- IC MC34063
- Komponenttien Boost Converter -arvojen laskeminen
- Buck Converter -piirikaavio
- Vaaditut komponentit
- Buck Converter -piirin testaus
Edellisessä opetusohjelmassa esiteltiin Boost Converterin yksityiskohtainen suunnittelu MC34063: lla, jossa suunniteltiin 3,7 V - 5 V tehonmuunnin. Täällä näemme kuinka muuntaa 12V 5V: ksi. Koska tiedämme, että tarkkoja 5 V: n paristoja ei ole aina saatavilla, ja joskus tarvitsemme suurempaa jännitettä ja matalampaa jännitettä samanaikaisesti piirin eri osien ajamiseksi, joten käytämme päävirtalähteenä suurempaa jännitettä (12 V) ja lähdemme tästä jännite matalammalle jännitteelle (5v) aina, kun sitä tarvitaan. Tätä tarkoitusta varten monissa elektroniikkasovelluksissa käytetään Buck Converter -piiriä, joka laskee tulojännitteen kuormitusvaatimuksen mukaisesti.
Tässä segmentissä on paljon valintoja; kuten edellisestä opetusohjelmasta nähdään, MC34063 on yksi suosituimmista kytkentäsäätimistä, jotka ovat saatavilla tällaisessa segmentissä. MC34063 voidaan määrittää kolmessa tilassa, Buck, Boost ja Inverting. Käytämme Buck-kokoonpanoa 12 V DC-lähteen muuntamiseen 5 V DC: ksi 1A: n lähtövirralla. Olemme aiemmin rakentaneet yksinkertaisen Buck Converter -piirin MOSFET: n avulla; voit myös tarkistaa monia muita hyödyllisiä tehoelektroniikkapiirejä täältä.
IC MC34063
MC34063 kiinnityskaavio on esitetty alla olevassa kuvassa. Vasemmalla puolella on MC34063: n sisäinen piiri ja toisella puolella pinout-kaavio.
MC34063 on 1. 5A Vaihe ylös tai askel alas tai kääntämällä säädin, koska DC-jännitteen muuntaminen ominaisuus, MC34063 on DC-DC-muunnin IC.
Tämä IC tarjoaa seuraavat ominaisuudet 8-nastaisessa paketissaan:
- Lämpötilakompensoitu vertailu
- Virran rajapiiri
- Ohjattu käyttöjaksooskillaattori aktiivisella suurivirtaohjaimen lähtökytkimellä.
- Hyväksy 3,0 V - 40 V DC.
- Voidaan käyttää 100 KHz: n kytkentätaajuudella 2%: n toleranssilla.
- Erittäin matala valmiustila
- Säädettävä lähtöjännite
Lisäksi näistä ominaisuuksista huolimatta se on laajalti saatavilla ja se on paljon kustannustehokas kuin muut sellaisessa segmentissä käytettävissä olevat IC: t.
Edellisessä opetusohjelmassa suunnitelimme jännitteen lisäyspiirin MC34063: n avulla 3,7 V: n litiumparistojännitteen nostamiseksi 5,5 V: ksi, tässä opetusohjelmassa suunnittelemme 12 V: n ja 5 V: n Buck-muuntimen.
Komponenttien Boost Converter -arvojen laskeminen
Jos tarkistamme tietolomakkeen, voimme nähdä, että täydellinen kaavakaavio on läsnä vaadittavien vaadittujen arvojen laskemiseksi. Tässä on taulukon sisällä oleva kaavasivu, ja myös tehostamispiiri näytetään.
Tässä on kaavio ilman komponenttien arvoa, jota käytetään lisäksi MC34063: n kanssa.
Laskemme arvot, joita tarvitaan suunnitteluun. Voimme tehdä laskelmat datalehdessä olevista kaavoista tai voimme käyttää ON Semiconductorin verkkosivuston toimittamaa excel-taulukkoa.
Tässä on Excel-arkin linkki.
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063%20DWS.XLS
Vaiheet näiden komponenttien arvojen laskemiseksi-
Vaihe 1: - Ensinnäkin meidän on valittava diodi. Valitsemme laajalti saatavilla olevan diodin 1N5819. Kohti tekninen, on 1A eteenpäin virta eteenpäin diodin on 0,60 V.
Vaihe 2: - Lasketaan ensin induktori ja kytkentävirta, koska sitä tarvitaan jatkolaskentaan. Keskimääräinen induktorivirta on induktorin huippuvirta. Joten meidän tapauksessamme induktorivirta on:
IL (keskiarvo) = 1A
Vaihe 3: - Nyt on aika kelan virtavirta. Tyypillinen induktori käyttää 20-40% keskimääräisestä lähtövirrasta. Joten jos valitsemme induktorin aaltoiluvirran 30%, se on 1A * 30% = 0,30A
Vaihe 4: - Kytkentähuippuvirta on IL (keskiarvo) + Iripple / 2 = 1 +, 30/2 = 1,15A
Vaihe 5: - Lasketaan t ON / t OFF seuraavalla kaavalla
Tätä varten Vout on 5V ja diodin eteenpäin suuntautuva jännite (Vf) on 0.60V. Minimitulojännite Vin (min) on 12V ja kyllästysjännite on 1V (1V datalehdessä). Yhdistämällä tämän kaiken saamme
(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Joten t ON / t OFF = 0,93uS
Vaihe 6: - Nyt lasketaan Ton + Toff-aika kaavan Ton + Toff = 1 / f mukaisesti
Valitsemme pienemmän kytkentätaajuuden, 40Khz.
Joten Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us
Vaihe 7: - Lasketaan nyt Toff- aika. Kun olemme laskeneet Ton + Toff ja Ton / Toff aiemmin, laskeminen on nyt helpompaa,
Vaihe 8: - Seuraava askel on laskea tonni, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12,95us = 12,05us
Vaihe 9: - Meidän on valittava ajoituskondensaattori Ct, jota tarvitaan halutun taajuuden tuottamiseen.
Ct = 4,0 x10 -5 x Ton = 4,0 x 10 -5 x 12.05uS = 482pF
Vaihe 10: - Noista arvoista riippuen laskemme kelan arvon
Vaihe 11: - 1A-virran Rsc-arvo on 0,3 / Ipk. Joten vaatimuksemme mukaan se on Rsc =, 3 / 1,15 =, 260 ohmia
Vaihe 12: - Lasketaan lähtökondensaattorin arvot, voimme valita 100 mV: n aallonpituuden (huippu huipusta) tehostustehosta.
Valitsemme 470uF, 25V. Mitä enemmän kondensaattoria käytetään, sitä enemmän aaltoilua se pienenee.
Vaihe 13: - Viimeiseksi meidän on laskettava jännitteen takaisinkytkentävastusten arvo. Valitsemme R1- arvon 2k, joten R2-arvo lasketaan
Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) 5 = 1,25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6,2 k
Buck Converter -piirikaavio
Joten laskettuaan kaikki arvot. Tässä on päivitetty kaavio
Vaaditut komponentit
- 2 nos relimen liitin tuloa ja lähtöä varten
- 2k vastus - 1 nos
- 6,2 k: n vastus - 1 nos
- 1N5819-1 numerot
- 100uF, 25V ja 359,37uF, 25 V kondensaattori (470uF, 25 V käytetty, sulkeutuva arvo valittu) - kukin 1 nos.
- 62,87uH induktori, 1,5A 1 no. (100uH 2,5A käytetään, se oli helposti saatavilla markkinoilla)
- 482pF (käytetty 470pF) keraaminen levykondensaattori - 1 nos
- 12 V: n virtalähde, 1,5 A: n luokitus.
- MC34063 kytkin säädin ic
- .26ohms vastus (.3R, 2W käytetty)
- 1 nos veroboard (voidaan käyttää pisteviivaa tai yhdistettyä veroa).
- Juotin
- Juotos- ja juotosjohdot.
- Lisäjohdot tarvittaessa.
Kun olet järjestänyt komponentit, juota komponentit Perf-levylle
Buck Converter -piirin testaus
Ennen piirin testaamista tarvitsemme vaihtelevia tasakuormia virran ottamiseksi tasavirtalähteestä. Pienessä elektroniikkalaboratoriossa, jossa testaamme virtapiiriä, testitoleranssit ovat paljon suuremmat, ja tästä johtuen harvat mittaustarkkuudet eivät ole merkkien mukaisia.
Oskilloskooppi on oikein kalibroitu, mutta keinotekoiset äänet, EMI, RF, voivat myös muuttaa testitulosten tarkkuutta. Lisäksi yleismittarilla on +/- 1% toleranssit.
Tässä mitataan seuraavat asiat
- Lähtön aaltoilu ja jännite erilaisilla kuormilla jopa 1000 mA: iin saakka. Testaa myös lähtöjännite tällä täydellä kuormalla.
- Piirin tehokkuus.
- Piirin tyhjäkäynnin virrankulutus.
- Piirin oikosulku.
- Lisäksi mitä tapahtuu, jos ylikuormitamme tuotoksen?
Huonelämpötilamme on 26 astetta, kun testasimme virtapiiriä.
Yllä olevassa kuvassa näemme DC-kuorman. Tämä on resistiivinen kuorma, ja kuten näemme, kymmenen ei. 1 ohmin vastuksista rinnakkaisliitännässä ovat todellinen kuorma, joka on kytketty MOS-FET: n yli. Ohjaamme MOSFET-porttia ja annamme virran kulkea vastusten läpi. Nuo vastukset muuttavat sähkötehon lämmöksi. Tulos koostuu 5%: n toleranssista. Nämä kuormitustulokset sisältävät myös itse kuorman virrankulutuksen, joten kun kuormaa ei ole kytketty sen yli ja virtalähde ulkoisella virtalähteellä, se näyttää oletusarvoisesti 70 mA kuormitusvirtaa. Meidän tapauksessamme syötämme kuorman ulkoisen penkin virtalähteestä ja testaamme piirin. Lopullinen tuotos on (tulos - 70mA).
Alla on testiasetuksemme; olemme kytkeneet kuorman piirin yli, mitataan lähtövirta buck-säätimen yli ja sen lähtöjännite. Oskilloskooppi on kytketty myös buck-muuntimen yli, joten voimme tarkistaa myös lähtöjännitteen. Tarjoamme 12 V: n tulon penkkivirtalähteestämme.
Piirrämme. 88A tai 952mA-70mA = 882mA virtaa lähdöstä. Lähtöjännite on 5.15V.
Tässä vaiheessa, jos tarkistamme huipusta huippuun aaltoilu oskilloskoopissa. Voimme nähdä lähtöaallon, aaltoilu on 60mV (pk-pk). Mikä on hyvä 12 V: n ja 5 V: n kytkentäkaappimuunnin.
Ulostuloaaltomuoto näyttää tältä:
Tässä on lähtöaaltomuodon aikakehys. Se on 500mV jakoa kohti ja 500uS aikakehys.
Tässä on yksityiskohtainen testiraportti
Aika (s) |
Kuormitus (mA) |
Jännite (V) |
Aaltoilu (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 |
Muutimme kuormaa ja odotimme noin 3 minuuttia jokaisessa vaiheessa tarkistaaksemme, ovatko tulokset vakaat vai eivät. Jälkeen 982mA kuorman jännite laskenut merkittävästi. Muissa tapauksissa 0 kuormituksesta 940 mA: iin lähtöjännite putosi noin 0,02 V, mikä on melko hyvä vakaus täydellä kuormalla. Lisäksi 982 mA: n kuormituksen jälkeen lähtöjännite laskee merkittävästi. Käytimme.3R-vastusta missä vaadittiin.26R, sen vuoksi voimme vetää 982mA kuormavirtaa. MC34063 virtalähde ei pysty tarjoamaan asianmukaista vakautta täydellä 1A kuorman käytimme 3S sijaan.26R. Mutta 982mA on hyvin lähellä 1A-lähtöä. Käytimme myös vastuksia, joiden toleranssit olivat 5% ja jotka ovat yleisimmin saatavilla paikallisilla markkinoilla.
Laskimme hyötysuhteen kiinteällä 12 V: n tulolla ja kuormaa muuttamalla. Tässä on tulos
Tulojännite (V) |
Tulovirta (A) |
Input Virta (W) |
Lähtöjännite (V) |
Lähtövirta (A) |
Lähtöteho (W) |
Tehokkuus (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 |
Kuten voimme nähdä, keskimääräinen hyötysuhde on noin 75%, mikä on hyvä tulos tässä vaiheessa.
Piirin tyhjäkäynnin virrankulutus kirjataan 3,52 mA, kun kuorma on 0.
Tarkistimme myös oikosulun ja havaitsemme oikosulussa normaalin.
Suurimman lähtövirran kynnyksen jälkeen lähtöjännitteet laskevat merkittävästi ja tietyn ajan kuluttua ne ovat lähellä nollaa.
Tässä piirissä voidaan tehdä parannuksia; voimme käyttää matalan ESR: n suurempaa arvoa kondensaattoria vähentämään ulostulon aaltoilua. Lisäksi asianmukainen PCB-suunnittelu on tarpeen.