- IC MC34063
- Komponenttien Boost Converter -arvojen laskeminen
- Boost Converter -piirikaavio
- Vaaditut komponentit
- Boost Converter -piirin testaus
- Piirin testaaminen penkkivirtalähteellä
Nykyään litiumparistot rikastuttavat elektroniikkamaailmaa. Ne voidaan ladata erittäin nopeasti ja tarjota hyvä varmuuskopio, mikä yhdessä pienien valmistuskustannustensa kanssa tekee litiumparistoista edullisimman vaihtoehdon kannettaville laitteille. Koska yhden kennon litiumpariston jännite vaihtelee vähintään 3,2 - 4,2 V: n välillä, on vaikeaa virtaa niihin piireihin, jotka vaativat vähintään 5 V: n. Tällöin tarvitsemme Boost-muuntimen, joka lisää jännitettä kuormitusvaatimuksen mukaan enemmän kuin sen tulojännite.
Tässä segmentissä on paljon valintoja; MC34063 on suosituin kytkentäsäädin tällaisessa segmentissä. MCP34063 voidaan määrittää kolmella toiminnolla, Buck, Boost ja Inverting. Käytämme MC34063: ta kytkemällä Boost-säätimiä ja nostamme 3,7 V: n litiumakun jännitteen 5,5 V: iin 500 mA: n lähtövirralla. Olemme aiemmin rakentaneet Buck Converter -piirin jännitteen alentamiseksi; voit myös tarkistaa monia mielenkiintoisia tehoelektroniikkaprojekteja 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.
Suunnittelemme tehostamispiirimme MC34063: n avulla 3,7 V: n litiumparistojännitteen nostamiseksi 5,5 V: ksi.
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 nyt arvot, joita vaaditaan suunnittelulle. 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: - Ensin on valittava diodi. Valitsemme laajalti saatavilla olevan diodin 1N5819. Datalehden mukaan diodin lähtöjännite on 1 A: n lähtövirralla 0,60 V.
Vaihe 2: - Laskemme kaavan
Tätä varten Vout on 5,5 V, diodin eteenpäin suuntautuva jännite (Vf) on 0,60 V. Minimijännite Vin (min) on 3,2 V, koska se on pienin hyväksyttävä jännite yhden kennon paristosta. Ja lähtökytkimen kyllästysjännitteelle (Vsat) se on 1 V (1 V datalehdessä). Yhdistämällä tämän kaiken saamme
(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Joten, t ON / t OFF = 1,31
Vaihe 3: - Ei, laskemme Ton + Toff-ajan kaavan Ton + Toff = 1 / f mukaisesti
Valitsemme pienemmän kytkentätaajuuden, 50Khz.
Joten Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Joten Ton + Toff on 20uS
Vaihe 4: - Lasketaan nyt T- sammutusaika.
T pois päältä = (T päällä + T pois päältä / (T päälle / pois päältä) +1)
Kun olemme laskeneet Ton + Toff ja Ton / Toff aiemmin, laskeminen on nyt helpompaa, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us
Vaihe 5: - Seuraava askel on laskea tonni, T päällä = (T päällä + T pois päältä) - T pois päältä = 20us - 8,65us = 11,35us
Vaihe 6: - Meidän on valittava ajoituskondensaattori Ct, jota tarvitaan halutun taajuuden tuottamiseen. Ct = 4,0 x 10-5 x tonni = 4,0 x 10-5 x 11,35uS = 454 pF
Vaihe 7: - Nyt meidän on laskettava keskimääräinen induktorivirta tai
IL (keskiarvo). IL (keskiarvo) = Iout (max) x ((T on / T off) +1)
Suurin lähtövirta on 500mA. Joten keskimääräinen induktorivirta on.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.
Vaihe 8: - Nyt on aika kelan virtavirta. Tyypillinen induktori käyttää 20-40% keskimääräisestä lähtövirrasta. Joten jos valitsemme induktorin aaltoiluvirran 30%, se on 1,15 * 30% = 0,34A
Vaihe 9: - Kytkentähuippuvirta on IL (keskiarvo) + Iripple / 2 = 1,15 + 0,34 / 2 = 1,32A
Vaihe 10: - Noista arvoista riippuen laskemme kelan arvon
Vaihe 11: - 500 mA: n virralla Rsc-arvo on 0,3 / Ipk. Joten vaatimuksemme mukaan se on Rsc = 0,3 / 1,32 = 0,22 ohmia
Vaihe 12: - Lasketaan lähtökondensaattorin arvot
Voimme valita tehostustehosta 250 mV: n aallonpituuden (huipusta huippuun).
Joten, Cout = 9 * (0,5 * 11,35 us / 0,25) = 204,3 uF
Valitsemme 220uF, 12V . Mitä enemmän kondensaattoria käytetään, sitä enemmän aaltoilua se vähentää.
Vaihe 13: - Viimeiseksi meidän on laskettava jännitteen takaisinkytkentävastusten arvo. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)
Valitsemme R1-arvon 2k, joten R2-arvo on 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k
Laskimme kaikki arvot. Joten alla on lopullinen kaavio:
Boost Converter -piirikaavio
Vaaditut komponentit
- Relimate-liitin tulo- ja lähtöliitäntää varten - 2 nos
- 2k vastus - 1 nos
- 6.8k vastus - 1 n
- 1N5819- 1nos
- 100uF, 12V ja 194,94uF, 12 V kondensaattori (220uF, 12 V käytetään, suljettu arvo valittu) 1 nos.
- 18,91 uH induktori, 1,5 A - 1 nos. (33uH 2,5A käytetään, se oli helposti saatavana luonamme)
- 454pF (käytetty 470pF) keraaminen levykondensaattori 1 nos
- 1 Litiumioni- tai litiumpolymeeriakku Yksi- tai rinnakenno riippuen akun kapasiteetista tarvittavien projektien varmuuskopiointiin liittyvässä asiassa.
- MC34063 -kytkimen säätimen IC
- .24ohmin vastus (.3R, 2W käytetty)
- 1 nos Veroboard (voidaan käyttää pisteviivaa tai yhdistettyä veroa).
- Juotin
- Juotos- ja juotosjohdot.
- Lisäjohdot tarvittaessa.
Huomaa: Olemme käyttäneet 33uh: n induktoria, koska se on helposti saatavilla paikallisten myyjien kanssa, joiden nykyinen luokitus on 2,5 A. Lisäksi olemme käyttäneet.3R-vastusta.22R.
Kun olet järjestänyt komponentit, juota komponentit Perf-levylle
Juottaminen on valmis.
Boost 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 500 mA: iin saakka.
- Piirin tehokkuus.
- Piirin tyhjäkäynnin virrankulutus.
- Piirin oikosulku.
- Lisäksi mitä tapahtuu, jos ylikuormitamme tuotoksen?
Huonelämpötilamme on 25 astetta, jossa testasimme virtapiiriä.
Yllä olevassa kuvassa näemme tasakuorman. Tämä on resistiivinen kuorma ja kuten näemme, 10kpl 1 ohmin vastukset rinnakkaisliitännässä ovat todellinen kuorma, joka on kytketty MOSFETiin. Ohjaamme MOSFET-porttia ja annamme virran kulkea vastusten läpi. Nuo vastukset muuttavat sähkötehon lämmöksi. Tulos koostuu 5%: n toleranssista. Myös nämä kuormitustulokset sisältävät itse kuorman tehonoton, joten kun se ei vedä kuormaa, se näyttää oletusarvoisen 70 mA: n kuormavirran. Virransyöttö muusta virtalähteestä ja testataan piiri. Lopullinen tuotos on (tulos - 70mA ). Käytämme yleismittareita virtatunnistustilassa ja mittaamme virtaa. Koska mittari on sarjassa tasavirtakuorman kanssa, kuormanäyttö ei anna tarkkaa tulosta johtuen vastusjännitteiden jännitehäviöstä yleismittareiden sisällä. Tallennamme mittarin tuloksen.
Alla on testiasetuksemme; olemme kytkeneet kuorman piirin yli, mittaamme lähtövirtaa tehosäätimen yli ja sen lähtöjännitettä. Oskilloskooppi on kytketty myös boost-muuntimen yli, joten voimme tarkistaa myös lähtöjännitteen. 18650 litiumparisto (1S2P - 3.7V 4400mAh) tarjoaa tulojännitteen.
Piirrämme.48A tai 480-70 = 410mA virtaa lähdöstä. Lähtöjännite on 5,06 V.
Tässä vaiheessa, jos tarkistamme huipusta huippuun aaltoilu oskilloskoopissa. Voimme nähdä lähtöaallon, aaltoilu on 260mV (pk-pk).
Tässä on yksityiskohtainen testiraportti
Aika (s) |
Kuormitus (mA) |
Jännite (V) |
Aaltoilu (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 |
Muutimme kuormaa ja odotimme noin 3 minuuttia jokaisessa vaiheessa tarkistaaksemme, ovatko tulokset vakaat vai eivät. 530mA (.53A) kuormituksen jälkeen jännite laski merkittävästi. Muissa tapauksissa 0 kuormasta 500 mA: iin lähtöjännite laski 0,46 V.
Piirin testaaminen penkkivirtalähteellä
Koska emme voi hallita akun jännitettä, käytimme myös vaihtuvaa penkkijännitesyöttöyksikköä tarkistaaksesi lähtöjännitteen pienimmällä ja suurimmalla tulojännitteellä (3,3-4,7 V) tarkistaaksesi, toimiiko se vai ei,
Anna yllä olevassa kuvassa penkin virtalähde 3,3 V: n tulojännite. Kuormanäytössä näkyy 5,35 V: n lähtö 350 mA: n virralla kytkentävirtalähteestä. Koska kuorma saa virran penkkijännitteestä, kuormanäyttö ei ole tarkka. Nykyinen vetotulos (347mA) koostuu myös virran ottamisesta penkin virtalähteestä itse kuormituksen avulla. Kuormitus syötetään penkkivirtalähteellä (12 V / 60 mA). Joten MC34063-ulostulosta otettu todellinen virta on 347-60 = 287mA.
Laskimme hyötysuhteen 3,3 V: lla muuttamalla kuormaa, tässä on tulos
Tulojännite (V) |
Tulovirta (A) |
Input Virta (W) |
Lähtöjännite (V) |
Lähtövirta (A) |
Lähtöteho (W) |
Tehokkuus (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 |
Nyt olemme muuttaneet jännitteen 4,2 V: n tuloksi. Saamme 5,41 V: n tehon, kun vedämme 357-60 = 297mA kuorman.
Testasimme myös tehokkuuden. Se on hieman parempi kuin edellinen tulos.
Tulojännite (V) |
Tulovirta (A) |
Input Virta (W) |
Lähtöjännite (V) |
Lähtövirta (A) |
Lähtöteho (W) |
Tehokkuus |
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 |
Piirin tyhjäkäynnin virrankulutus kirjataan 3,47 mA kaikissa olosuhteissa, kun kuorma on 0 .
Tarkistimme myös oikosulun, havaitun normaalin toiminnan. Suurimman lähtövirran kynnyksen jälkeen lähtöjännite laskee huomattavasti ja tietyn ajan kuluttua se on lähellä nollaa.
Tässä piirissä voidaan tehdä parannuksia; pienen ESR: n suurempaa arvoa sisältävää kondensaattoria voidaan käyttää vähentämään ulostuloa. Myös asianmukainen PCB-suunnittelu on tarpeen.