Схема перетворювача підсилення від 3,7 В до 5 В за допомогою mc34063

У наш час літієві батареї збагачують світ електроніки. Їх можна заряджати дуже швидко та забезпечувати хорошу резервну копію, що поряд з їх низькою виробничою вартістю робить літієві акумулятори найбільш кращим вибором для портативних пристроїв. Оскільки напруга літієвої батареї в одній комірці коливається від мінімальної напруги 3,2 до 4,2 В, важко живити ті схеми, які потребують 5 В і більше. У такому випадку нам потрібен Boost Converter, який буде підвищувати напругу відповідно до вимоги навантаження більше, ніж його вхідна напруга.

Багато варіантів, доступних у цьому сегменті; MC34063 - найпопулярніший комутаційний регулятор у такому сегменті. MCP34063 можна налаштувати за три операції: Buck, Boost та Inverting. Ми використовуємо MC34063 в якості імпульсного регулятора Boost і збільшимо напругу літієвої батареї на 3,7 В до 5,5 В з можливостями вихідного струму 500 мА. Раніше ми побудували схему Buck Converter для зниження напруги; Ви також можете переглянути тут багато цікавих проектів 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.

Давайте спроектуємо нашу підвищувальну схему за допомогою MC34063 для підвищення напруги літієвої батареї до 3,7 В до 5,5 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.

Тепер ми обчислимо значення, які потрібні для нашої конструкції. 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: - Ми розрахуємо, використовуючи формулу

Для цього наш Vout становить 5,5 В, пряма напруга діода (Vf) - 0,60 В. Наша мінімальна напруга Vin (хв) становить 3,2 В, оскільки це найнижча допустима напруга від однокамерної батареї. А для напруги насичення вихідного перемикача (Vsat) вона становить 1 В (1 В у таблиці даних). Складаючи все це разом, ми отримуємо

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

Крок 3: Ні, ми обчислимо час Тон + Тофф відповідно до формули Тон + Тофф = 1 / f

Ми виберемо нижчу частоту перемикання, 50 кГц.

Отже, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Отже, наша Ton + Toff дорівнює 20uS

Крок 4: - Тепер ми розрахуємо T _від часу.

T _off = (T _on + T _off / (T _on / T _off) +1)

Оскільки ми раніше обчислювали Ton + Toff та Ton / Toff, тепер обчислення буде простішим, Тофф = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Крок 5: - Наступним кроком є ​​обчислення тонни, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8.65us = 11.35us

Крок 6: - Нам потрібно буде вибрати конденсатор синхронізації Ct, який буде потрібний для отримання бажаної частоти. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x тонни = 4,0 x 10 ^-5 x 11,35uS = 454pF

Крок 7: - Тепер нам потрібно розрахувати середній струм індуктора або

IL (в середньому). IL (avg) = Iout (max) x ((T _on / T _off) +1)

Наш максимальний вихідний струм буде 500 мА. Отже, середній струм індуктора становитиме 0,5 А x (1,31 + 1) = 1,15 А.

Крок 8: - Настав час струму пульсацій індуктора. Типовий індуктор використовує 20-40% середнього вихідного струму. Отже, якщо ми виберемо струм пульсації індуктора 30%, це буде 1,15 * 30% = 0,34А

Крок 9: - Піковий струм перемикання буде IL (avg) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

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

Крок 11: - Для струму 500 мА значення Rsc становитиме 0,3 / Ipk. Отже, для наших вимог це буде Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ом

Крок 12: - Давайте обчислимо значення вихідного конденсатора

Ми можемо вибрати значення пульсації 250 мВ (від піку до піку) з вихідної напруги.

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

Ми будемо вибирати 220uF, 12V . Чим більше буде використано конденсатор, тим більше пульсацій він зменшиться.

Крок 13: - Останнім нам потрібно розрахувати значення резисторів зворотного зв'язку по напрузі. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Ми виберемо значення R1 2k, отже, значення R2 буде 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Ми розрахували всі значення. Отже, нижче наведено остаточну схему:

Схема схеми Boost Converter

Необхідні компоненти

1. Остаточний роз'єм для входу та виводу - 2 номери
2. 2k резистор - 1 шт
3. 6.8k резистор - 1 шт
4. 1N5819- 1nos
5. 100 мкФ, 12 В і 194,94 мкФ, конденсатор 12 В (використовується 220 мкФ, 12 В, вибрано близьке значення) по 1 шт.
6. 18,91uH індуктор, 1,5A - 1 шт. (Використовується 33uH 2.5A, він був легко доступний у нас)
7. 454pF (використовується 470pF) керамічний дисковий конденсатор 1 шт
8. 1 Літій-іонна або літій-полімерна батарея Одинаркова або паралельна батарея, залежно від ємності акумулятора для резервного копіювання у необхідних проектах.
9. MC34063 комутаційний регулятор IC
10. Резистор.24 Ом (використовується.3R, 2 Вт)
11. 1 номер Veroboard (можна використовувати пунктирну або підключену vero).
12. Паяльник
13. Паяльний флюс і паяльні дроти.
14. Додаткові дроти, якщо потрібно.

Примітка: Ми використовували індуктор на 33 мкг, оскільки він легко доступний у місцевих постачальників з поточним рейтингом 2,5 А. Також замість.22R ми використовували резистор.3R.

Розставивши компоненти, припаяйте компоненти на дошці Perf

Пайка завершена.

Тестування схеми Boost Converter

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 500 мА.
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 25 градусів Цельсія, де ми протестували схему.

На зображенні вище ми бачимо навантаження постійного струму. Це резистивне навантаження, і, як ми можемо бачити, 10шт резистори 1 Ом при паралельному підключенні є фактичним навантаженням, підключеним через MOSFET. Ми контролюватимемо затвор MOSFET і даватиме струму текти через резистори. Ці резистори перетворюють електричну потужність в тепло. Результат складається з 5% допуску. Крім того, ці результати навантаження включають споживання потужності самого навантаження, тому, коли воно не тягне навантаження, воно буде показувати за замовчуванням 70 мА струму навантаження. Ми будемо живити навантаження від іншого джерела живлення і перевіряти схему. Кінцевий вихід буде (результат - 70 мА ). Ми будемо використовувати мультиметри з режимом зондування струму та вимірювати струм. Оскільки лічильник послідовно відповідає навантаженню постійного струму, дисплей навантаження не дасть точного результату через падіння напруги шунтуючих резисторів у мультиметрах. Ми запишемо результат лічильника.

Нижче наведено наше тестове налаштування; ми підключили навантаження по ланцюгу, ми вимірюємо вихідний струм через регулятор наддуву, а також вихідну напругу його. Через підсилювальний перетворювач також підключений осцилограф, тому ми також можемо перевірити вихідну напругу. 18650 літієва батарея (1S2P - 3,7 4400mAh) забезпечує вхідна напруга.

Ми виводимо струм.48А або 480-70 = 410мА струму з виходу. Вихідна напруга 5,06 В.

На цьому етапі, якщо ми перевіримо від піку до піку пульсації в осцилографі. Ми бачимо вихідну хвилю, пульсація становить 260 мВ (pk-pk).

Ось докладний звіт про випробування

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

Ми змінили навантаження і чекали приблизно 3 хвилини на кожному етапі, щоб перевірити, чи є результати стабільними чи ні. Після навантаження 530mA (.53A) напруга значно впала. В інших випадках від 0 навантажень до 500 мА вихідна напруга падала.46В.

Тестування схеми за допомогою стендового джерела живлення

Оскільки ми не можемо контролювати напругу акумулятора, ми також використовували змінний блок живлення для перевірки вихідної напруги на мінімальній та максимальній вхідній напрузі (3,3-4,7 В), щоб перевірити, працює вона чи ні,

На наведеному вище зображенні блок живлення забезпечує вхідну напругу 3,3 В. На дисплеї навантаження відображається вихід 5,35 В при струмі струму 350 мА від імпульсного джерела живлення. Оскільки навантаження живиться від стендового джерела живлення, показ навантаження є неточним. Поточний результат втягування (347 мА) також складається з поточного витягу від стендового джерела живлення самим навантаженням. Навантаження подається за допомогою стендового джерела живлення (12 В / 60 мА). Отже, фактичний струм, який забирається з виходу MC34063, становить 347-60 = 287 мА.

Ми розрахували ефективність при 3,3 В, змінивши навантаження, ось результат

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

Тепер ми змінили напругу на 4,2 В. Ми отримуємо 5,41 В як вихід, коли ми малюємо 357 - 60 = 297 мА навантаження.

Ми також перевірили ефективність. Це трохи краще попереднього результату.

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

Споживання струму холостого ходу в ланцюзі реєструється 3,47 мА при будь-якому стані, коли навантаження дорівнює 0 .

Крім того, ми перевірили коротке замикання, спостерігалася нормальна робота. Після максимального порогу вихідного струму вихідна напруга стає значно нижчою і через певний час вона наближається до нуля.

У цій схемі можна зробити вдосконалення; для зменшення пульсацій на виході може бути використаний конденсатор з більшим значенням ESR. Також необхідне правильне проектування друкованих плат.