3.7V til 5v boost-konverter kredsløb ved hjælp af mc34063

I moderne dage beriger Lithium-batterier elektronikverdenen. De kan oplades meget hurtigt og giver god backup, hvilket sammen med deres lave produktionsomkostninger gør lithiumbatterier til det mest foretrukne valg for bærbare enheder. Som et encellet lithiumbatterispænding fra minimum 3,2 spænding til 4,2 V er det vanskeligt at drive de kredsløb, der kræver 5 V eller mere. I et sådant tilfælde har vi brug for en Boost Converter, der øger spændingen i henhold til belastningskravet mere end dens indgangsspænding.

Der er mange valgmuligheder i dette segment; MC34063 er den mest populære switch-regulator i et sådant segment. MCP34063 kan konfigureres i tre operationer, Buck, Boost og Inverting. Vi bruger MC34063 som switch Boost regulator og vil øge 3,7 V lithium batterispænding til 5,5 V med 500 mA udgangsstrøm kapaciteter. Vi har tidligere bygget Buck Converter-kredsløb til at nedbringe spændingen; Du kan også tjekke mange interessante kraftelektronikprojekter 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-

1. Temperaturkompenseret reference
2. Strømbegrænsningskredsløb
3. Kontrolleret driftscyklusoscillator med en aktiv højtydende driverudgangskontakt.
4. Accepter 3.0V til 40V DC.
5. Kan betjenes ved 100 KHz skiftefrekvens med en 2% tolerance.
6. Meget lav standbystrøm
7. 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.

Lad os designe vores trinvise kredsløb ved hjælp af MC34063 for at øge 3,7V litiumbatterispænding til 5,5V.

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.

Nu beregner vi 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 ved hjælp af formlen

Til dette er vores Vout 5,5V, diodes fremadspænding (Vf) er 0,60V. Vores mindste spænding Vin (min) er 3,2V, da dette er den laveste acceptable spænding fra et enkeltcellebatteri. Og for mætningsspændingen på outputkontakten (Vsat) er den 1V (1V i databladet). Ved at sætte det hele sammen får vi

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

Trin 3: - Nej, vi beregner Ton + Toff-tiden i henhold til formlen Ton + Toff = 1 / f

Vi vælger lavere skiftefrekvens, 50 KHz.

Så, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Så vores Ton + Toff er 20uS

Trin 4: - Nu beregner vi T- _slukketiden.

T _off = (T _on + T _off / (T _on / T _off) +1)

Da vi tidligere har beregnet Ton + Toff og Ton / Toff, bliver beregningen lettere nu, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Trin 5: - Nu er næste trin at beregne Ton, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8.65us = 11.35us

Trin 6: - Vi bliver nødt til at 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 11,35 uS = 454pF

Trin 7: - Nu skal vi beregne den gennemsnitlige induktorstrøm eller

IL (gennemsnit). IL (gennemsnit) = Iout (max) x ((T _til / T _fra) +1)

Vores maksimale udgangsstrøm er 500mA. Så den gennemsnitlige induktorstrøm vil være.5A x (1,31 + 1) = 1,15A.

Trin 8: - 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 1,15 * 30% = 0,34A

Trin 9: - Den skiftende spidsstrøm vil være IL (gennemsnit) + Iripple / 2 = 1,15 +.34 / 2 = 1,32A

Trin 10: - Afhængigt af disse værdier beregner vi induktorværdien

Trin 11: - For 500mA-strømmen vil Rsc-værdien være 0,3 / Ipk. Så for vores krav vil det være Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohm

Trin 12: - Lad os beregne outputkondensatorværdierne

Vi kan vælge en krusningsværdi på 250mV (peak to peak) fra boost output.

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

Vi vælger 220uF, 12V . Jo mere kondensator der bruges, jo mere krusning reducerer det.

Trin 13: - Sidst skal vi beregne værdien for spændingsfeedbackmodstande. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Vi vælger R1-værdi 2k, så R2-værdien vil være 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Vi beregnede alle værdier. Så nedenfor er det endelige skema:

Boost Converter Circuit Diagram

Nødvendige komponenter

1. Relimate-stik til input og output - 2 nr
2. 2k modstand - 1 nr
3. 6,8 k modstand - 1 nr
4. 1N5819- 1 nr
5. 100uF, 12V og 194.94uF, 12V kondensator (220uF, 12V bruges, tæt værdi valgt) 1 nos hver.
6. 18,91uH induktor, 1,5A - 1 nr. (33uH 2.5A bruges, det var let tilgængeligt hos os)
7. 454pF (470pF brugt) keramisk skivekondensator 1 nr
8. 1 Lithium-ion eller Lithium-polymerbatteri Enkeltcelle- eller parallelcelle afhængigt af batterikapaciteten til sikkerhedskopieringsrelateret problem i krævede projekter.
9. MC34063 switch regulator IC
10. .24ohms modstand (.3R, 2W brugt)
11. 1 nr. Veroboard (prikket eller tilsluttet vero kan bruges).
12. Loddekolbe
13. Lodning Flux og lodning ledninger.
14. Yderligere ledninger, hvis det kræves.

Bemærk: Vi har brugt 33uh-induktor, da den let kan fås hos lokale leverandører med den nuværende 2,5A-rating. Også vi har brugt.3R modstand i stedet.22R.

Når komponenterne er arrangeret, loddes komponenterne på Perf-tavlen

Lodning er afsluttet.

Test af Boost Converter-kredsløbet

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

1. Output krusning og spænding ved forskellige belastninger op til 500mA.
2. Effektivitet af kredsløbet.
3. Tomgangsstrømforbrug af kredsløbet.
4. Kortslutningens tilstand.
5. Hvad sker der også, hvis vi overbelaster output?

Vores stuetemperatur er 25 grader Celsius, hvor vi testede kredsløbet.

I ovenstående billede kan vi se DC-belastningen. Dette er en resistiv belastning, og som vi kan se, er 10 stk. 1 ohm modstande i parallel forbindelse den faktiske belastning forbundet over en MOSFET, 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 belastningen i selve belastningen, så når der ikke trækkes nogen belastning af den, viser den standard 70 mA belastningsstrøm. Vi forsyner belastningen fra anden strømforsyning og tester kredsløbet. Den endelige output bliver (Resultat - 70mA ). Vi bruger multimetre med strømføler-tilstand og måler strømmen. Da måleren er i serie med jævnstrømsbelastningen, giver belastningsdisplayet ikke det nøjagtige resultat på grund af shuntmodstandens spændingsfald inde i multimetrene. Vi registrerer målerens resultat.

Nedenfor er vores testopsætning; vi har tilsluttet belastningen over kredsløbet, vi måler udgangsstrømmen over boostregulatoren såvel som udgangsspændingen på den. Et oscilloskop er også forbundet over boostkonverteren, så vi kan også kontrollere udgangsspændingen. Et 18650 lithiumbatteri (1S2P - 3.7V 4400mAH) leverer indgangsspændingen.

Vi tegner.48A eller 480-70 = 410mA strøm fra output. Udgangsspændingen er 5.06V.

På dette tidspunkt, hvis vi kontrollerer top til peak krusning i oscilloskop. Vi kan se outputbølgen, krusningen er 260mV (pk-pk).

Her er den detaljerede testrapport

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

Vi ændrede belastningen og ventede i ca. 3 minutter på hvert trin for at kontrollere, om resultaterne er stabile eller ej. Efter 530mA (.53A) belastning faldt spændingen betydeligt. I andre tilfælde fra 0 belastninger til 500mA faldt udgangsspændingen.46V.

Test af kredsløbet med Bench Power Supply

Da vi ikke kan kontrollere batterispændingen, brugte vi også en variabel strømforsyningsenhed til at kontrollere udgangsspændingen ved minimum og maksimal indgangsspænding (3.3-4.7V) for at kontrollere, om den fungerer eller ej,

I ovenstående billede giver strømforsyningen 3,3 V indgangsspænding. Belastningsdisplayet viser 5,35V output ved 350mA strømforbrug fra skiftende strømforsyning. Da belastningen drives af bænkens strømforsyning, er belastningsdisplayet ikke nøjagtigt. Det aktuelle trækresultat (347mA) består også af det aktuelle træk fra bænkens strømforsyning af selve belastningen. Belastningen drives ved hjælp af bænkstrømforsyningen (12V / 60mA). Så den aktuelle strøm, der trækkes fra MC34063-output, er 347-60 = 287mA.

Vi beregnet effektiviteten ved 3,3 V ved at ændre belastningen, her er resultatet

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

Nu har vi ændret spændingen til 4,2 V-indgang. Vi får 5.41V som output, når vi tegner 357 - 60 = 297mA belastning.

Vi testede også effektiviteten. Det er lidt bedre end det foregående resultat.

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

Kredsløbets ledige strømforbrug registreres 3,47 mA under alle forhold, når belastningen er 0 .

Vi kontrollerede også for kortslutning, observeret normal drift. Efter den maksimale udgangsstrømstærskel bliver udgangsspændingen betydeligt lavere, og efter en vis tid nærmer den sig nul.

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