- IC MC34063
- Izračun vrednosti komponent za Boost Converter
- Diagram povezovalnega pretvornika
- Zahtevane komponente
- Preizkušanje vezja pretvornika ojačevalnika
- Testiranje vezja z bencinskim napajanjem
V sodobnem času litijeve baterije bogatijo elektronski svet. Polnijo se lahko zelo hitro in zagotavljajo dobro varnostno kopijo, zaradi česar so litijeve baterije najprimernejša izbira za prenosne naprave. Ker je enocelična litijeva baterija napetost v razponu od najmanj 3,2 napetosti do 4,2 V, je težko napajati tista vezja, ki potrebujejo 5 V ali več. V takem primeru potrebujemo pretvornik Boost, ki bo povečal napetost glede na zahtevo obremenitve, več kot je vhodna napetost.
V tem segmentu je na voljo veliko možnosti; MC34063 je najbolj priljubljen preklopni regulator v takem segmentu. MCP34063 je mogoče konfigurirati v treh operacijah, Buck, Boost in Inverting. Kot preklopni regulator ojačevanja uporabljamo MC34063, ki bo z napetostjo izhodnega toka 500 mA povečal napetost 3,7 V litijeve baterije na 5,5 V. Predhodno smo zgradili vezje Buck Converter za znižanje napetosti; tukaj lahko preverite tudi številne zanimive projekte močne 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.
Oblikujmo naše povečevalno vezje z uporabo MC34063 za povečanje napetosti 3,7 V litijeve baterije na 5,5 V.
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.
Zdaj bomo izračunali 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: - Izračunali bomo s pomočjo formule
Za to je naš Vout 5,5 V, naprej napetost diode (Vf) pa 0,60 V. Najnižja napetost Vin (min) je 3,2 V, saj je to najnižja sprejemljiva napetost enocelične baterije. In za nasičeno napetost izhodnega stikala (Vsat) je 1V (1V v obrazcu). S tem, ko vse skupaj dobimo
(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Torej, t ON / t OFF = 1,31
3. korak: - Ne, izračunali bomo čas Ton + Toff po formuli Ton + Toff = 1 / f
Izbrali bomo nižjo preklopno frekvenco, 50Khz.
Torej, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Torej je naša Ton + Toff 20uS
4. korak: - Zdaj bomo izračunali čas izklopa T.
T izklop = (T vklop + T izklop / (T vklop / T izklop) +1)
Kot smo izračunali Ton + Toff in Ton / Toff, bo izračun zdaj lažji, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us
5. korak: - Naslednji korak je izračun tone, T vklop = (T vklop + T izklop) - T izklop = 20us - 8,65us = 11,35us
6. korak: - Izbrati moramo časovni kondenzator Ct, ki bo potreben za izdelavo želene frekvence. Ct = 4,0 x 10 -5 x ton = 4,0 x 10 -5 x 11,35uS = 454pF
7. korak: - Zdaj moramo izračunati povprečni tok induktorja oz
IL (povprečno). IL (povprečno) = Iout (max) x ((T vklop / izklop) +1)
Naš največji izhodni tok bo 500mA. Torej bo povprečni tok induktorja 0,5 A x (1,31 + 1) = 1,15 A.
8. korak: - Zdaj je čas za valovalni tok induktorja. Tipična tuljava uporablja 20-40% povprečnega izhodnega toka. Torej, če izberemo valovni tok induktorja 30%, bo to 1,15 * 30% = 0,34A
9. korak: - Preklopni maksimalni tok bo IL (povprečno) + Iripple / 2 = 1,15 +.34 / 2 = 1,32A
10. korak: - Glede na te vrednosti bomo izračunali vrednost induktorja
11. korak: - Za tok 500 mA bo vrednost Rsc 0,3 / Ipk. Torej bo za našo zahtevo Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohm
12. korak: - Izračunajmo vrednosti izhodnega kondenzatorja
Med izhodno močjo lahko izberemo vrednost valovanja 250mV (od vrha do vrha).
Torej, Cout = 9 * (0,5 * 11,35us / 0,25) = 204,3uF
Izbrali bomo 220uF, 12V . Več kondenzatorja bo uporabljeno, več valovanja se bo zmanjšalo.
Korak 13: - Na koncu moramo izračunati vrednost napetostnih povratnih uporov. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)
Izbrali bomo vrednost R1 2k, torej bo vrednost R2 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k
Izračunali smo vse vrednosti. Torej spodaj je končna shema:
Diagram povezovalnega pretvornika
Zahtevane komponente
- Resnični konektor za vhod in izhod - 2 št
- 2k upor - 1 št
- 6.8k upor - 1 št
- 1N5819- 1nos
- 100uF, 12V in 194.94uF, 12V kondenzator (uporablja se 220uF, 12V, izbrana vrednost blizu) po 1 št.
- 18,91uH induktor, 1,5A - 1 št. (Uporabljen je 33uH 2,5A, takoj je bil na voljo pri nas)
- 454pF (uporabljeno 470pF) keramični kondenzator 1 št
- 1 Litij-ionska ali litij-polimerna baterija Ena celica ali vzporedna celica, odvisno od kapacitete baterije za varnostno kopiranje v zahtevanih projektih.
- MC34063 stikalni regulator IC
- .24ohms 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.
Opomba: Uporabili smo 33uh induktor, saj je na voljo enostavno pri lokalnih prodajalcih s trenutno močjo 2,5A. Prav tako smo namesto tega uporabili.3R upor.22R.
Po razporeditvi komponent jih spajkajte na ploščo Perf
Spajkanje je končano.
Preizkušanje vezja pretvornika ojačevalnika
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 500mA.
- Učinkovitost vezja.
- Poraba toka v prostem teku v vezju.
- Stanje kratkega stika vezja.
- Kaj se bo zgodilo, če bomo preobremenili izhod?
Naša sobna temperatura je 25 stopinj Celzija, kjer smo preizkusili vezje.
Na zgornji sliki lahko vidimo enosmerno obremenitev. To je uporovna obremenitev in kot vidimo, so 10-uporovni ohmski upori v vzporedni povezavi dejanska obremenitev, povezana prek MOSFET-a. Nadzirali bomo vrata MOSFET-a in omogočili tok skozi upor. Ti upori pretvorijo električne moči v toploto. Rezultat je 5% toleranca. Ti rezultati obremenitve vključujejo tudi porabo moči samega bremena, tako da ko ta ne vleče nobenega tovora, bo prikazan privzeti tok 70 mA tovora. Tovor bomo napajali iz drugega napajalnika in testirali vezje. Končni izhod bo (rezultat - 70 mA ). Uporabili bomo multimetre s trenutnim načinom zaznavanja in izmerili tok. Ker je merilnik zaporedno z enosmerno napetostjo, prikaz obremenitve ne bo zagotovil natančnega rezultata zaradi padca napetosti ranžirnih uporov znotraj multimetrov. Zapisali bomo rezultat števca.
Spodaj je naša testna nastavitev; na tokokrog smo priključili obremenitev, merimo izhodni tok preko regulatorja polnjenja in njegovo izhodno napetost. Čez ojačevalni pretvornik je priključen tudi osciloskop, tako da lahko preverimo tudi izhodno napetost. 18.650 litijeve baterije (1S2P - 3.7V 4400mAh) zagotavlja vhodne napetosti.
Iz izhoda črpamo.48A ali 480-70 = 410mA toka. Izhodna napetost je 5,06V.
Na tej točki, če v osciloskopu preverimo valovanje do vrha. Vidimo izhodni val, valovanje je 260mV (pk-pk).
Tu je podrobno poročilo o preskusu
Čas (s) |
Obremenitev (mA) |
Napetost (V) |
Valovanje (pp) (mV) |
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 |
Spremenili smo obremenitev in na vsakem koraku čakali približno 3 minute, da preverimo, ali so rezultati stabilni ali ne. Po obremenitvi 530mA (.53A) je napetost znatno padla. V drugih primerih je od 0 obremenitev do 500 mA izhodna napetost padla.46V.
Testiranje vezja z bencinskim napajanjem
Ker ne moremo nadzorovati napetosti akumulatorja, smo tudi s spremenljivo napajalno enoto za preverjanje izhodne napetosti na najmanjši in največji vhodni napetosti (3,3-4,7 V) preverili, ali deluje ali ne,
Na zgornji sliki napajalnik zagotavlja vhodno napetost 3,3 V. Na prikazovalniku obremenitve je prikazano 5,35 V izhodne napetosti 350 mA iz stikalnega napajanja. Ker se obremenitev napaja iz napajalnega sistema, prikaz obremenitve ni natančen. Trenutni rezultat vlečenja (347mA) vključuje tudi trenutni izvlek iz napajalne mize s strani obremenitve. Obremenitev se napaja s pomočjo napajalne napetosti (12V / 60mA). Torej je dejanski tok, ki se črpa iz izhoda MC34063, 347-60 = 287mA.
Izračun smo izračunali pri 3,3 V s spreminjanjem obremenitve, tukaj je rezultat
Vhodna napetost (V) |
Vhodni tok (A) |
Vhodna moč (W) |
Izhodna napetost (V) |
Izhodni tok (A) |
Izhodna moč (W) |
Učinkovitost (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 |
Zdaj smo spremenili napetost na vhod 4,2V. Ko izvlečemo 357 - 60 = 297 mA obremenitve, dobimo kot izhod 5,41 V.
Preizkusili smo tudi učinkovitost. Je nekoliko boljši od prejšnjega rezultata.
Vhodna napetost (V) |
Vhodni tok (A) |
Vhodna moč (W) |
Izhodna napetost (V) |
Izhodni tok (A) |
Izhodna moč (W) |
Učinkovitost |
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 |
Poraba toka v prostem teku je zabeležena 3,47 mA v vseh pogojih, ko je obremenitev 0 .
Preverili smo tudi kratek stik, opaženo normalno delovanje. Po pragu največjega izhodnega toka se izhodna napetost bistveno zmanjša in po določenem času se približa ničli.
To vezje je mogoče izboljšati; za zmanjšanje izhodnega valovanja lahko uporabimo kondenzator z višjo vrednostjo ESR. Potrebno je tudi pravilno načrtovanje PCB.