- IC MC34063
- Boost Converter için Bileşenlerin Değerlerini Hesaplama
- Güç Dönüştürücü Devre Şeması
- Gerekli Bileşenler
- Takviye Dönüştürücü Devresinin Test Edilmesi
- Devrenin Tezgah Güç Kaynağı ile test edilmesi
Modern günlerde, Lityum piller elektronik dünyasını zenginleştiriyor. Çok hızlı şarj edilebilirler ve iyi yedekleme sağlarlar, bu da düşük üretim maliyetlerinin yanı sıra lityum pilleri taşınabilir cihazlar için en çok tercih edilen seçenek haline getirir. Tek hücreli bir lityum pil voltajı minimum 3,2 voltaj ile 4,2 V arasında değiştiğinden, 5V veya daha fazlasını gerektiren devrelere güç sağlamak zordur. Böyle bir durumda, voltajı giriş voltajından daha fazla yük gereksinimine göre artıracak bir Yükseltme Dönüştürücüsüne ihtiyacımız var.
Bu segmentte birçok seçenek mevcuttur; MC34063, bu segmentteki en popüler anahtarlama regülatörüdür. MCP34063 üç operasyon, yapılandırılabilir Buck, Boost ve evirmeyen. Boost regülatörü olarak MC34063'ü kullanıyoruz ve 3.7V lityum pil voltajını 500mA çıkış akımı özellikleriyle 5.5V'a yükselteceğiz. Gerilimi düşürmek için daha önce Buck Converter devresi inşa etmiştik; Ayrıca burada birçok ilginç güç elektroniği projesini 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:
- Sıcaklık kompanzasyonlu referans
- Akım sınırlama devresi
- Aktif bir yüksek akım sürücü çıkış anahtarına sahip Kontrollü Görev döngüsü osilatörü.
- 3.0V ila 40V DC'yi kabul edin.
- % 2 toleransla 100 KHz anahtarlama frekansında çalıştırılabilir.
- Çok düşük Bekleme akımı
- Ayarlanabilir çıkış voltajı
Ayrıca, bu özelliklere rağmen, yaygın olarak mevcuttur ve bu segmentte bulunan diğer IC'lerden çok daha uygun maliyetlidir.
En bizim tasarlayalim MC34063 kullanılarak artırmalı devreyi 5.5V ile 3.7V Lityum batarya voltajını artırmak için.
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.
Şimdi 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: - Formülü kullanarak hesaplayacağız
Bunun için Vout'umuz 5.5V, Diyotun ileri voltajı (Vf) 0.60V'tur. Minimum Gerilim Vin (min), tek hücreli bir pilden kabul edilebilir en düşük voltaj olduğundan 3.2V'dir. Çıkış anahtarının (Vsat) doyma gerilimi için ise 1V (veri sayfasında 1V). Tüm bunları bir araya getirerek
(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Yani, t AÇIK / t KAPALI = 1,31
Adım 3: - Hayır, Ton + Toff = 1 / f formülüne göre Ton + Toff süresini hesaplayacağız.
Daha düşük anahtarlama frekansı 50 Khz seçeceğiz.
Yani Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Yani Ton + Toff'umuz 20uS
Adım 4: - Şimdi T off süresini hesaplayacağız.
T kapalı = (T açık + T kapalı / (T açık / T kapalı) +1)
Ton + Toff ve Ton / Toff'u daha önce hesapladığımız için, hesaplama şimdi daha kolay olacak, Toff = 20us / 1.31 + 1 = 8.65us
Adım 5: - Şimdi bir sonraki adım Ton'u hesaplamaktır, T açık = (T açık + T kapalı) - T kapalı = 20us - 8.65us = 11.35us
Adım 6: - İstenilen frekansı üretmek için gerekli olan Kapasitör Ct zamanlamasını seçmemiz gerekecek. Ct = 4,0 x 10-5 x Ton = 4,0 x 10-5 x 11,35uS = 454pF
Adım 7: - Şimdi Ortalama İndüktör akımını hesaplamamız gerekiyor veya
IL (ort.). IL (ortalama) = Iout (maks.) X ((T açık / T kapalı) +1)
Maksimum çıkış akımımız 500mA olacaktır. Dolayısıyla, ortalama İndüktör akımı.5A x (1.31 + 1) = 1.15A olacaktır.
Adım 8: - Şimdi indüktörün dalgalanma akımı zamanı. Tipik bir indüktör, Ortalama çıkış akımının% 20-40'ını kullanır. Yani, indüktör dalgalanma akımını% 30 seçersek, 1,15 *% 30 = 0,34A olacaktır.
Adım 9: - Anahtarlama tepe akımı IL (ort) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A olacaktır.
Adım 10: - Bu değerlere bağlı olarak İndüktör değerini hesaplayacağız
Adım 11: - 500mA akımı için, Rsc değeri 0.3 / Ipk olacaktır. Yani, gereksinimimiz için Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohm olacaktır.
Adım 12: - Çıkış kondansatör değerlerini hesaplayalım
Güçlendirme çıkışından 250mV'luk (tepeden tepeye) bir dalgalanma değeri seçebiliriz.
Yani, Cout = 9 * (0.5 * 11.35us / 0.25) = 204.3uF
220uF, 12V seçeceğiz . Ne kadar çok kondansatör kullanılacaksa dalgalanma o kadar azalacaktır.
Adım 13: - Son olarak voltaj geri besleme dirençlerinin değerini hesaplamamız gerekiyor. Vout = 1.25 (1 + R2 / R1)
R1 değerini 2k seçeceğiz, Yani R2 değeri 5.5 = 1.25 (1 + R2 / 2k) = 6.8k olacaktır.
Tüm değerleri hesapladık. Son şema aşağıdadır:
Güç Dönüştürücü Devre Şeması
Gerekli Bileşenler
- Giriş ve çıkış için rölatif konektör - 2 adet
- 2k direnç - 1 adet
- 6.8k direnç - 1 adet
- 1N5819 - 1nos
- 100uF, 12V ve 194.94uF, 12V kondansatör (220uF, 12V kullanılır, yakın değer seçili) her biri 1 adet
- 18.91uH indüktör, 1.5A - 1 no. (33uH 2.5A kullanıldı, bizim yerimizde kolayca bulunabiliyordu)
- 454pF (470pF kullanılmış) seramik disk kondansatör 1 adet
- 1 Lityum iyon veya Lityum polimer pil Gerekli projelerdeki yedeklemeyle ilgili sorun için pil kapasitesine bağlı olarak tek hücreli veya paralel hücre.
- MC34063 anahtarlama regülatörü IC
- .24ohms direnç (.3R, 2W kullanılmış)
- 1 adet Veroboard (noktalı veya bağlantılı vero kullanılabilir).
- Havya
- Lehimleme Akısı ve Lehimleme telleri.
- Gerekirse ek kablolar.
Not: Yerel satıcılarda 2.5A akım derecelendirmesine sahip olduğu için 33uh indüktör kullandık. Ayrıca .22R yerine.3R direnci kullandık.
Bileşenleri düzenledikten sonra, bileşenleri Perf kart üzerinde lehimleyin
Lehimleme tamamlandı.
Takviye Dönüştürücü Devresinin Test Edilmesi
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
- 500mA'ya kadar çeşitli yüklerde çıkış dalgası ve voltajı
- Devrenin verimliliği.
- Devrenin boşta akım tüketimi.
- Devrenin kısa devre durumu.
- Ayrıca, çıktıyı aşırı yüklersek ne olur?
Devreyi test ettiğimiz oda sıcaklığımız 25 santigrat derece.
Yukarıdaki görselde DC yükünü görebiliriz. Bu dirençli bir yüktür ve görebildiğimiz gibi, paralel bağlantıdaki 10 adet 1 ohm direnç, bir MOSFET'e bağlı gerçek yüktür, MOSFET geçidini kontrol edeceğiz ve akımın dirençlerden geçmesine izin vereceğiz. Bu dirençler elektrik güçlerini ısıya dönüştürür. Sonuç% 5 toleranstır. Ayrıca bu yük sonuçları, yükün kendisinin güç çekişini içerir, bu nedenle hiçbir yük çekilmediğinde, varsayılan 70mA yük akımı gösterecektir. Yükü başka bir güç kaynağından besleyip devreyi test edeceğiz. Nihai çıktı (Sonuç - 70mA ) olacaktır. Mevcut algılama modu ile multimetre kullanacağız ve akımı ölçeceğiz. Sayaç, dc yük ile seri olduğundan, multimetrenin içindeki şönt direnç voltaj düşüşü nedeniyle yük ekranı kesin sonucu sağlamayacaktır. Sayacın sonucunu kaydedeceğiz.
Test kurulumumuz aşağıdadır; Yükü devreye bağladık, güçlendirme regülatöründeki çıkış akımını ve bunun çıkış voltajını ölçüyoruz. Yükseltici dönüştürücüye bir osiloskop da bağlanır, böylece çıkış voltajını da kontrol edebiliriz. Bir 18650 lityum pil (1S2P - 3.7V 4400mAh) giriş voltajını temin edilir.
Çıkıştan.48A veya 480-70 = 410mA akım çekiyoruz. Çıkış voltajı 5.06V'dir.
Bu noktada, osiloskopta tepeden tepeye dalgalanmayı kontrol edersek. Çıkış dalgasını görebiliriz, dalgalanma 260mV (pk-pk).
İşte ayrıntılı test raporu
Zaman (saniye) |
Yük (mA) |
Gerilim (V) |
Dalgalanma (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 |
Yükü değiştirdik ve sonuçların stabil olup olmadığını kontrol etmek için her adımda yaklaşık 3 dakika bekledik. 530mA (.53A) yükten sonra voltaj önemli ölçüde düştü. 0 yükten 500mA'ya kadar diğer durumlarda çıkış voltajı 0,46V düştü.
Devrenin Tezgah Güç Kaynağı ile test edilmesi
Akü voltajını kontrol edemediğimiz için, çalışıp çalışmadığını kontrol etmek için minimum ve maksimum giriş voltajındaki (3.3-4.7V) çıkış voltajını kontrol etmek için değişken bir tezgah güç kaynağı ünitesi de kullandık.
Yukarıdaki görüntü tezgahında güç kaynağı 3.3V giriş voltajı sağlar. Yük ekranı, anahtarlama güç kaynağından çekilen 350mA akımda 5,35V çıkış gösteriyor. Yük, tezgah güç kaynağından beslendiğinden, yük ekranı doğru değildir. Akım çekme sonucu (347mA) ayrıca yükün kendisi tarafından tezgah güç kaynağından çekilen akımdan oluşur. Yük, tezgah güç kaynağı (12V / 60mA) kullanılarak çalıştırılır. Dolayısıyla, MC34063 çıkışından çekilen gerçek akım 347-60 = 287mA'dır.
3.3V'deki verimi yükü değiştirerek hesapladık, işte sonuç
Giriş Voltajı (V) |
Giriş Akımı (A) |
Giriş Gücü (W) |
Çıkış Voltajı (V) |
Çıkış Akımı (A) |
Çıkış Gücü (W) |
Verimlilik (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 |
Şimdi voltajı 4.2V girişine değiştirdik. 357 - 60 = 297mA yük çektiğimizde çıktı olarak 5.41V elde ediyoruz.
Verimliliği de test ettik. Önceki sonuçtan biraz daha iyi.
Giriş Voltajı (V) |
Giriş Akımı (A) |
Giriş Gücü (W) |
Çıkış Voltajı (V) |
Çıkış Akımı (A) |
Çıkış Gücü (W) |
Verimlilik |
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 |
Devrenin boşta akım tüketimi, yük 0 olduğunda her koşulda 3.47mA olarak kaydedilir .
Ayrıca kısa devre kontrolü yaptık, Normal çalışma gözlemlendi. Maksimum çıkış akımı eşiğinden sonra çıkış voltajı önemli ölçüde düşer ve belirli bir süre sonra sıfıra yaklaşır.
Bu devrede iyileştirmeler yapılabilir; Çıkış dalgalanmasını azaltmak için düşük ESR daha yüksek değerli bir kapasitör kullanılabilir. Ayrıca uygun PCB tasarımı da gereklidir.