- IC MC34063
- Izračun vrednosti komponent za Boost Converter
- Shema vezja pretvornika Buck
- Zahtevane komponente
- Testiranje vezja pretvornika Buck
V prejšnji vadnici smo prikazali podrobno zasnovo Boost Converterja z uporabo MC34063, kjer je bil zasnovan 3.7V do 5V boost pretvornik. Tukaj vidimo, kako pretvoriti 12V v 5V. Ker vemo, da natančno 5V baterije niso vedno na voljo, včasih pa potrebujemo višjo in nižjo napetost hkrati za pogon različnih delov tokokroga, zato kot glavni vir energije uporabljamo vir z višjo napetostjo (12v) in to odstopimo napetost na nižjo napetost (5v), kjer je to potrebno. V ta namen se v številnih elektronskih aplikacijah uporablja vezje pretvornika Buck, ki zniža vhodno napetost v skladu z zahtevami glede obremenitve.
V tem segmentu je na voljo veliko možnosti; kot je razvidno iz prejšnje vadnice, je MC34063 eden najbolj priljubljenih stikalnih regulatorjev, ki so na voljo v takem segmentu. MC34063 je mogoče konfigurirati v treh načinih, Buck, Boost in Inverting. Konfiguracijo Buck bomo uporabili za pretvorbo 12V enosmernega vira v 5V enosmernega toka z izhodnim tokom 1A. Prej smo zgradili preprosto vezje pretvornika Buck z uporabo MOSFET-a; tukaj lahko preverite tudi veliko več uporabnih vezij močnostne elektronike.
IC MC34063
Diagram izrezov MC34063 je prikazan na spodnji sliki. Na levi strani je prikazan notranji krog MC34063, na drugi strani pa shema pinout.
MC34063 je 1. 5A Korak gor ali korak navzdol ali obračanjem regulatorja, zaradi DC pretvorbe napetosti lastnine, MC34063 je DC-DC pretvornik IC.
Ta IC v svojem 8-polnem paketu nudi naslednje funkcije -
- Referenca temperaturno kompenzirane
- Tokovno omejeno vezje
- Oscilator z nadzorovanim delovnim ciklom z aktivnim izhodnim stikalom gonilnika.
- Sprejmite 3.0V do 40V DC.
- Lahko deluje pri 100 KHz preklopni frekvenci z 2% toleranco.
- Zelo nizek tok v pripravljenosti
- Nastavljiva izhodna napetost
Kljub tem funkcijam je široko dostopen in je stroškovno učinkovitejši od drugih IC, ki so na voljo v takem segmentu.
V prejšnji vadnici smo z MC34063 oblikovali vezje za povečanje napetosti za povečanje napetosti 3,7 V litijeve baterije na 5,5 V, v tej vadnici bomo zasnovali pretvornik 12 V do 5 V Buck.
Izračun vrednosti komponent za Boost Converter
Če preverimo podatkovni list, lahko vidimo, da je prisoten celoten grafikon formule za izračun želenih vrednosti, ki jih zahteva naša zahteva. Tukaj je obrazec s podatki, ki je na voljo v obrazcu, prav tako pa je prikazano tudi povečevalno vezje.
Tu je shema brez vrednosti teh komponent, ki bo dodatno uporabljena pri MC34063.
Izračunali bomo vrednosti, ki so potrebne za naš načrt. Izračune lahko opravimo na podlagi formul v obrazcu ali pa uporabimo excel list, ki ga ponuja spletno mesto ON Semiconductor.
Tu je povezava do excelovega lista.
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063%20DWS.XLS
Koraki za izračun vrednosti teh komponent -
1. korak: - Najprej moramo izbrati diodo. Izbrali bomo široko dostopno diodo 1N5819. Kot je razvidno iz podatkovnega lista, bo pri napetosti 1A prednapetost diode 0,60 V.
2. korak: - Najprej izračunamo induktor in preklopni tok, kot bo potrebno za nadaljnji izračun. Naš povprečni induktorski tok bo najvišji induktorski tok. Torej, v našem primeru je induktorski tok:
IL (povprečno) = 1A
3. korak: - Zdaj je čas za valovalni tok induktorja. Tipična tuljava uporablja 20-40% povprečnega izhodnega toka. Torej, če izberemo valovit tok 30%, bo 1A * 30% = 0,30A
4. korak: - Najvišji tok preklopa bo IL (povprečno) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A
5. korak: - Izračunali bomo t ON / t OFF po spodnji formuli
Za to je naš Vout 5V, naprej napetost diode (Vf) pa 0,60V. Naša najnižja vhodna napetost Vin (min) je 12V, nasičena napetost pa 1V (1V v obrazcu). S tem, ko vse skupaj dobimo
(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Torej, t ON / t OFF =, 93uS
6. korak: - Zdaj bomo izračunali čas Ton + Toff po formuli Ton + Toff = 1 / f
Izbrali bomo nižjo preklopno frekvenco, 40Khz.
Torej, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us
7. korak: - Zdaj bomo izračunali Toffov čas. Kot smo izračunali Ton + Toff in Ton / Toff, bo izračun zdaj lažji,
8. korak: - Naslednji korak je izračun tone, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us
9. korak: - Izbrati moramo časovni kondenzator Ct, ki bo potreben za izdelavo želene frekvence.
Ct = 4,0 x10 -5 x ton = 4,0 x 10 -5 x 12,05uS = 482pF
10. korak: - Glede na te vrednosti bomo izračunali vrednost induktorja
11. korak: - Za tok 1A bo vrednost Rsc 0,3 / Ipk. Torej bo za našo zahtevo Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohmov
Korak 12: - Izračunajmo vrednosti izhodnega kondenzatorja, med izhodno močjo lahko izberemo vrednost valovanja 100 mV (od vrha do vrha).
Izbrali bomo 470uF, 25V. Več kondenzatorja bo uporabljeno, bolj valovanje se bo zmanjšalo.
Korak 13: - Na koncu moramo izračunati vrednost napetostnih povratnih uporov. Izbrali bomo vrednost R1 2k, torej bo vrednost R2 izračunana kot
Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) 5 = 1,25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6,2 k
Shema vezja pretvornika Buck
Torej po izračunu vseh vrednosti. Tu je posodobljena shema
Zahtevane komponente
- 2 nosni klimatski konektor za vhod in izhod
- 2k upor - 1 št
- 6,2k upor - 1 št
- 1N5819- 1 št
- 100uF, 25V in 359.37uF, 25V kondenzator (uporabljeno 470uF, 25V, izbrana vrednost) - po 1 nos.
- 62,87uH induktor, 1,5A 1 št. (Uporablja se 100uH 2,5A, takoj je bil na voljo na trgu)
- 482pF (uporabljeno 470pF) kondenzator iz keramičnega diska - 1 št
- 12V napajalna enota z nazivno močjo 1,5A.
- MC34063 preklopni regulator ic
- .26 ohmov upor (.3R, 2W uporabljen)
- 1 nos veroboard (lahko se uporabi pikčasto ali povezano vero).
- Spajkalnik
- Tlak za spajkanje in spajkanje žic.
- Po potrebi dodatne žice.
Po razporeditvi komponent jih spajkajte na ploščo Perf
Testiranje vezja pretvornika Buck
Pred testiranjem vezja potrebujemo spremenljive enosmerne obremenitve za črpanje toka iz enosmernega napajanja. V majhnem laboratoriju za elektroniko, kjer preizkušamo vezje, so testne tolerance veliko večje in zaradi tega le malo merilnih točnosti ni na višini.
Osciloskop je pravilno umerjen, toda umetni zvoki, EMI, RF lahko spremenijo tudi natančnost rezultatov testa. Multimeter ima tudi tolerance +/- 1%.
Tu bomo izmerili naslednje stvari
- Izhodno valovanje in napetost pri različnih obremenitvah do 1000mA. Preizkusite tudi izhodno napetost pri tej polni obremenitvi.
- Učinkovitost vezja.
- Poraba toka v prostem teku v vezju.
- Stanje kratkega stika vezja.
- Kaj se bo zgodilo, če bomo preobremenili izhod?
Ko smo testirali vezje, je naša sobna temperatura 26 stopinj Celzija.
Na zgornji sliki lahko vidimo enosmerno obremenitev. To je uporovna obremenitev in kot vidimo, deset ne. od 1 ohmskih uporov v vzporedni povezavi so dejanska obremenitev, ki je priključena preko MOS-FET-a. Nadzirali bomo vrata MOSFET-a in omogočili, da tok teče skozi upore. Ti upori pretvorijo električne moči v toploto. Rezultat je 5% toleranca. Ti rezultati obremenitve vključujejo tudi porabo moči samega bremena, tako da ko čez to ni priključen noben tovor in se napaja z zunanjim napajalnikom, bo prikazan privzeti 70 mA toka obremenitve. V našem primeru bomo obremenitev napajali iz zunanjega napajalnega sistema in testirali vezje. Končni izhod bo (rezultat - 70 mA).
Spodaj je naša testna nastavitev; na vezje smo priključili obremenitev, izmerimo izhodni tok preko regulatorja napetosti in njegovo izhodno napetost. Čez buck pretvornik je priključen tudi osciloskop, tako da lahko preverimo tudi izhodno napetost. Ponujamo 12V vhodne napetosti iz naše napajalne enote.
Risemo. 88A ali 952mA-70mA = 882mA toka z izhoda. Izhodna napetost je 5,15V.
Na tej točki, če v osciloskopu preverimo vrha do vrha valovanja. Vidimo izhodni val, valovanje je 60mV (pk-pk). Kar je dobro za 12V do 5V preklopni pretvornik.
Izhodno valovno izgleda takole:
Tu je časovni okvir izhodne valovne oblike. Je 500mV na oddelek in 500uS časovni okvir.
Tu je podrobno poročilo o preskusu
Čas (s) |
Obremenitev (mA) |
Napetost (V) |
Valovanje (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 |
Spremenili smo obremenitev in na vsakem koraku počakali približno 3 minute, da preverimo, ali so rezultati stabilni ali ne. Po obremenitvi 982 mA je napetost znatno padla. V drugih primerih je od 0 obremenitev do 940 mA padla izhodna napetost približno 0,22V, kar je pri polni obremenitvi precej dobra stabilnost. Po obremenitvi 982 mA se tudi izhodna napetost znatno zmanjša. Uporabili smo upor.3R, kjer je bil potreben.26R, zaradi česar lahko potegnemo 982mA toka obremenitve. MC34063 napajanje ne more zagotoviti ustrezno stabilnost pri polni 1A obremenitve, kot smo vajeni.3R namesto.26R. Toda 982mA je zelo blizu izhodu 1A. Uporabili smo tudi upore s 5% tolerancami, ki so najpogosteje na voljo na lokalnem trgu.
Izračunali smo izkoristek pri 12V fiksnem vhodu in s spreminjanjem obremenitve. Tu je rezultat
Vhodna napetost (V) |
Vhodni tok (A) |
Vhodna moč (W) |
Izhodna napetost (V) |
Izhodni tok (A) |
Izhodna moč (W) |
Učinkovitost (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 |
Kot lahko vidimo, je povprečna učinkovitost približno 75%, kar je v tej fazi dober izhod.
Poraba toka v prostem teku zabeleži 3,52 mA, ko je obremenitev 0.
Prav tako smo preverili kratek stik in v kratkem stiku opazujemo Normal.
Po pragu največjega izhodnega toka se izhodne napetosti znatno znižajo in po določenem času se približajo ničli.
To vezje je mogoče izboljšati; za zmanjšanje izhodnega valovanja lahko uporabimo kondenzator z višjo vrednostjo ESR. Prav tako je potrebno pravilno načrtovanje PCB.