12V til 5v bukkomformerkrets ved hjelp av mc34063

I den forrige opplæringen demonstrerte vi detaljert design av Boost Converter ved hjelp av MC34063, hvor en 3,7V til 5V boost-konverter ble designet. Her ser vi hvordan du konverterer 12V til 5V. Som vi vet at nøyaktige 5V batterier ikke alltid er tilgjengelige, og noen ganger trenger vi høyere spenning og lavere spenning samtidig for å kjøre forskjellige deler av kretsen, så vi bruker høyere spenningskilde (12v) som hovedstrømkilde og trapper ned dette spenning til lavere spenning (5v) der det er nødvendig. For dette formålet brukes en Buck Converter Circuit i mange elektronikkapplikasjoner som synker inngangsspenningen i henhold til belastningskravet.

Det er mange valg tilgjengelig i dette segmentet; som det ble sett i forrige opplæring, er MC34063 en av de mest populære bytteregulatorene som er tilgjengelige i et slikt segment. MC34063 kan konfigureres i tre modus, Buck, Boost og Inverting. Vi vil bruke Buck-konfigurasjonen til å konvertere 12V DC-kilden til 5V DC med 1A utgangsstrøm. Vi har tidligere bygd enkel Buck Converter-krets ved hjelp av MOSFET; Du kan også sjekke mange flere nyttige kraftelektronikkretser her.

IC MC34063

MC34063 pinout-diagram er vist i bildet nedenfor. På venstre side vises den interne kretsen til MC34063, og på den andre siden vises pinout-diagrammet.

MC34063 er en 1. 5A trinn opp eller trinn ned eller invertere regulator, på grunn av DC-spenningsomforming eiendom, er MC34063 en DC-DC-omformer IC.

Denne IC gir følgende funksjoner i sin 8-pinners pakke-

1. Temperaturkompensert referanse
2. Strømgrense
3. Kontrollert driftssyklusoscillator med aktiv strømutgangsswitch med høy strøm.
4. Godta 3.0V til 40V DC.
5. Kan betjenes ved 100 KHz byttefrekvens med en 2% toleranse.
6. Svært lav ventestrøm
7. Justerbar utgangsspenning

Til tross for disse funksjonene er den også allment tilgjengelig, og den er mye kostnadseffektiv enn andre IC-er som er tilgjengelige i et slikt segment.

I den forrige veiledningen designet vi spenningstrinnskrets ved hjelp av MC34063 for å øke 3,7V litiumbatterispenning til 5,5V, i denne opplæringen vil vi designe 12V til 5V Buck-omformer.

Beregning av komponentenes verdier for Boost Converter

Hvis vi sjekker databladet, kan vi se at det komplette formeldiagrammet er til stede for å beregne de ønskede verdiene som kreves i henhold til vårt krav. Her er formelarket tilgjengelig inne i databladet, og oppstrammingskretsen vises også.

Her er skjematisk uten disse komponentverdiene, som vil bli brukt i tillegg med MC34063.

Vi beregner verdiene som kreves for designet vårt. Vi kan gjøre beregningene fra formlene gitt i databladet, eller vi kan bruke excel-arket fra ON Semiconductors nettsted.

Her er lenken til excel-arket.

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

Fremgangsmåte for å beregne komponentverdiene-

Trinn 1: - Først må vi velge diode. Vi velger allment tilgjengelig diode 1N5819. I henhold til databladet vil diodeens fremoverspenning være 0,60 V. ved 1 A fremoverstrøm.

Trinn 2: - Vi beregner først induktor og bryterstrøm da det vil være nødvendig for videre beregning. Den gjennomsnittlige induktorstrømmen vår vil være toppinduktorstrømmen. Så i vårt tilfelle er induktorstrøm:

IL (gjennomsnitt) = 1A

Trinn 3: - Nå er det tid for ringstrømmen til induktoren. En typisk spole bruker 20-40% av den gjennomsnittlige utgangsstrømmen. Så hvis vi velger induktor ringstrøm 30%, vil det være 1A * 30% = 0,30A

Trinn 4: - Bytte toppstrømmen vil være IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Trinn 5: - Vi beregner t _ON / t _OFF ved å bruke formelen nedenfor

For dette er Vout vår 5V, og diode (Vf) fremover er 0,60V. Minste inngangsspenning Vin (min) er 12V og metningsspenningen er 1V (1V i databladet). Ved å sette alt sammen får vi

(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Så, t _PÅ / t _AV = .93uS

Trinn 6: - Nå skal vi beregne Ton + Toff-tiden, i henhold til formelen Ton + Toff = 1 / f

Vi velger en lavere byttefrekvens, 40 KHz.

Så, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Trinn 7: - Nå skal vi beregne Toff- tiden. Da vi beregnet Ton + Toff og Ton / Toff tidligere, blir beregningen lettere nå,

Trinn 8: - Nå er neste trinn å beregne Ton, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Trinn 9: - Vi må velge timing kondensator Ct, som kreves for å produsere ønsket frekvens.

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

Trinn 10: - Avhengig av hvilke verdier vi vil beregne induktorverdien

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

Trinn 12: - La oss beregne utgangskondensatorverdiene, vi kan velge en ringverdi på 100mV (topp til topp) fra boost-utgangen.

Vi velger 470uF, 25V. Jo mer kondensator som skal brukes, jo mer krusning vil det redusere.

Trinn 13: - Sist må vi beregne verdien for spenningstilbakemotstand. Vi velger R1- verdi 2k, Så R2-verdien blir beregnet som

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

Buck Converter kretsdiagram

Så etter å ha beregnet alle verdiene. Her er den oppdaterte skjemaet

Nødvendige komponenter

1. 2 nr relimekontakt for inngang og utgang
2. 2k motstand - 1 nr
3. 6,2 k motstand - 1 nr
4. 1N5819- 1 nr
5. 100uF, 25V og 359.37uF, 25V kondensator (470uF, 25V brukt, valgt nær verdi) - 1 nos hver.
6. 62,87uH spole, 1,5A 1 nr. (100uH 2.5A brukes, det var lett tilgjengelig i markedet)
7. 482pF (470pF brukt) keramisk skivekondensator - 1 nr
8. 12V strømforsyningsenhet med 1.5A vurdering.
9. MC34063 bryteregulator ic
10. .26ohms motstand (.3R, 2W brukt)
11. 1 nr veroboard (prikket eller tilkoblet vero kan brukes).
12. Loddejern
13. Loddestrøm og loddetråder.
14. Ekstra ledninger om nødvendig.

Etter at komponentene er ordnet, lodder du komponentene på Perf-brettet

Testing av Buck Converter Circuit

Før vi tester kretsen, trenger vi variable DC-belastninger for å trekke strømmen fra DC-strømforsyningen. I det lille elektronikklaboratoriet der vi tester kretsen, er testtoleranser mye høyere, og på grunn av dette er det få måleøyaktigheter som ikke er opp til merket.

Oscilloskop er riktig kalibrert, men kunstige lyder, EMI, RF kan også endre testresultatets nøyaktighet. Multimeteret har også +/- 1% toleranser.

Her vil vi måle følgende ting

1. Utgangsring og spenning ved forskjellige belastninger opp til 1000mA. Test også utgangsspenningen ved full belastning.
2. Effektiviteten til kretsen.
3. Tomgangsstrømforbruk av kretsen.
4. Kortslutningstilstand for kretsen.
5. Også, hva vil skje hvis vi overbelaster produksjonen?

Vår romtemperatur er 26 grader Celsius da vi testet kretsen.

På bildet ovenfor kan vi se DC-belastningen. Dette er en resistiv belastning, og som vi ser, ti nei. av 1 ohm motstander i parallell forbindelse er den faktiske belastningen, som er koblet over en MOS-FET, Vi vil kontrollere MOSFET-porten og la strømmen strømme gjennom motstandene. Disse motstandene konverterer elektriske krefter til varme. Resultatet består av 5% toleranse. Disse belastningsresultatene inkluderer også kraftuttaket til selve lasten, så når ingen belastning kobles over den og drives av en ekstern strømforsyning, vil den vise standard 70 mA laststrøm. I vårt tilfelle vil vi drive belastningen fra ekstern benkstrømforsyning og teste kretsen. Den endelige produksjonen blir (Resultat - 70mA).

Nedenfor er testoppsettet vårt; vi har koblet lasten over kretsen, vi måler utgangsstrømmen over bukkregulatoren samt utgangsspenningen til den. Et oscilloskop er også koblet over bukkomformeren, slik at vi også kan sjekke utgangsspenningen. Vi leverer 12V- inngang fra benken vår strømforsyningsenhet.

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

På dette punktet, hvis vi sjekker topp til topp ring i oscilloskopet. Vi kan se utgangsbølgen, krusningen er 60mV (pk-pk). Noe som er bra for en 12V til 5V Switching buck converter.

Den utgang bølgeform ser slik ut:

Her er tidsrammen for utgangsbølgeformen. Det er 500mV per divisjon og 500uS tidsramme.

Her er den detaljerte testrapporten

Tid (sek)	Last (mA)	Spenning (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 skiftet belastning og ventet i ca 3 minutter på hvert trinn for å sjekke om resultatene er stabile eller ikke. Etter 982mA belastning falt spenningen betydelig. I andre tilfeller fra 0 belastninger til 940 mA, var utgangsspenningen senket 0,02V, noe som er ganske god stabilitet ved full belastning. Også, etter den 982mA belastningen, faller utgangsspenningen betydelig. Vi brukte.3R motstand der.26R var nødvendig, på grunn av det kan vi trekke 982mA laststrøm. Den MC34063 strømforsyningen ikke er i stand til å gi skikkelig stabilitet ved full 1A belastning som vi brukte.3R stedet.26R. Men 982mA er veldig nær 1A utgang. Vi brukte også motstander med 5% toleranser som er mest tilgjengelige på det lokale markedet.

Vi beregnet effektiviteten ved 12V fast inngang og ved å endre belastningen. Her er resultatet

Inngangsspenning (V)	Inngangsstrøm (A)	Inngangseffekt (W)	Utgangsspenning (V)	Utgangsstrøm (A)	Utgangseffekt (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 ser er den gjennomsnittlige effektiviteten rundt 75%, noe som er en god produksjon på dette stadiet.

Tomgangsstrømforbruket til kretsen registreres 3,52mA når belastningen er 0.

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

Etter maksimal utgangsstrømterskel blir utgangsspenningene betydelig lavere, og etter en viss tid nærmer det seg null.

Forbedringer kan gjøres i denne kretsen; vi kan bruke kondensator med lav ESR-verdi med høyere verdi for å redusere utgangsringelen. Det er også nødvendig med riktig PCB-design.