12–5 V „buck“ keitiklio grandinė naudojant „mc34063“

Ankstesnėje pamokoje mes pademonstravome išsamų „Boost Converter“ dizainą naudodami „MC34063“, kur buvo suprojektuotas 3,7–5 V stiprinimo keitiklis. Čia mes matome, kaip konvertuoti 12V į 5V. Kadangi žinome, kad tikslių 5 V baterijų ne visada yra, todėl kartais mums reikia didesnės įtampos ir mažesnės įtampos tuo pačiu metu, kad galėtume valdyti skirtingas grandinės dalis, todėl kaip pagrindinį energijos šaltinį naudojame aukštesnės įtampos (12v) šaltinį ir atsisakome įtampa iki žemesnės įtampos (5v), kur tik reikia. Šiuo tikslu daugelyje elektronikos programų naudojama „ Buck Converter“ grandinė, kuri sumažina įėjimo įtampą pagal apkrovos reikalavimus.

Šiame segmente yra daugybė pasirinkimų; kaip matyti iš ankstesnės pamokos, MC34063 yra vienas iš populiariausių perjungimo reguliatorių, galimų tokiame segmente. MC34063 galima sukonfigūruoti trimis režimais: „ Buck“, „Boost“ ir „ Inverting“. Mes naudosime „Buck“ konfigūraciją, kad 12 V nuolatinės srovės šaltinį paverstume 5 V nuolatine įtampa su 1A išėjimo srovės galimybe. Anksčiau mes sukūrėme paprastą „Buck Converter“ grandinę naudodami MOSFET; čia taip pat galite patikrinti daug daugiau naudingų galios elektronikos grandinių.

IC MC34063

MC34063 kištuko schema parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje. Kairėje pusėje parodyta vidinė MC34063 grandinė, o kitoje - pavaizdavimo schema.

MC34063 yra 1. 5A žingsnis iki arba žingsnis žemyn ar vartydami reguliatorių, nes DC įtampos konversijos turto, MC34063 yra DC-DC keitiklių IC.

Šis IC pateikia šias 8 kontaktų paketo funkcijas:

1. Temperatūros kompensuota atskaita
2. Srovės ribos grandinė
3. Valdomas darbo ciklo osciliatorius su aktyviu didelės srovės vairuotojo išėjimo jungikliu.
4. Priimkite nuo 3,0 V iki 40 V DC.
5. Galima valdyti 100 KHz perjungimo dažniu su 2% tolerancija.
6. Labai maža budėjimo srovė
7. Reguliuojama išėjimo įtampa

Nepaisant šių savybių, jis yra plačiai prieinamas ir yra daug ekonomiškai efektyvesnis nei kiti tokiame segmente esantys IC.

Ankstesnėje pamokoje mes suprojektavome įtampos pakėlimo grandinę naudodami MC34063, kad padidintume 3,7 V ličio baterijos įtampą iki 5,5 V, šioje pamokoje suprojektuosime 12–5 V „Buck“ keitiklį.

Komponentų vertės keitiklio keitimo skaičiavimas

Jei patikrinsime duomenų lapą, matysime, kad pateikiama visa formulės diagrama norimoms reikiamoms vertėms apskaičiuoti pagal mūsų reikalavimus. Čia yra formulės lapas, kurį galite rasti duomenų lape, taip pat parodyta pakopos grandinė.

Čia pateikiama schema be tų komponentų vertės, kuri bus naudojama papildomai su MC34063.

Mes apskaičiuosime vertes, kurios reikalingos mūsų projektui. Apskaičiavimus galime atlikti pagal formules, pateiktas duomenų lape, arba galime naudoti „Excel“ puslapį, kurį pateikia „ON Semiconductor“ svetainė.

Čia yra „Excel“ lapo nuoroda.

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

Šių komponentų verčių apskaičiavimo žingsniai

1 žingsnis: - Pirmiausia turime pasirinkti diodą. Mes pasirinksime plačiai prieinamą diodą 1N5819. Kaip nurodyta duomenų lape, esant 1A priekinei srovei, diodo priekinė įtampa bus 0,60 V.

2 žingsnis: - Pirmiausia apskaičiuojame induktorių ir perjungimo srovę, nes jos reikės tolesniems skaičiavimams. Mūsų vidutinė induktoriaus srovė bus didžiausia induktoriaus srovė. Taigi, mūsų atveju induktoriaus srovė yra:

IL (vid.) = 1A

3 žingsnis: - Dabar atėjo laikas sukti induktoriaus srovę. Įprastas induktorius naudoja 20–40% vidutinės išėjimo srovės. Taigi, jei pasirinksime induktoriaus pulsacijos srovę 30%, tai bus 1A * 30% = 0,30A

4 žingsnis: - perjungimo piko srovė bus IL (vid.) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

5 žingsnis: - Apskaičiuosime t _ON / t _OFF naudodami toliau pateiktą formulę

Tam mūsų Vout yra 5 V, o priekinė diodo įtampa (Vf) yra 0,60 V. Mūsų minimali įėjimo įtampa Vin (min) yra 12V, o prisotinimo įtampa yra 1V (1V duomenų lape). Sudėję visa tai mes gauname

(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Taigi, t _ON / t _OFF = 0,93uS

6 žingsnis: - Dabar mes apskaičiuosime toną + tofo laiką pagal formulę tonas + tofas ​​= 1 / f

Mes pasirinksime mažesnį perjungimo dažnį 40Khz.

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

7 žingsnis: - Dabar mes apskaičiuosime Toff laiką. Kaip anksčiau apskaičiavome toną + tofą ir toną / tofą, dabar skaičiavimas bus lengvesnis,

8 žingsnis: - Dabar kitas žingsnis yra apskaičiuoti toną, Tona = (tona + tofas) - tofas ​​= 25us - 12,95us = 12,05us

9 žingsnis: - Turime pasirinkti laiko kondensatorių Ct, kurio reikės norimam dažniui sukurti.

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

10 žingsnis: - Atsižvelgdami į tas vertes, apskaičiuosime induktoriaus vertę

11 žingsnis: - 1A srovei Rsc vertė bus 0,3 / Ipk. Taigi, mūsų reikalavimui tai bus Rsc =, 3 / 1,15 =, 260 omų

12 žingsnis: - Apskaičiuokime išėjimo kondensatoriaus vertes, iš padidinimo išėjimo galime pasirinkti 100 mV (nuo piko iki piko) bangų vertę.

Mes pasirinksime 470uF, 25V. Kuo daugiau kondensatoriaus bus naudojama, tuo labiau sumažės bangavimas.

13 žingsnis: - Paskutinis turime apskaičiuoti įtampos grįžtamųjų varžų vertę. Mes pasirinksime R1 reikšmę 2k, taigi, R2 vertė bus apskaičiuota kaip

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) 5 = 1,25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6,2 k

„Buck Converter“ grandinės schema

Taigi, apskaičiavus visas vertes. Čia yra atnaujinta schema

Reikalingi komponentai

1. 2 nos. Reliamoji jungtis įėjimui ir išvedimui
2. 2k rezistorius- 1 nos
3. 6,2k rezistorius- 1 nos
4. 1N5819- 1 nr
5. 100uF, 25V ir 359,37uF, 25V kondensatorius (470uF, naudojamas 25V, pasirinkta artima vertė) - po 1 nos.
6. 62,87uH induktorius, 1,5A 1 nos. (Naudojamas 100uH 2,5A, jis buvo lengvai prieinamas rinkoje)
7. 482pF (naudojamas 470pF) keraminis disko kondensatorius- 1 nos
8. 12 V maitinimo blokas su 1,5 A reitingu.
9. MC34063 perjungimo reguliatorius ic
10. .26 omų rezistorius (.3R, naudojamas 2W)
11. 1 nos veroboard (galima naudoti taškuotą arba sujungtą vero).
12. Lituoklis
13. Litavimo srautas ir litavimo laidai.
14. Jei reikia, papildomi laidai.

Išdėstę komponentus, lituokite komponentus ant „Perf“ lentos

„Buck Converter“ grandinės testavimas

Prieš bandydami grandinę, mums reikia kintamos nuolatinės apkrovos, kad būtų galima paimti srovę iš nuolatinės srovės maitinimo šaltinio. Mažoje elektronikos laboratorijoje, kurioje mes bandome grandinę, bandymų leistini nuokrypiai yra daug didesni, todėl nedaug matavimo tikslumo neatitinka.

Osciloskopas yra tinkamai sukalibruotas, tačiau dirbtiniai garsai, EMI, RF, taip pat gali pakeisti bandymo rezultatų tikslumą. Be to, multimetras turi +/- 1% toleranciją.

Čia mes išmatuosime šiuos dalykus

1. Išėjimo bangavimas ir įtampa esant įvairioms apkrovoms iki 1000mA. Taip pat patikrinkite išėjimo įtampą esant visai apkrovai.
2. Grandinės efektyvumas.
3. Tuščiosios srovės grandinės suvartojimas.
4. Trumpojo jungimo būklė.
5. Be to, kas nutiks, jei perkrausime produkciją?

Kai bandėme grandinę, mūsų kambario temperatūra yra 26 laipsniai Celsijaus.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje galime pamatyti nuolatinės srovės apkrovą. Tai yra varžinė apkrova ir, kaip matome, dešimt ne. iš 1 omų rezistorių lygiagrečiai yra faktinė apkrova, sujungta per MOS-FET. Mes valdysime MOSFET vartus ir leisime srovei tekėti per rezistorius. Tie rezistoriai elektros energiją paverčia šiluma. Rezultatas susideda iš 5% tolerancijos. Be to, šie apkrovos rezultatai apima pačios apkrovos energijos suvartojimą, taigi, kai joje nėra prijungta apkrova ir maitinama naudojant išorinį maitinimo šaltinį, tai parodys numatytąją 70 mA apkrovos srovę. Mūsų atveju mes maitinsime apkrovą iš išorinio stendo maitinimo šaltinio ir išbandysime grandinę. Galutinis rezultatas bus (Rezultatas - 70mA).

Žemiau yra mūsų bandymo sąranka; mes sujungėme apkrovą visoje grandinėje, mes išmatuojame išėjimo srovę per „buck“ reguliatorių ir jo išėjimo įtampą. Osciloskopas taip pat yra prijungtas per „buck“ keitiklį, todėl mes taip pat galime patikrinti išėjimo įtampą. Mes teikiame 12 V įvestį iš savo stendo maitinimo bloko.

Mes piešiame. 88A arba 952mA-70mA = 882mA srovės iš išėjimo. Išėjimo įtampa yra 5.15V.

Šiuo metu, jei mes patikrinsime osciloskopo smailę iki smailės. Mes galime pamatyti išėjimo bangą, pulsacija yra 60mV (pk-pk). Kas tinka 12–5 V komutatorių keitikliams.

Išvesties signalo atrodo taip:

Čia yra išvesties bangos formos laiko tarpas. Tai yra 500mV vienam skyriui ir 500uS laiko tarpas.

Čia yra išsami bandymų ataskaita

Laikas (sekundės)	Apkrova (mA)	Įtampa (V)	Ripelis (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

Mes pakeitėme apkrovą ir kiekviename žingsnyje laukėme maždaug 3 minutes, kad patikrintume, ar rezultatai yra stabilūs, ar ne. Po 982mA apkrovos įtampa žymiai sumažėjo. Kitais atvejais nuo 0 apkrovų iki 940 mA išėjimo įtampa nukrito maždaug.02V, o tai yra gana geras stabilumas esant visai apkrovai. Be to, po tos 982mA apkrovos išėjimo įtampa yra žymiai sumažinta. Mes naudojome.3R rezistorių, kur reikėjo.26R, dėl to galime ištraukti 982mA apkrovos srovę. MC34063 maitinimas negali pateikti tinkamą stabilumą visu 1A apkrovos kaip mes naudojamas.3R vietoj.26R. Tačiau 982mA yra labai arti 1A išėjimo. Be to, mes naudojome rezistorius su 5% tolerancija, kurie dažniausiai yra prieinami vietinėje rinkoje.

Apskaičiavome efektyvumą esant 12 V fiksuotam įėjimui ir keičiant apkrovą. Štai rezultatas

Įėjimo įtampa (V)	Įvesties srovė (A)	Įvesties galia (W)	Išėjimo įtampa (V)	Išėjimo srovė (A)	Išėjimo galia (W)	Efektyvumas (n)
12.04 val	0.12	1.4448	5.17	0.2	1.034	71.56699889
12.04 val	0,23	2.7692	5.16	0.4	2.064	74,53416149
12.04 val	0,34	4.0936	5.16	0.6	3.096	75.6302521
12.04 val	0,45	5.418	5.16	0.8	4.128	76.19047619
12.04 val	0.53	6.3812	5.15	0,98	5.047	79.09170689

Kaip matome, vidutinis efektyvumas yra apie 75%, o tai yra geras rezultatas šiame etape.

Kontūro tuščiosios eigos srovės suvartojimas registruojamas 3,52mA, kai apkrova yra 0.

Taip pat patikrinome, ar nėra trumpojo jungimo, ir trumpuoju jungimu stebime „Normal“.

Po maksimalios išėjimo srovės ribos išėjimo įtampa žymiai sumažėja ir po tam tikro laiko ji artėja prie nulio.

Šioje grandinėje galima patobulinti; mes galime naudoti mažos ESR didesnės vertės kondensatorių, kad sumažintume išėjimo bangą. Taip pat reikia tinkamai projektuoti PCB.