מעגל ממיר דחיפה 3.7V עד 5V באמצעות mc34063

בימינו, סוללות ליתיום מעשירות את עולם האלקטרוניקה. ניתן לטעון אותם במהירות רבה ולספק גיבוי טוב, אשר יחד עם עלות הייצור הנמוכה שלהם הופכת את סוללות הליתיום לבחירה המועדפת ביותר על מכשירים ניידים. כמתח מתח סוללת ליתיום תא בודד בין מתח מינימלי של 3.2 ל -4.2 וולט, קשה להפעיל את אותם מעגלים שדורשים 5 וולט ומעלה. במקרה כזה אנו זקוקים לממיר Boost אשר יגביר את המתח בהתאם לדרישת העומס, יותר ממתח הקלט.

הרבה אפשרויות זמינות בקטע זה; MC34063 הוא הרגולטור למיתוג הפופולרי ביותר בפלח כזה. ניתן להגדיר MCP34063 בשלושה המבצע, באק, Boost ו היפוך. אנו משתמשים ב- MC34063 כמווסת Boost ומתגבר את מתח סוללת הליתיום 3.7V ל 5.5V עם יכולות זרם פלט של 500mA. בנינו בעבר מעגל ממיר באק כדי להנמיך את המתח; אתה יכול גם לבדוק כאן הרבה פרויקטים מעניינים של מוצרי אלקטרוניקה.

IC MC34063

תרשים pinout MC34063 הוצג בתמונה למטה. בצד שמאל המעגל הפנימי של MC34063 מוצג, ומצד שני מוצגת דיאגרמת ה- pinout.

MC34063 הוא 1. 5A שלב למעלה או צעד למטה או היפוך הרגולטור, בשל נכס המרת מתח DC, MC34063 הוא DC-DC ממיר IC.

IC זה מספק את התכונות הבאות בחבילת 8 פינים שלו -

1. התייחסות מפוצה לטמפרטורה
2. מעגל מגבלות זרם
3. מתנד מחזור עבודה מבוקר עם מתג יציאת זרם פעיל פעיל.
4. קבל 3.0V עד 40V DC.
5. ניתן להפעיל בתדר מיתוג של 100 קילוהרץ עם סובלנות של 2%.
6. זרם המתנה נמוך מאוד
7. מתח יציאה מתכוונן

כמו כן, למרות תכונות אלה, הוא זמין באופן נרחב והוא חסכוני בהרבה מאשר מכשירי IC אחרים הזמינים בפלח כזה.

בואו נתכנן את מעגל ההעלאה שלנו באמצעות MC34063 כדי להגביר את מתח סוללת הליתיום של 3.7 וולט ל -5.5 וולט.

חישוב ערכי הרכיבים עבור ממיר Boost

אם נבדוק את גליון הנתונים, אנו יכולים לראות את טבלת הנוסחאות המלאה כדי לחשב את הערכים הרצויים הנדרשים בהתאם לדרישתנו. להלן גיליון הנוסחאות הזמין בתוך גליון הנתונים, ומעגל ההעלאה מוצג גם כן.

להלן הסכימה ללא ערך הרכיבים הללו, שישמשו בנוסף עם MC34063.

כעת נחשב את הערכים הנדרשים לעיצוב שלנו. אנו יכולים לבצע את החישובים מהנוסחאות המופיעות בגליון הנתונים או שנוכל להשתמש בגיליון האקסל שמספק אתר ON Semiconductor. הנה הקישור של גיליון האקסל.

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

שלבים לחישוב ערכי רכיבים אלה

שלב 1: - ראשית עלינו לבחור את הדיודה. אנו נבחר בדיודה 1N5819 הזמינה באופן נרחב. בהתאם לגליון הנתונים, בזרם קדימה 1A המתח הקדמי של הדיודה יהיה 0.60 V.

שלב 2: - אנו נחשב את הנוסחה באמצעות

לשם כך ה- Vout שלנו הוא 5.5V, המתח הקדמי של הדיודה (Vf) הוא 0.60V. מתח הווין המינימלי שלנו (דק ') הוא 3.2 וולט שכן זהו המתח הנמוך ביותר המקובל מסוללת תא בודד. ולמתח הרוויה של מתג הפלט (Vsat), הוא 1V (1V בגליון הנתונים). על ידי, לשים את כל זה אנחנו מקבלים

(5.5 + 0.60-3.2 / 3.2-1) = 0.9 אז, t _ON / t _OFF = 1.31

שלב 3: - לא נחשב את זמן Ton + Toff, לפי הנוסחה Ton + Toff = 1 / f

אנו נבחר בתדר מיתוג נמוך יותר, 50 קילו-הרץ.

אז, טון + טוף = 1 / 50Khz = 20us אז הטון + טוף שלנו הוא 20uS

שלב 4: - כעת נחשב את זמן ה- T _off.

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

כפי שחישבנו את טון + טוף וטון / טוף בעבר, החישוב יהיה קל יותר כעת, טוף = 20us / 1.31 + 1 = 8.65us

שלב 5: - עכשיו השלב הבא הוא חישוב טון, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8.65us = 11.35us

שלב 6: - נצטרך לבחור את תזמון הקבל Ct, שיידרש כדי לייצר את התדר הרצוי. Ct = 4.0 x 10 ^-5 x Ton = 4.0 x 10 ^-5 x 11.35uS = 454pF

שלב 7: - כעת עלינו לחשב את זרם המשרן הממוצע או

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

זרם התפוקה המרבי שלנו יהיה 500mA. אז, זרם המשרן הממוצע יהיה.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.

שלב 8: - עכשיו הגיע הזמן לזרם האדווה של המשרן. משרן אופייני להשתמש 20-40% מזרם היציאה הממוצע. לכן, אם אנו בוחרים את זרם אדווה המשרן 30%, זה יהיה 1.15 * 30% = 0.34A

שלב 9: - זרם השיא המיתוג יהיה IL (ממוצע) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

שלב 10: - בהתאם לערכים אלה נחשב את ערך המשרן

שלב 11: - עבור זרם 500mA, ערך Rsc יהיה 0.3 / Ipk. לכן, עבור הדרישה שלנו זה יהיה Rsc =.3 / 1.32 =.22 אוהם

שלב 12: בואו נחשב את ערכי קבלים המוצא

אנו יכולים לבחור ערך אדווה של 250mV (שיא לשיא) מתפוקת הדחיפה.

אז, Cout = 9 * (0.5 * 11.35us / 0.25) = 204.3uF

אנו נבחר 220uF, 12V . ככל שיש להשתמש בקבלים רבים יותר כך יפחית אדווה רבה יותר.

שלב 13: - אחרון עלינו לחשב את ערך נגדי משוב המתח. Vout = 1.25 (1 + R2 / R1)

אנו בוחרים ערך R1 2k, אז ערך R2 יהיה 5.5 = 1.25 (1 + R2 / 2k) = 6.8k

חישבנו את כל הערכים. להלן הסכימה הסופית:

תרשים מעגל ממיר Boost

רכיבים נדרשים

1. מחבר מתאם קלט ופלט - 2 מספרים
2. נגד 2k - 1 נק '
3. נגד 6.8k- 1 מס '
4. 1N5819- 1 מספר
5. 100uF, 12V ו- 194.94uF, קבלים 12V (משתמשים ב- 220uF, 12V, נבחר ערך סגור) 1 מס 'כל אחד.
6. משרן 18.91uH, 1.5A - 1 מס '. (33uH 2.5A משמש, זה היה זמין בקלות אצלנו)
7. 454pF (470pF בשימוש) קבלים דיסק קרמי 1 מס '
8. 1 סוללת ליתיום או פולימר ליתיום תא בודד או תא מקביל, בהתאם לקיבולת הסוללה לבעיות הקשורות לגיבוי בפרויקטים נדרשים.
9. ויסות מיתוג MC34063
10. נגד.24 אוהם (.3R, 2W בשימוש)
11. 1 מס 'Veroboard (ניתן להשתמש בוורו מנוקד או מחובר).
12. מלחם
13. הלחמת שטף וחוטי הלחמה.
14. חוטים נוספים במידת הצורך.

הערה: השתמשנו במשרן 33uh מכיוון שהוא זמין בקלות עם ספקים מקומיים עם הדירוג הנוכחי של 2.5A. כמו כן השתמשנו בנגד.3R במקום.22R.

לאחר סידור הרכיבים, הלחמו את הרכיבים על לוח Perf

ההלחמה הסתיימה.

בדיקת מעגל ממיר Boost

לפני בדיקת המעגל אנו זקוקים לעומסי DC משתנים כדי לשאוב את הזרם מאספקת DC. במעבדת האלקטרוניקה הקטנה בה אנו בודקים את המעגל, סובלנות הבדיקה גבוהה בהרבה ובשל כך מעט דיוקי המדידה אינם עומדים בסימן.

אוסצילוסקופ מכויל כהלכה אך רעשים מלאכותיים, EMI, RF יכולים גם לשנות את דיוק תוצאות הבדיקה. כמו כן, למולטימטר יש +/- 1% סובלנות.

כאן נמדוד את הדברים הבאים

1. אדוות יציאה ומתח בעומסים שונים עד 500mA.
2. יעילות המעגל.
3. צריכת זרם סרק במעגל.
4. מצב קצר במעגל.
5. כמו כן, מה יקרה אם נטען את התפוקה?

טמפרטורת החדר שלנו היא 25 מעלות צלזיוס שם בדקנו את המעגל.

בתמונה שלעיל אנו יכולים לראות את עומס ה- DC. זהו עומס התנגדות וכפי שאנו רואים, נגדי 10 אוהם 1 אוהם בחיבור מקביל הם העומס הממשי המחובר על פני MOSFET, אנו נשלוט בשער MOSFET ונאפשר לזרם לזרום דרך הנגדים. נגדים אלה ממירים כוחות חשמליים לחום. התוצאה כוללת 5% סובלנות. גם תוצאות העומס הללו כוללות את משיכת ההספק של העומס עצמו, כך שכאשר שום עומס לא נמשך על ידיו, הוא יציג ברירת מחדל של 70mA הנוכחי. אנו מפעילים את העומס מאספקת חשמל אחרת ונבדוק את המעגל. התפוקה הסופית תהיה (תוצאה - 70mA ). נשתמש במולטימטרים עם מצב חישה הנוכחי ונמדוד את הזרם. מכיוון שהמונה נמצא בסדרה עם עומס הספק, תצוגת העומס לא תספק את התוצאה המדויקת בגלל ירידת מתח הנגדים המחליקים בתוך המולטימטר. נרשום את תוצאת המונה.

להלן הגדרת הבדיקה שלנו; חיברנו את העומס על פני המעגל, אנו מודדים את זרם היציאה על פני וסת הדחיפה וכן את מתח המוצא של זה. אוסצילוסקופ מחובר גם על פני ממיר הדחיפה, כך שנוכל לבדוק גם את מתח המוצא. 18,650 סוללת ליתיום (1S2P - 4400mAh 3.7V) מספק מתח הכניסה.

אנו מציירים.48A או 480-70 = 410mA זרם מהפלט. מתח המוצא הוא 5.06 וולט.

בשלב זה, אם נבדוק את שיא האדווה בשיא באוסילוסקופ. אנו יכולים לראות את גל הפלט, האדווה היא 260mV (pk-pk).

הנה דו"ח הבדיקה המפורט

זמן (שניות)	עומס (mA)	מתח (V)	אדווה (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

שינינו את העומס וחיכינו כ -3 דקות בכל צעד כדי לבדוק אם התוצאות יציבות או לא. לאחר עומס של 530mA (.53A), המתח ירד משמעותית. במקרים אחרים מ- 0 עומסים ל- 500mA מתח המוצא ירד.46V.

בדיקת המעגל באמצעות אספקת חשמל ספסל

מכיוון שאיננו יכולים לשלוט על מתח הסוללה, השתמשנו גם ביחידת ספק כוח משתנה לספסל כדי לבדוק את מתח המוצא במתח כניסה מינימלי ומקסימלי (3.3-4.7 וולט) כדי לבדוק אם הוא פועל או לא,

בספק ספסל התמונה לעיל מספקים מתח כניסה 3.3V. תצוגת העומס מציגה פלט 5.35 וולט בהספק זרם 350mA מאספקת החשמל המיתוג. מכיוון שהעומס מופעל על ידי אספקת החשמל של הספסל, תצוגת העומס אינה מדויקת. תוצאת המשיכה הנוכחית (347mA) כוללת גם את המשיכה הנוכחית מאספקת החשמל של הספסל על ידי העומס עצמו. העומס מופעל באמצעות אספקת החשמל של הספסל (12V / 60mA). כך שהזרם האמיתי הנמשך מפלט MC34063 הוא 347-60 = 287mA.

חישבנו את היעילות ב -3.3 וולט על ידי שינוי העומס, הנה התוצאה

מתח כניסה (V)	זרם כניסה (A)	הספק כניסה (W)	מתח יציאה (V)	זרם פלט (A)	הספק יציאה (W)	יעילות (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

עכשיו שינינו את המתח לכניסת 4.2V. אנו מקבלים 5.41V כפלט כאשר אנו מציירים עומס של 357 - 60 = 297mA.

בדקנו גם את היעילות. זה מעט טוב יותר מהתוצאה הקודמת.

מתח כניסה (V)	זרם כניסה (A)	הספק כניסה (W)	מתח יציאה (V)	זרם פלט (A)	הספק יציאה (W)	יְעִילוּת
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

צריכת זרם סרק במעגל נרשמת 3.47mA בכל מצב כאשר העומס הוא 0 .

כמו כן, בדקנו אם נצפה פעולה קצרה, רגילה. לאחר סף זרם המוצא המרבי מתח המוצא יורד משמעותית ולאחר זמן מסוים הוא מתקרב לאפס.

ניתן לבצע שיפורים במעגל זה; ניתן להשתמש בקבל בעל ערך גבוה יותר של ESR להפחתת אדוות הפלט. כמו כן, יש צורך בתכנון נכון של PCB.