12V till 5V buck-omvandlare krets med MC34063

I föregående handledning visade vi detaljerad design av Boost Converter med MC34063, där en 3,7V till 5V boost-omvandlare designades. Här ser vi hur man konverterar 12V till 5V. Eftersom vi vet att exakta 5V-batterier inte alltid är tillgängliga, och ibland behöver vi högre spänning och lägre spänning samtidigt för att driva olika delar av kretsen, så vi använder högre spänningskälla (12v) som huvudströmkälla och trappar ner detta spänning till lägre spänning (5v) där det behövs. För detta ändamål används en Buck Converter Circuit i många elektronikapplikationer som minskar ingångsspänningen enligt belastningskravet.

Det finns många valmöjligheter i detta segment; som ses i föregående handledning, är MC34063 en av de mest populära växlingsregulatorerna som finns i ett sådant segment. MC34063 kan konfigureras i tre lägen: Buck, Boost och Inverting. Vi kommer att använda Buck-konfigurationen för att konvertera 12V DC-källan till 5V DC med 1A utgångsström. Vi har tidigare byggt en enkel Buck Converter-krets med MOSFET; Du kan också kontrollera många fler användbara kraftelektronik-kretsar här.

IC MC34063

MC34063 pinout-diagram har visats i bilden nedan. På vänster sida visas MC34063s interna krets och på andra sidan visas pinout-diagrammet.

MC34063 är en 1. 5A Steg upp eller steg ner eller inverterande regulator, på grund av DC-spänningsomvandlings egendom, är MC34063 en DC-DC-omvandlare IC.

Denna IC ger följande funktioner i sitt 8-stiftspaket -

Temperaturkompenserad referens
Strömgränskrets
Kontrollerad driftscykeloscillator med en aktiv högströmsförarens utgångsbrytare.
Acceptera 3.0V till 40V DC.
Kan köras med 100 KHz omkopplingsfrekvens med en 2% tolerans.
Mycket låg standbyström
Justerbar utgångsspänning

Trots dessa funktioner är det också allmänt tillgängligt och det är mycket kostnadseffektivt än andra IC: er som finns i ett sådant segment.

I föregående handledning designade vi spänningsförstärkningskrets med hjälp av MC34063 för att öka 3,7 V litiumbatterispänning till 5,5 V, i denna handledning designar vi 12 V till 5 V Buck-omvandlare.

Beräkning av komponentvärdena för Boost Converter

Om vi kontrollerar databladet kan vi se att det fullständiga formeldiagrammet är närvarande för att beräkna önskade värden som krävs enligt vårt krav. Här är formelbladet tillgängligt inuti databladet, och steg-upp-kretsen visas också.

Här är schemat utan dessa komponentvärden, som kommer att användas ytterligare med MC34063.

Vi beräknar de värden som krävs för vår design. Vi kan göra beräkningarna från formlerna i databladet eller så kan vi använda excelbladet från ON Semiconductors webbplats.

Här är länken till Excel-bladet.

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

Steg för att beräkna dessa komponentvärden-

Steg 1: - Först måste vi välja dioden. Vi väljer allmänt tillgänglig diod 1N5819. Enligt databladet är diodens framspänning vid 1A framström 0,60 V.

Steg 2: - Vi beräknar först induktor och kopplingsström eftersom det krävs för ytterligare beräkning. Vår genomsnittliga induktansström kommer att vara den maximala induktansströmmen. Så i vårt fall är induktorström:

IL (genomsnitt) = 1A

Steg 3: - Nu är det dags för induktans krusningsström. En typisk induktor använder 20-40% av den genomsnittliga utströmmen. Så om vi väljer induktorens krusningsström 30% blir den 1A * 30% = 0,30A

Steg 4: - Den växlande toppströmmen är IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Steg 5: - Vi beräknar t _ON / t _OFF med formeln nedan

För detta är vår Vout 5V och diodens (Vf) framspänning är 0,60V. Vår minsta ingångsspänning Vin (min) är 12V och mättnadsspänningen är 1V (1V i databladet). Genom att sätta ihop allt detta får vi

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

Steg 6: - Nu beräknar vi Ton + Toff-tiden enligt formeln Ton + Toff = 1 / f

Vi väljer en lägre omkopplingsfrekvens, 40 kHz.

Så, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Steg 7: - Nu beräknar vi Toff- tiden. Eftersom vi beräknade Ton + Toff och Ton / Toff tidigare blir beräkningen enklare nu,

Steg 8: - Nu är nästa steg att beräkna Ton, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Steg 9: - Vi måste välja timing Kondensator Ct, som kommer att krävas för att producera önskad frekvens.

Ct = 4,0 x10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 12.05uS = 482pF

Steg 10: - Beroende på dessa värden beräknar vi induktansvärdet

Steg 11: - För 1A-strömmen kommer Rsc-värdet att vara 0,3 / Ipk. Så för vårt krav blir det Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohm

Steg 12: - Låt oss beräkna utgångskondensatorvärdena, vi kan välja ett krusningsvärde på 100mV (topp till topp) från boost-utgången.

Vi väljer 470uF, 25V. Ju mer kondensator som används, desto mer krusning minskar den.

Steg 13: - Senast måste vi beräkna värdet för spänningsåterkopplingsmotstånd. Vi väljer R1- värde 2k, Så R2-värdet kommer att beräknas som

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

Buck Converter kretsdiagram

Så efter beräkning av alla värden. Här är det uppdaterade schemat

Nödvändiga komponenter

2 nos relimalkontakt för in- och utgång
2k motstånd - 1 nr
6,2 k motstånd - 1 nr
1N5819- 1 nr
100uF, 25V och 359.37uF, 25V kondensator (470uF, 25V används, nära värde valt) - 1 nos vardera.
62,87uH induktor, 1,5A 1 nr. (100uH 2.5A används, det var lätt tillgängligt på marknaden)
482pF (470pF används) keramisk skivkondensator - 1 nr
12V strömförsörjningsenhet med 1.5A-betyg.
MC34063 switchregulator ic
.26ohms motstånd (.3R, 2W används)
1 nr veroboard (prickad eller ansluten vero kan användas).
Lödkolv
Lödflöde och lödtrådar.
Ytterligare ledningar vid behov.

Efter att ha ordnat komponenterna, löd komponenterna på Perf-kortet

Testa Buck Converter-kretsen

Innan vi testar kretsen behöver vi variabla DC-belastningar för att dra strömmen från DC-strömförsörjningen. I det lilla elektroniklaboratoriet där vi testar kretsen är testtoleranserna mycket högre och på grund av detta är få mätnoggrannheter inte upp till märket.

Oscilloskopet är korrekt kalibrerat men konstgjorda ljud, EMI, RF kan också ändra testresultatens noggrannhet. Dessutom har multimetern +/- 1% toleranser.

Här kommer vi att mäta följande saker

Utgående krusning och spänning vid olika belastningar upp till 1000mA. Testa också utspänningen vid denna fulla belastning.
Kretsens effektivitet.
Kretsens tomgångsförbrukning.
Kortslutningens tillstånd.
Vad kommer också att hända om vi överbelastar produktionen?

Vår rumstemperatur är 26 grader Celsius när vi testade kretsen.

I bilden ovan kan vi se DC-belastningen. Detta är en resistiv belastning och som vi kan se, tio nej. av 1 ohm motstånd i parallell anslutning är den faktiska belastningen, som är ansluten över en MOS-FET, Vi kommer att styra MOSFET-grinden och låta strömmen strömma genom motstånden. Dessa motstånd omvandlar elektriska krafter till värme. Resultatet består av 5% tolerans. Dessa belastningsresultat inkluderar också själva lastens kraftuttag, så när ingen belastning ansluts över den och drivs med en extern strömförsörjning, kommer den att visa standard 70 mA belastningsström. I vårt fall kommer vi att driva belastningen från extern strömförsörjning och testa kretsen. Den slutliga utgången blir (Resultat - 70mA).

Nedan är vår testinställning; vi har anslutit belastningen över kretsen, vi mäter utströmmen över bockregulatorn såväl som utgångsspänningen för den. Ett oscilloskop är också anslutet över buckomvandlaren, så vi kan också kontrollera utspänningen. Vi tillhandahåller 12V- ingång från vår strömförsörjningsenhet.

Vi ritar. 88A eller 952mA-70mA = 882mA ström från utgången. Utgångsspänningen är 5,15V.

Vid denna punkt, om vi kontrollerar topp till topp krusning i oscilloskopet. Vi kan se utgångsvågen, krusningen är 60mV (pk-pk). Vilket är bra för en 12V till 5V Switching buck-omvandlare.

Den utgående vågform ser ut så här:

Här är tidsramen för utgångsvågformen. Det är 500mV per division och 500uS tidsram.

Här är den detaljerade testrapporten

Tid (sekunder)	Belastning (mA)	Spänning (V)	Krusning (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 bytte belastning och väntade i ca 3 minuter på varje steg för att kontrollera om resultaten är stabila eller inte. Efter 982mA belastning sjönk spänningen avsevärt. I andra fall från 0 belastningar till 940 mA var utgångsspänningen som sjönk cirka 0,02 V, vilket är ganska bra stabilitet vid full belastning. Efter den 982mA belastningen sjunker också utspänningen avsevärt. Vi använde.3R-motstånd där.26R krävdes, därför kan vi dra 982mA lastström. Den MC34063 strömförsörjning inte kan tillhandahålla korrekt stabilitet vid full 1A belastning som vi använde.3R istället.26R. Men 982mA är mycket nära 1A-utgången. Vi använde också motstånd med 5% toleranser som oftast är tillgängliga på den lokala marknaden.

Vi beräknade effektiviteten vid 12V fast ingång och genom att ändra belastningen. Här är resultatet

Ingångsspänning (V)	Ingångsström (A)	Ingångseffekt (W)	Utgångsspänning (V)	Utgångsström (A)	Uteffekt (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 är den genomsnittliga effektiviteten cirka 75%, vilket är en bra produktion i detta skede.

Kretsens tomgångsförbrukning registreras 3,52mA när belastningen är 0.

Vi kollade också på kortslutning och vi observerade Normal i kortslutning.

Efter den maximala utströmströskeln blir utspänningarna betydligt lägre och efter en viss tid närmar sig noll.

Förbättringar kan göras i denna krets; vi kan använda låg ESR-kondensator med högre värde för att minska utgången. Det är också nödvändigt med korrekt PCB-design.