12V til 5V buck konverter kredsløb ved hjælp af mc34063

I den foregående vejledning demonstrerede vi detaljeret design af Boost Converter ved hjælp af MC34063, hvor en 3,7V til 5V boostkonverter blev designet. Her ser vi, hvordan man konverterer 12V til 5V. Da vi ved, at nøjagtige 5V-batterier ikke altid er tilgængelige, og nogle gange har vi brug for højere spænding og lavere spænding på samme tid for at drive forskellige dele af kredsløbet, så vi bruger højere spændingskilde (12v) som hovedstrømkilde og træder ned dette spænding til lavere spænding (5v), hvor det er nødvendigt. Til dette formål anvendes et Buck Converter Circuit i mange elektronikapplikationer, der falder indgangsspændingen i henhold til belastningskravet.

Der er mange valgmuligheder tilgængelige i dette segment; som det ses i den foregående vejledning, er MC34063 en af de mest populære switch-regulatorer, der er tilgængelige i et sådant segment. MC34063 kan konfigureres i tre tilstande, Buck, Boost og Inverting. Vi bruger Buck-konfigurationen til at konvertere 12V DC-kilden til 5V DC med 1A udgangsstrømfunktion. Vi har tidligere bygget et simpelt Buck Converter-kredsløb ved hjælp af MOSFET; Du kan også kontrollere mange flere nyttige effektelektronik kredsløb her.

IC MC34063

MC34063 pinout-diagram er vist i nedenstående billede. På venstre side vises MC34063's interne kredsløb, og på den anden side vises pinout-diagrammet.

MC34063 er en 1. 5A Trin op eller trin ned eller inverterende regulator, på grund af DC-spænding konvertering ejendom, MC34063 er en DC-DC-konverter IC.

Denne IC giver følgende funktioner i sin 8-pin-pakke-

Temperaturkompenseret reference
Strømbegrænsningskredsløb
Kontrolleret driftscyklusoscillator med en aktiv højtydende driverudgangskontakt.
Accepter 3.0V til 40V DC.
Kan betjenes ved 100 KHz skiftefrekvens med en 2% tolerance.
Meget lav standbystrøm
Justerbar udgangsspænding

På trods af disse funktioner er det også bredt tilgængeligt, og det er meget omkostningseffektivt end andre IC'er, der er tilgængelige i et sådant segment.

I den foregående vejledning designede vi spændingsforbedringskredsløb ved hjælp af MC34063 til at øge 3,7V lithiumbatterispænding til 5,5V, i denne vejledning designer vi 12V til 5V Buck-konverter.

Beregning af komponenternes værdier for Boost Converter

Hvis vi tjekker databladet, kan vi se, at det komplette formeldiagram er til stede for at beregne de ønskede værdier, der kræves i henhold til vores krav. Her er formelarket tilgængeligt inde i databladet, og trinvise kredsløb vises også.

Her er skematisk uden disse komponentværdier, som vil blive brugt yderligere med MC34063.

Vi beregner de værdier, der kræves til vores design. Vi kan foretage beregningerne ud fra formlerne i databladet, eller vi kan bruge excel-arket fra ON Semiconductors websted.

Her er linket til excel-arket.

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

Trin til beregning af disse komponentværdier-

Trin 1: - Først skal vi vælge dioden. Vi vælger bredt tilgængelig diode 1N5819. I henhold til databladet vil diodens fremadspænding ved 1A fremadgående strøm være 0,60 V.

Trin 2: - Vi beregner først induktor og switchstrøm, da det er nødvendigt for yderligere beregning. Vores gennemsnitlige induktorstrøm vil være den maksimale induktorstrøm. Så i vores tilfælde er induktorstrøm:

IL (gennemsnit) = 1A

Trin 3: - Nu er det tid til induktorens krusningsstrøm. En typisk induktor bruger 20-40% af den gennemsnitlige udgangsstrøm. Så hvis vi vælger induktorens krusningsstrøm 30%, vil den være 1A * 30% = 0,30A

Trin 4: - Skiftetopstrømmen vil være IL (gennemsnit) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Trin 5: - Vi beregner t _ON / t _OFF ved hjælp af nedenstående formel

Til dette er vores Vout 5V, og diodens (Vf) fremadspænding er 0,60V. Vores mindste indgangsspænding Vin (min) er 12V, og mætningsspændingen er 1V (1V i databladet). Ved at sætte det hele sammen får vi

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

Trin 6: - Nu beregner vi Ton + Toff-tiden i henhold til formlen Ton + Toff = 1 / f

Vi vælger en lavere skiftefrekvens, 40 kHz.

Så, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Trin 7: - Nu beregner vi Toff- tiden. Da vi tidligere har beregnet Ton + Toff og Ton / Toff, bliver beregningen lettere nu,

Trin 8: - Nu er næste trin at beregne Ton, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Trin 9: - Vi skal vælge timing Kondensator Ct, som kræves for at producere den ønskede frekvens.

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

Trin 10: - Afhængigt af disse værdier beregner vi induktorværdien

Trin 11: - For 1A-strømmen vil Rsc-værdien være 0,3 / Ipk. Så for vores krav vil det være Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohm

Trin 12: - Lad os beregne outputkondensatorværdierne, vi kan vælge en krusningsværdi på 100mV (peak to peak) fra boost-output.

Vi vælger 470uF, 25V. Jo mere kondensator der bruges, jo mere krusning reducerer det.

Trin 13: - Sidst skal vi beregne værdien for spændingsfeedbackmodstande. Vi vælger R1- værdi 2k, Så R2-værdien beregnes som

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

Buck Converter kredsløbsdiagram

Så efter beregning af alle værdier. Her er den opdaterede skema

Nødvendige komponenter

2 nos relimatstik til input og output
2k modstand - 1 nr
6,2 k modstand - 1 nr
1N5819- 1 nr
100uF, 25V og 359.37uF, 25V kondensator (470uF, 25V brugt, valgt tæt værdi) - 1 nos hver.
62,87uH induktor, 1,5A 1 nr. (100uH 2.5A bruges, det var let tilgængeligt på markedet)
482pF (anvendt 470pF) keramisk skivekondensator - 1 nr
12V strømforsyningsenhed med 1.5A-klassificering.
MC34063 skifte regulator ic
.26ohms modstand (.3R, 2W brugt)
1 nr. Veroboard (prikket eller tilsluttet vero kan bruges).
Loddekolbe
Lodning Flux og lodning ledninger.
Yderligere ledninger, hvis det kræves.

Når komponenterne er arrangeret, loddes komponenterne på Perf-tavlen

Test af Buck Converter Circuit

Før vi tester kredsløbet, har vi brug for variable DC-belastninger for at trække strømmen fra DC-strømforsyningen. I det lille elektroniklaboratorium, hvor vi tester kredsløbet, er testtolerancer meget højere, og på grund af det er få målingsnøjagtigheder ikke op til mærket.

Oscilloskop er korrekt kalibreret, men kunstige lyde, EMI, RF kan også ændre testresultatets nøjagtighed. Multimeteret har også +/- 1% tolerancer.

Her måler vi følgende ting

Output krusning og spænding ved forskellige belastninger op til 1000mA. Test også udgangsspændingen ved denne fulde belastning.
Effektiviteten af kredsløbet.
Tomgangsstrømforbrug af kredsløbet.
Kortslutningens tilstand.
Hvad sker der også, hvis vi overbelaster output?

Vores stuetemperatur er 26 grader Celsius, da vi testede kredsløbet.

I ovenstående billede kan vi se DC-belastningen. Dette er en resistiv belastning, og som vi kan se, ti nej. af 1 ohm modstande i parallel forbindelse er den faktiske belastning, som er forbundet over en MOS-FET, Vi styrer MOSFET-porten og tillader strømmen at strømme gennem modstandene. Disse modstande konverterer elektriske kræfter til varme. Resultatet består af 5% tolerance. Disse belastningsresultater inkluderer også selve belastningens strømforbrug, så når der ikke tilsluttes nogen belastning på tværs af den og får strøm via en ekstern strømforsyning, viser den standard 70 mA belastningsstrøm. I vores tilfælde vil vi strømforsyne belastningen fra ekstern bænkforsyning og teste kredsløbet. Den endelige output bliver (Resultat - 70mA).

Nedenfor er vores testopsætning; vi har tilsluttet belastningen over kredsløbet, vi måler udgangsstrømmen over sænkregulatoren såvel som udgangsspændingen af den. Et oscilloskop er også forbundet over buck-konverteren, så vi kan også kontrollere udgangsspændingen. Vi leverer 12V input fra vores bænkstrømforsyningsenhed.

Vi tegner. 88A eller 952mA-70mA = 882mA strøm fra udgangen. Udgangsspændingen er 5,15V.

På dette tidspunkt, hvis vi kontrollerer top til top krusning i oscilloskopet. Vi kan se outputbølgen, krusningen er 60mV (pk-pk). Hvilket er godt for en 12V til 5V Switching buck-konverter.

Den output bølgeform ser således ud:

Her er tidsrammen for outputbølgeformen. Det er 500 mV pr. Division og 500 us tidsramme.

Her er den detaljerede testrapport

Tid (sek.)	Belastning (mA)	Spænding (V)	Ripple (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

Vi ændrede belastningen og ventede i ca. 3 minutter på hvert trin for at kontrollere, om resultaterne er stabile eller ej. Efter 982mA belastning faldt spændingen markant. I andre tilfælde fra 0 belastninger til 940 mA var udgangsspændingen faldt ca. 0,02 V, hvilket er ret god stabilitet ved fuld belastning. Også efter den 982mA belastning falder udgangsspændingen betydeligt. Vi brugte.3R-modstand, hvor.26R var påkrævet, på grund af det kan vi trække 982mA belastningsstrøm. Den MC34063 strømforsyningen er i stand til at give ordentlig stabilitet ved fuld 1A belastning som vi brugte.3R stedet.26R. Men 982mA er meget tæt på 1A output. Vi brugte også modstande med 5% tolerancer, som oftest er tilgængelige på det lokale marked.

Vi beregnede effektiviteten ved 12V fast input og ved at ændre belastningen. Her er resultatet

Indgangsspænding (V)	Indgangsstrøm (A)	Indgangseffekt (W)	Udgangsspænding (V)	Udgangsstrøm (A)	Udgangseffekt (W)	Effektivitet (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

Som vi kan se, er den gennemsnitlige effektivitet omkring 75%, hvilket er et godt output på dette stadium.

Kredsløbets inaktiv strømforbrug registreres 3,52mA, når belastningen er 0.

Vi kontrollerede også for kortslutning, og vi observerer Normal i kortslutning.

Efter den maksimale udgangsstrømstærskel bliver udgangsspændingerne signifikant lavere, og efter en vis tid nærmer det sig nul.

Forbedringer kan foretages i dette kredsløb; vi kan bruge kondensator med lav ESR med højere værdi til at reducere output-krusningen. Korrekt printkortdesign er også nødvendig.