3,7V til 5V boost-omformerkrets ved hjelp av mc34063

I moderne dager beriker litiumbatterier elektronikkverdenen. De kan lades veldig raskt og gir god sikkerhetskopiering, noe som sammen med lave produksjonskostnader gjør litiumbatterier til det mest foretrukne valget for bærbare enheter. Som et encellet litiumbatteri spenner fra minimum 3,2 spenning til 4,2 V, er det vanskelig å drive de kretsene som krever 5 V eller mer. I slike tilfeller trenger vi en Boost Converter som øker spenningen i henhold til belastningskravet, mer enn inngangsspenningen.

Mange valg tilgjengelig i dette segmentet; MC34063 er den mest populære bytteregulatoren i et slikt segment. MCP34063 kan konfigureres i tre operasjoner, Buck, Boost og Inverting. Vi bruker MC34063 som bytter Boost regulator og vil øke 3.7V litiumbatterispenning til 5.5V med 500mA utgangsstrømfunksjoner. Vi har tidligere bygd Buck Converter-krets for å trappe ned spenningen; Du kan også sjekke mange interessante kraftelektronikkprosjekter 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.

La oss designe oppstartskretsen vår ved hjelp av MC34063 for å øke 3,7V litiumbatterispenning til 5,5V.

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.

Nå skal vi beregne 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 dioden. Vi velger allment tilgjengelig diode 1N5819. I henhold til databladet vil diodens fremoverspenning ved 1A fremover være 0,60 V.

Trinn 2: - Vi vil beregne ved hjelp av formelen

For dette er Vout vår 5,5V, Fremoverspenningen til dioden (Vf) er 0,60V. Minimumsspenningen Vin (min) er 3,2V, da dette er den laveste akseptable spenningen fra et enkeltcellsbatteri. Og for metningsspenningen til utgangsbryteren (Vsat) er den 1V (1V i databladet). Ved å sette alt sammen får vi

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

Trinn 3: - Nei, vi beregner Ton + Toff-tiden, i henhold til formelen Ton + Toff = 1 / f

Vi velger lavere byttefrekvens, 50 KHz.

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

Trinn 4: - Nå vil vi beregne T _off tid.

T _av = (T _på + T _av / (T _på / T _av) +1)

Da vi beregnet Ton + Toff og Ton / Toff tidligere, blir beregningen lettere nå, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Trinn 5: - Nå er neste trinn å beregne Ton, T _på = (T _på + T _av) - T _av = 20us - 8.65us = 11.35us

Trinn 6: - 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 11,35 uS = 454pF

Trinn 7: - Nå må vi beregne gjennomsnittlig induktorstrøm eller

IL (avg). IL (avg) = Iout (max) x ((T _on / T _off) +1)

Vår maksimale utgangsstrøm vil være 500 mA. Så den gjennomsnittlige induktorstrømmen vil være 0,5A x (1,31 + 1) = 1,15A.

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

Trinn 9: - Bytte toppstrømmen vil være IL (avg) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

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

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

Trinn 12: - La oss beregne utgangskondensatorverdiene

Vi kan velge en ringverdi på 250mV (topp til topp) fra boost-effekten.

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

Vi velger 220uF, 12V . Jo mer kondensator som skal brukes, desto mer krusning vil det redusere.

Trinn 13: - Sist må vi beregne verdien for spenningstilbakemotstand. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Vi vil velge R1-verdi 2k, så R2-verdien vil være 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Vi beregnet alle verdiene. Så nedenfor er den endelige skjematikken:

Boost Converter kretsdiagram

Nødvendige komponenter

1. Relimate-kontakt for inngang og utgang - 2 nr
2. 2k motstand - 1 nr
3. 6,8k motstand - 1 nr
4. 1N5819- 1nr
5. 100uF, 12V og 194.94uF, 12V kondensator (220uF, 12V brukes, lukket verdi valgt) 1 nos hver.
6. 18,91uH induktor, 1,5A - 1 nr. (33uH 2.5A brukes, den var lett tilgjengelig hos oss)
7. 454pF (470pF brukt) keramisk skivekondensator 1 nr
8. 1 Litiumion- eller litiumpolymerbatteri Encelle- eller parallellcelle, avhengig av batterikapasiteten for sikkerhetskopieringsrelaterte problemer i nødvendige prosjekter.
9. MC34063 bryteregulator IC
10. .24ohms 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.

Merk: Vi har brukt 33uh induktor, da den lett er tilgjengelig med lokale leverandører med 2.5A gjeldende vurdering. Også vi har brukt.3R motstand i stedet.22R.

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

Loddingen er fullført.

Testing av Boost Converter-kretsen

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 500mA.
2. Effektivitet av kretsen.
3. Tomgangsstrømforbruk av kretsen.
4. Kortslutningstilstand for kretsen.
5. Også, hva vil skje hvis vi overbelaster produksjonen?

Vår romtemperatur er 25 grader Celsius der vi testet kretsen.

På bildet ovenfor kan vi se DC-belastningen. Dette er en resistiv belastning, og som vi kan se, er 10 stk 1 ohm motstander i parallell forbindelse den faktiske belastningen som er koblet over en MOSFET. 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 trekkes av den, vil den vise standard 70 mA laststrøm. Vi vil drive lasten fra annen strømforsyning og teste kretsen. Den endelige produksjonen blir (Resultat - 70mA ). Vi vil bruke multimetre med nåværende sensormodus og måle strømmen. Ettersom måleren er i serie med likestrømbelastningen, vil ikke lastdisplayet gi det eksakte resultatet på grunn av spenningsfallet for shuntmotstandene inne i multimeterene. Vi vil registrere målerens resultat.

Nedenfor er testoppsettet vårt; vi har koblet belastningen over kretsen, vi måler utgangsstrømmen over boostregulatoren, så vel som utgangsspenningen til den. Et oscilloskop er også koblet over boost-omformeren, slik at vi også kan sjekke utgangsspenningen. Et 18650 litiumbatteri (1S2P - 3.7V 4400mAH) leverer inngangsspenningen.

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

På dette punktet, hvis vi sjekker topp til topp ring i oscilloskop. Vi kan se utgangsbølgen, krusningen er 260mV (pk-pk).

Her er den detaljerte testrapporten

Tid (sek)	Last (mA)	Spenning (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 skiftet belastning og ventet i ca 3 minutter på hvert trinn for å sjekke om resultatene er stabile eller ikke. Etter 530mA (.53A) belastning, falt spenningen betydelig. I andre tilfeller fra 0 belastninger til 500mA falt utgangsspenningen.46V.

Test av kretsen med Bench Power Supply

Siden vi ikke kan kontrollere batterispenningen, brukte vi også en strømforsyningsenhet med variabel benk for å kontrollere utgangsspenningen ved minimum og maksimal inngangsspenning (3,3-4,7V) for å sjekke om den fungerer eller ikke,

I ovenstående bilde benk strømforsyning gi 3,3V inngangsspenning. Lastdisplayet viser 5,35V utgang ved 350mA strømuttak fra bytte strømforsyning. Ettersom belastningen drives av benkens strømforsyning, er ikke lastdisplayet nøyaktig. Det nåværende trekkresultatet (347mA) består også av strømtrekket fra benkens strømforsyning av selve lasten. Lasten drives av benkestrømforsyningen (12V / 60mA). Så den faktiske strømmen som trekkes fra MC34063-utgangen er 347-60 = 287mA.

Vi beregnet effektiviteten ved 3,3 V ved å endre belastningen, her er resultatet

Inngangsspenning (V)	Inngangsstrøm (A)	Inngangseffekt (W)	Utgangsspenning (V)	Utgangsstrøm (A)	Utgangseffekt (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

Nå har vi endret spenningen til 4,2V inngang. Vi får 5,41V som utgang når vi tegner 357 - 60 = 297mA belastning.

Vi testet også effektiviteten. Det er litt bedre enn forrige resultat.

Inngangsspenning (V)	Inngangsstrøm (A)	Inngangseffekt (W)	Utgangsspenning (V)	Utgangsstrøm (A)	Utgangseffekt (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

Tomgangsstrømforbruket til kretsen registreres 3,47 mA under alle forhold når belastningen er 0 .

Vi sjekket også for kortslutning, normal drift observert. Etter maksimal utgangsstrømsterskel blir utgangsspenningen betydelig lavere, og etter en viss tid nærmer den seg null.

Forbedringer kan gjøres i denne kretsen; en kondensator med lav ESR-verdi med høyere verdi kan brukes til å redusere utgangsringelen. Også riktig PCB-design er nødvendig.