3,7 V - 5 V pakėlimo keitiklio grandinė naudojant „mc34063“

Šiais laikais ličio baterijos praturtina elektronikos pasaulį. Juos galima įkrauti labai greitai ir užtikrinti gerą atsarginę kopiją, o tai kartu su mažomis gamybos sąnaudomis daro ličio baterijas tinkamiausiu nešiojamųjų prietaisų pasirinkimu. Vieno elemento ličio baterijos įtampa svyruoja nuo mažiausiai 3,2 iki 4,2 V, todėl sunku maitinti tas grandines, kurioms reikalinga 5 V ar daugiau. Tokiu atveju mums reikia „ Boost“ keitiklio, kuris padidins įtampą pagal apkrovos reikalavimus, o ne įėjimo įtampą.

Šiame segmente yra daug pasirinkimų; MC34063 yra populiariausias tokio segmento perjungimo reguliatorius. MCP34063 galima sukonfigūruoti trimis veiksmais: „ Buck“, „Boost“ ir „ Inverting“. Mes naudojame MC34063 kaip komutacinį „Boost“ reguliatorių ir padidinsime 3,7 V ličio baterijos įtampą iki 5,5 V su 500 mA išėjimo srovės galimybėmis. Anksčiau mes sukūrėme „Buck Converter“ grandinę, kad sumažintume įtampą; čia taip pat galite patikrinti daug įdomių galios elektronikos projektų.

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.

Suprojektuokime savo pakopos grandinę naudodami MC34063, kad padidintume 3,7 V ličio baterijos įtampą iki 5,5 V.

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.

Dabar 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 veiksmai

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: - Apskaičiuosime naudodami formulę

Tam mūsų Vout yra 5,5 V, priekinė diodo įtampa (Vf) yra 0,60 V. Mūsų minimali įtampa Vin (min) yra 3,2 V, nes tai yra mažiausia priimtina įtampa iš vieno elemento baterijos. Išėjimo jungiklio (Vsat) prisotinimo įtampa yra 1 V (1 V duomenų lape). Sudėję visa tai mes gauname

(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Taigi, t _ON / t _OFF = 1,31

3 žingsnis: - Ne, mes apskaičiuosime Ton + Toff laiką pagal formulę Ton + Toff = 1 / f

Mes pasirinksime mažesnį perjungimo dažnį, 50Khz.

Taigi, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Taigi mūsų Ton + Toff yra 20uS

4 žingsnis: - Dabar mes apskaičiuosime T _išjungimo laiką.

T _išjungta = (T _įjungta + T _išjungta / (T _įjungta / _išjungta) +1)

Kaip anksčiau apskaičiavome toną + tofą ir toną / tofą, dabar skaičiavimas bus lengvesnis, Toffas = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

5 žingsnis: - Dabar kitas žingsnis yra apskaičiuoti toną, T _įjungta = (T _įjungta + _išjungta) - T _išjungta = 20us - 8,65us = 11,35us

6 žingsnis: - Turėsime pasirinkti laiko kondensatorių Ct, kurio reikės norint sukurti norimą dažnį. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 11.35uS = 454pF

7 žingsnis: - Dabar turime apskaičiuoti vidutinę induktoriaus srovę arba

IL (vid.). IL (vid.) = Iout (maks.) X ((T _įjungta / T _išjungta) +1)

Mūsų maksimali išėjimo srovė bus 500mA. Taigi, vidutinė induktoriaus srovė bus.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.

8 žingsnis: - Dabar atėjo laikas sukti induktoriaus srovę. Įprastas induktorius naudoja 20–40% vidutinės išėjimo srovės. Taigi, jei pasirinksime induktoriaus pulsacijos srovę 30%, tai bus 1,15 * 30% = 0,34A

9 žingsnis: - perjungimo piko srovė bus IL (vid.) + Iripple / 2 = 1,15 + 0,34 / 2 = 1,32A

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

11 žingsnis: - 500mA srovei Rsc vertė bus 0,3 / Ipk. Taigi, mūsų reikalavimui tai bus Rsc =, 3 / 1,32 =, 22 omai

12 žingsnis: - Apskaičiuokime išėjimo kondensatoriaus vertes

Iš padidinimo galios galime pasirinkti 250 mV (nuo piko iki piko) pulsacijos vertę.

Taigi, Cout = 9 * (0,5 * 11,35 us / 0,25) = 204,3 uF

Mes pasirinksime 220uF, 12V . Kuo daugiau kondensatoriaus bus naudojama, tuo labiau sumažės bangavimas.

13 žingsnis: - Paskutinis turime apskaičiuoti įtampos grįžtamųjų varžų vertę. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Mes pasirinksime R1 reikšmę 2k, taigi, R2 reikšmė bus 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Mes apskaičiavome visas vertes. Taigi žemiau yra paskutinė schema:

„Boost Converter“ grandinės schema

Reikalingi komponentai

1. Patikima įvesties ir išvesties jungtis - 2 nos
2. 2k rezistorius- 1 nos
3. 6,8k rezistorius- 1 nos
4. 1N5819- 1nos
5. 100uF, 12V ir 194,94uF, 12V kondensatorius (naudojamas 220uF, 12V, pasirinkta artima vertė) po 1 nos.
6. 18,91 uH induktorius, 1,5 A - 1 nos. (Naudojamas 33uH 2.5A, jis buvo lengvai prieinamas pas mus)
7. 454pF (naudojamas 470pF) keraminis disko kondensatorius 1 nos
8. 1 Ličio jonų arba ličio polimerų akumuliatorius Vieno elemento arba lygiagretus elementas, atsižvelgiant į akumuliatoriaus talpą reikalingiems projektams atlikti.
9. MC34063 perjungimo reguliatoriaus IC
10. .24 omų rezistorius (.3R, naudojamas 2W)
11. 1 nos Veroboard (gali būti naudojamas taškuotas arba sujungtas vero).
12. Lituoklis
13. Litavimo srautas ir litavimo laidai.
14. Jei reikia, papildomi laidai.

Pastaba: Mes naudojome 33uh induktorių, nes jis lengvai prieinamas vietiniams pardavėjams, turintiems 2,5A dabartinį įvertinimą. Be to, mes naudojome.3R rezistorių.22R.

Išdėstę komponentus, lituokite komponentus ant „Perf“ lentos

Litavimas baigtas.

„Boost 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 500mA.
2. Grandinės efektyvumas.
3. Tuščiosios srovės grandinės suvartojimas.
4. Trumpojo jungimo būklė.
5. Be to, kas nutiks, jei perkrausime produkciją?

Mūsų kambario temperatūra yra 25 laipsniai Celsijaus, kur mes išbandėme grandinę.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje galime pamatyti nuolatinės srovės apkrovą. Tai yra varžinė apkrova ir, kaip matome, lygiagrečiai sujungiami 10 vnt. 1 omų rezistoriai yra tikroji apkrova, sujungta per MOSFET. Mes valdysime MOSFET vartus ir leisime srovei tekėti per rezistorius. Tie rezistoriai elektros energiją paverčia šiluma. Rezultatas yra 5% tolerancija. Taip pat šie apkrovos rezultatai apima pačios apkrovos galios paėmimą, taigi, kai ji netrauks apkrovos, ji rodys numatytąją 70mA apkrovos srovę. Mes maitinsime apkrovą iš kito maitinimo šaltinio ir patikrinsime grandinę. Galutinis rezultatas bus (Rezultatas - 70mA ). Mes naudosime multimetrus su srovės jutimo režimu ir matuosime srovę. Kadangi skaitiklis yra nuosekliai su nuolatinės srovės apkrova, apkrovos rodiklis neteiks tikslaus rezultato dėl šunto rezistorių įtampos kritimo multimetruose. Fiksuosime matuoklio rezultatą.

Žemiau yra mūsų bandymo sąranka; mes sujungėme apkrovą visoje grandinėje, matuojame išėjimo srovę per stiprinimo reguliatorių ir jo išėjimo įtampą. Osciloskopas taip pat yra prijungtas per padidinimo keitiklį, todėl mes taip pat galime patikrinti išėjimo įtampą. 18650 ličio baterija (1S2P - 3,7 V 4400mAh) teikia įvesties įtampą.

Mes išvesties.48A arba 480-70 = 410mA srovės. Išėjimo įtampa yra 5,06 V.

Šiuo metu, jei patikrinsime osciloskopo smailę iki smailės. Matome išėjimo bangą, pulsacija yra 260mV (pk-pk).

Čia yra išsami bandymų ataskaita

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

Mes pakeitėme apkrovą ir maždaug 3 minutes laukėme kiekvieno žingsnio, kad patikrintume, ar rezultatai yra stabilūs, ar ne. Po 530mA (.53A) apkrovos įtampa žymiai sumažėjo. Kitais atvejais nuo 0 apkrovų iki 500mA išėjimo įtampa nukrito.46V.

Grandinės testavimas naudojant maitinimo šaltinį

Kadangi negalime valdyti akumuliatoriaus įtampos, mes taip pat naudojome kintamą maitinimo šaltinio maitinimo bloką, kad patikrintume išėjimo įtampą esant minimaliai ir didžiausiai įėjimo įtampai (3,3–4,7 V), kad patikrintume, ar ji veikia, ar ne,

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje maitinimo šaltinio maitinimo šaltinis turi būti 3,3 V įtampa. Apkrovos ekrane rodoma 5,35 V galia esant 350mA srovei iš komutacinio maitinimo šaltinio. Kadangi krovinį maitina stendo maitinimo šaltinis, apkrovos rodymas nėra tikslus. Dabartinį traukimo rezultatą (347mA) taip pat sudaro srovės paėmimas iš stendo maitinimo pagal pačią apkrovą. Krovinys maitinamas naudojant stendo maitinimo šaltinį (12V / 60mA). Taigi faktinė srovė, gaunama iš MC34063 išėjimo, yra 347-60 = 287mA.

Mes apskaičiavome efektyvumą esant 3,3 V, keisdami apkrovą, čia yra rezultatas

Įėjimo įtampa (V)	Įvesties srovė (A)	Įvesties galia (W)	Išėjimo įtampa (V)	Išėjimo srovė (A)	Išėjimo galia (W)	Efektyvumas (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

Dabar mes pakeitėme įtampą į 4,2 V įvestį. Kai gauname 357–60 = 297mA apkrovą, gauname 5,41 V išėjimą.

Mes taip pat išbandėme efektyvumą. Tai šiek tiek geriau nei ankstesnis rezultatas.

Įėjimo įtampa (V)	Įvesties srovė (A)	Įvesties galia (W)	Išėjimo įtampa (V)	Išėjimo srovė (A)	Išėjimo galia (W)	Efektyvumas
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

Grandinės tuščiosios eigos srovės suvartojimas registruojamas 3,47 mA visomis sąlygomis, kai apkrova yra 0 .

Be to, mes patikrinome, ar nėra trumpojo jungimo. Po maksimalios išėjimo srovės ribos išėjimo įtampa žymiai sumažėja, o po tam tikro laiko ji artėja prie nulio.

Šioje grandinėje galima patobulinti; mažesniam ESR didesnės vertės kondensatoriui galima sumažinti išėjimo bangas. Taip pat reikia tinkamai projektuoti PCB.