MC34063 kullanarak 12V - 5V kova dönüştürücü devresi

Önceki eğitimde, 3.7V - 5V arası bir yükseltme dönüştürücünün tasarlandığı MC34063 kullanarak Boost Converter'ın ayrıntılı tasarımını gösterdik. Burada 12V'yi 5V'ye nasıl dönüştürebileceğimizi görüyoruz. Kesin 5V pillerin her zaman mevcut olmadığını bildiğimizden ve bazen devrenin farklı parçalarını sürmek için aynı anda daha yüksek voltaj ve daha düşük voltaja ihtiyacımız olduğundan, ana güç kaynağı olarak daha yüksek voltaj (12v) kaynağı kullanıyoruz ve bunu düşürüyoruz. Gerektiğinde daha düşük voltaj (5v) için voltaj. Bu amaçla, birçok elektronik uygulamada yük gereksinimine göre giriş voltajını düşüren bir Buck Dönüştürücü Devresi kullanılır.

Bu segmentte birçok seçenek mevcuttur; önceki eğitimde görüldüğü gibi, MC34063 bu tür segmentte bulunan en popüler anahtarlama düzenleyicilerinden biridir. MC34063 üç modunda, yapılandırılabilir Buck, Boost, ve ters çevirme. Buck yapılandırmasını, 12V DC kaynağını 1A çıkış akımı özelliği ile 5V DC'ye dönüştürmek için kullanacağız. Daha önce MOSFET kullanarak basit Buck Converter devresi oluşturmuştuk; Ayrıca burada daha birçok kullanışlı güç elektroniği devrelerini de kontrol edebilirsiniz.

IC MC34063

MC34063 pinout diyagramı aşağıdaki resimde gösterilmiştir. Sol tarafta MC34063'ün dahili devresi, diğer tarafta ise pim şeması gösterilir.

MC34063 bir 1'dir. Şekil 5A Aşama kadar ya da adım aşağı ya da tersini regülatörü bağlı DC gerilim dönüştürme özelliğine, MC34063 IC transformatörünün bir DC-DC.

Bu IC, 8 pinli paketinde aşağıdaki özellikleri sağlar:

1. Sıcaklık kompanzasyonlu referans
2. Akım sınırlama devresi
3. Aktif bir yüksek akım sürücü çıkış anahtarına sahip Kontrollü Görev döngüsü osilatörü.
4. 3.0V ila 40V DC'yi kabul edin.
5. % 2 toleransla 100 KHz anahtarlama frekansında çalıştırılabilir.
6. Çok düşük Bekleme akımı
7. Ayarlanabilir çıkış voltajı

Ayrıca, bu özelliklere rağmen, yaygın olarak mevcuttur ve bu segmentte bulunan diğer IC'lerden çok daha uygun maliyetlidir.

Önceki eğitimde, 3.7V Lityum pil voltajını 5.5V'a yükseltmek için MC34063 kullanarak voltaj yükseltme devresi tasarladık, bu eğitimde 12V - 5V Buck dönüştürücü tasarlayacağız.

Boost Converter için Bileşenlerin Değerlerini Hesaplama

Veri sayfasını kontrol edersek, ihtiyacımıza göre istenen değerleri hesaplamak için tam formül tablosunun mevcut olduğunu görebiliriz. Veri sayfasının içinde bulunan formül sayfası ve yükseltme devresi de gösterilmektedir.

İşte bu bileşenlerin değeri olmaksızın şematik ile ek olarak kullanılacak MC34063.

Tasarımımız için gerekli olan değerleri hesaplayacağız. Hesaplamaları veri sayfasında verilen formüllerden yapabilir veya ON Semiconductor'ın web sitesi tarafından sağlanan excel sayfasını kullanabiliriz.

İşte excel sayfasının bağlantısı.

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

Bu bileşenlerin değerlerini hesaplama adımları-

Adım 1: - Önce Diyot'u seçmemiz gerekiyor. Yaygın olarak bulunan 1N5819 diyotunu seçeceğiz. Veri sayfasına göre, 1A ileri akımda diyotun ileri voltajı 0,60 V olacaktır.

Adım 2: - Daha fazla hesaplama için gerekli olacağından, önce indüktörü ve anahtarlama akımını hesaplıyoruz. Ortalama İndüktör akımımız tepe indüktör akımı olacaktır. Yani, bizim durumumuzda İndüktör akımı:

IL (ortalama) = 1A

Adım 3: - Şimdi indüktörün dalgalanma akımı zamanı. Tipik bir indüktör, Ortalama çıkış akımının% 20-40'ını kullanır. Yani, indüktör dalgalanma akımını% 30 seçersek, 1A *% 30 = 0.30A olacaktır.

Adım 4: - Anahtarlama tepe akımı IL (ortalama) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A olacaktır.

Adım 5: - Aşağıdaki formülü kullanarak t _AÇIK / t _KAPALI değerini hesaplayacağız

Bunun için Vout'umuz 5V ve diyotun (Vf) ileri voltajı 0.60V'tur. Minimum giriş voltajımız Vin (min) 12V ve doygunluk voltajı 1V (veri sayfasında 1V). Tüm bunları bir araya getirerek

(5 + 0.60) / (12-1-5) = 0.93 Yani, t _AÇIK / t _KAPALI = .93uS

Adım 6: - Şimdi Ton + Toff = 1 / f formülüne göre Ton + Toff süresini hesaplayacağız.

Daha düşük bir anahtarlama frekansı, 40Khz seçeceğiz.

Yani, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Adım 7: - Şimdi Toff süresini hesaplayacağız. Biz hesaplandığı gibi Ton + Toff ve Ton / Toff önce, hesaplama artık daha kolay olacak,

Adım 8: - Şimdi bir sonraki adım Ton'u hesaplamaktır, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Adım 9: - İstenilen frekansı üretmek için gerekli olan Kapasitör Ct zamanlamasını seçmemiz gerekiyor.

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

Adım 10: - Bu değerlere bağlı olarak İndüktör değerini hesaplayacağız

Adım 11: - 1A akımı için, Rsc değeri 0.3 / Ipk olacaktır. Yani, gereksinimimiz için Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohm olacaktır.

Adım 12: - Çıkış kapasitör değerlerini hesaplayalım, boost çıkışından 100mV (tepeden tepeye) dalgalanma değeri seçebiliriz.

470uF, 25V seçeceğiz . Ne kadar çok kondansatör kullanılacaksa dalgalanma o kadar azalacaktır.

Adım 13: - Son olarak voltaj geri besleme dirençlerinin değerini hesaplamamız gerekiyor. R1 değerini 2k seçeceğiz, Yani R2 değeri şu şekilde hesaplanacak

Vout = 1.25 (1 + R2 / R1) 5 = 1.25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6.2k

Buck Dönüştürücü Devre Şeması

Yani tüm değerleri hesapladıktan sonra. İşte güncellenmiş şematik

Gerekli bileşenler

1. Giriş ve çıkış için 2 adet relimat konektörü
2. 2k direnç - 1 adet
3. 6.2k direnç - 1 adet
4. 1N5819-1 adet
5. 100uF, 25V ve 359.37uF, 25V kapasitör (470uF, 25V kullanıldı, yakın değer seçildi) - her biri 1 adet
6. 62.87uH indüktör, 1.5A 1 no. (100uH 2.5A kullanıldı, piyasada kolayca bulunabiliyordu)
7. 482pF (470pF kullanılmış) seramik disk kondansatör - 1 adet
8. 1.5A Dereceli 12V Güç Kaynağı ünitesi.
9. MC34063 anahtarlama regülatörü ic
10. .26ohm direnç (.3R, 2W kullanılmış)
11. 1 adet veroboard (noktalı veya bağlantılı vero kullanılabilir).
12. Havya
13. Lehimleme Akısı ve Lehimleme telleri.
14. Gerekirse ek kablolar.

Bileşenleri düzenledikten sonra, bileşenleri Perf kart üzerinde lehimleyin

Buck Dönüştürücü Devresini Test Etme

Devreyi test etmeden önce, akımı DC güç kaynağından çekmek için değişken DC yüklerine ihtiyacımız var. Devreyi test ettiğimiz küçük elektronik laboratuvarında, test toleransları çok daha yüksektir ve bu nedenle çok az ölçüm doğruluğu işarete kadar çıkmaz.

Osiloskop uygun şekilde kalibre edilmiştir ancak yapay gürültüler, EMI, RF de test sonucunun doğruluğunu değiştirebilir. Ayrıca Multimetrenin +/-% 1 toleransı vardır.

Burada aşağıdaki şeyleri ölçeceğiz

1. 1000mA'ya kadar çeşitli yüklerde çıkış dalgalanması ve voltajı. Ayrıca, bu tam yükte çıkış voltajını test edin.
2. Devrenin verimliliği.
3. Devrenin boşta akım tüketimi.
4. Devrenin kısa devre durumu.
5. Ayrıca, çıktıyı aşırı yüklersek ne olur?

Devreyi test ettiğimizde oda sıcaklığımız 26 santigrat derece.

Gelen Yukarıdaki resimde, biz DC yükü görebilirsiniz. Bu dirençli bir yük ve gördüğümüz gibi, on hayır. Paralel bağlantıdaki 1 ohm'luk dirençler, bir MOS-FET'e bağlanan gerçek yüktür, MOSFET geçidini kontrol edeceğiz ve akımın dirençlerden geçmesine izin vereceğiz. Bu dirençler elektrik güçlerini ısıya dönüştürür. Sonuç% 5 toleranstan oluşur. Ayrıca, bu yük sonuçları, yükün kendi güç çekişini de içerir, bu nedenle hiçbir yük bağlanmadığında ve harici bir güç kaynağı kullanılarak çalıştırıldığında, varsayılan olarak 70mA yük akımı gösterecektir. Bizim durumumuzda, yükü harici tezgah güç kaynağından besleyeceğiz ve devreyi test edeceğiz. Nihai çıktı (Sonuç - 70mA) olacaktır.

Test kurulumumuz aşağıdadır; yükü devreye bağladık, buck regülatöründeki çıkış akımını ve çıkış voltajını ölçüyoruz. Kova dönüştürücüsüne bir osiloskop da bağlanır, böylece çıkış voltajını da kontrol edebiliriz. Tezgah üstü güç kaynağı ünitemizden 12V giriş sağlıyoruz.

Çiziyoruz. 88A veya 952mA-70mA = 882mA çıkıştan akım. Çıkış voltajı 5,15V'dir.

Bu noktada, osiloskopta tepeden tepeye dalgalanmayı kontrol edersek. Çıkış dalgasını görebiliriz, dalgalanma 60mV (pk-pk). 12V - 5V Anahtarlamalı dönüştürücü için iyi olan.

Çıkış dalga gibidir:

İşte çıkış dalga formunun zaman çerçevesi. Bu ise 500mV bölünmesi ve her 500US süre.

İşte ayrıntılı test raporu

Zaman (saniye)	Yük (mA)	Gerilim (V)	Dalgalanma (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

Yükü değiştirdik ve sonuçların stabil olup olmadığını kontrol etmek için her adımda yaklaşık 3 dakika bekledik. Sonra 982mA yük gerilimi önemli ölçüde düştü. 0 yükten 940 mA'ya kadar olan diğer durumlarda, düşen çıkış voltajı yaklaşık 0,02 V idi ve bu tam yükte oldukça iyi bir stabilite. Ayrıca, bu 982mA yükten sonra, çıkış voltajı önemli ölçüde düşer. 26R'nin gerekli olduğu yerlerde.3R direnci kullandık, bundan dolayı 982mA yük akımı çekebiliriz. MC34063 güç kaynağı biz.26R yerine.3R kullanıldığı gibi tam 1A yükte uygun stabilite sağlayamamaktadır. Ancak 982mA, 1A çıkışına çok yakındır. Ayrıca, yerel pazarda en yaygın olarak bulunan% 5 toleranslı dirençler kullandık.

Verimliliği 12V sabit girişte ve yükü değiştirerek hesapladık. İşte sonuç

Giriş Voltajı (V)	Giriş Akımı (A)	Giriş Gücü (W)	Çıkış Voltajı (V)	Çıkış Akımı (A)	Çıkış Gücü (W)	Verimlilik (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

Gördüğümüz gibi ortalama verimlilik % 75 civarında ki bu bu aşamada iyi bir çıktı.

Devrenin boşta akım tüketimi, yük 0 iken 3,52mA olarak kaydedilir .

Ayrıca kısa devre kontrolü yaptık ve kısa devrede Normal gözlemledik.

Maksimum çıkış akımı eşiğinin ardından çıkış voltajları önemli ölçüde düşer ve belirli bir süre sonra sıfıra yaklaşır.

Bu devrede iyileştirmeler yapılabilir; çıkış dalgalanmasını azaltmak için düşük ESR yüksek değerli kapasitör kullanabiliriz. Ayrıca uygun PCB tasarımı da gereklidir.