тестуємо схему, допуски на випробування набагато вищі, і через це мало хто з точністю вимірювань не відповідає позначці.

Осцилограф правильно відкалібрований, але штучні шуми, EMI, RF також можуть змінити точність результату тесту. Крім того, мультиметр має допуски +/- 1%.

Тут ми виміряємо такі речі

1. Вихідна пульсація та напруга при різних навантаженнях до 1000мА. Також перевірте вихідну напругу при цьому повному навантаженні.
2. Ефективність схеми.
3. Споживання струму холостого ходу ланцюга.
4. Стан короткого замикання ланцюга.
5. Крім того, що станеться, якщо ми перевантажимо результат?

Наша температура в приміщенні становить 26 градусів Цельсія, коли ми тестували схему.

На зображенні вище ми бачимо навантаження постійного струму. Це резистивне навантаження, і, як ми бачимо, десять ні. з резисторів 1 Ом при паралельному підключенні - це фактичне навантаження, яке підключено через MOS-FET. Ми контролюватимемо затвор MOSFET і дозволятиме струму протікати через резистори. Ці резистори перетворюють електричну потужність в тепло. Результат складається з 5% допуску. Крім того, ці результати навантаження включають в себе споживання потужності самого навантаження, тому, коли жодне навантаження не підключено через нього і не живиться за допомогою зовнішнього джерела живлення, воно покаже за замовчуванням 70 мА струму навантаження. У нашому випадку ми будемо живити навантаження від зовнішнього джерела живлення і перевіряти схему. Кінцевий вихід буде (Результат - 70 мА).

Нижче наведено наше тестове налаштування; ми підключили навантаження по ланцюгу, вимірюємо вихідний струм через регулятор напруги, а також вихідну напругу його. Осцилограф також підключений через перетворювач, тому ми також можемо перевірити вихідну напругу. Ми забезпечуємо вхід 12 В від нашого блоку живлення.

Ми малюємо. 88A або 952mA-70mA = 882mA струму з виходу. Вихідна напруга 5.15V.

На цьому етапі, якщо ми перевіримо пік-пульсацію осцилографа. Ми бачимо вихідну хвилю, пульсація становить 60 мВ (pk-pk). Що добре для комутаційного перетворювача на 12 В на 5 В.

Вихідний сигнал виглядає наступним чином:

Ось часові рамки вихідного сигналу. Це 500 мВ на поділ та часові рамки 500 мкВ.

Ось докладний звіт про випробування

Час (с)	Навантаження (мА)	Напруга (В)	Пульсація (pp) (мВ)
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

Ми змінили навантаження і чекали приблизно 3 хвилини на кожному кроці, щоб перевірити, чи є результати стабільними чи ні. Після навантаження 982 мА напруга значно впала. В інших випадках від 0 навантажень до 940 мА вихідна напруга падала приблизно 0,02 В, що є досить хорошою стабільністю при повному навантаженні. Крім того, після цього навантаження 982 мА вихідна напруга значно падає. Ми використовували резистор.3R там, де потрібно було.26R, завдяки чому ми можемо набирати 982мА струму навантаження. Джерело живлення MC34063 не може забезпечити належну стабільність при повному навантаженні 1A, оскільки ми використовували.3R замість.26R. Але 982 мА дуже близький до виходу 1А. Крім того, ми використовували резистори з допуском 5%, які найчастіше доступні на місцевому ринку.

Ми розрахували ефективність при постійному вході 12 В та за зміною навантаження. Ось результат

Вхідна напруга (В)	Вхідний струм (A)	Вхідна потужність (Вт)	Вихідна напруга (В)	Вихідний струм (A)	Вихідна потужність (Вт)	Ефективність (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

Як ми бачимо, середня ефективність становить близько 75%, що є хорошим результатом на цьому етапі.

Споживання струму холостого ходу схеми реєструється 3,52 мА при навантаженні 0.

Крім того, ми перевірили наявність короткого замикання і спостерігаємо Нормальне в короткому замиканні.

Після порогового значення максимального вихідного струму вихідні напруги стають значно нижчими, а через певний час вони наближаються до нуля.

У цій схемі можна зробити вдосконалення; ми можемо використовувати конденсатор з більшим значенням ESR, щоб зменшити пульсацію на виході. Крім того, необхідне правильне проектування друкованих плат.