3,7V till 5V boost-omvandlarkrets med hjälp av mc34063

I dagens tid berikar litiumbatterier elektronikvärlden. De kan laddas mycket snabbt och ger bra säkerhetskopiering, vilket tillsammans med sina låga tillverkningskostnader gör litiumbatterier till det mest föredragna valet för bärbara enheter. Eftersom ett encells litiumbatteri spänner från minst 3,2 spänning till 4,2 V, är det svårt att driva de kretsar som kräver 5 V eller mer. I sådant fall behöver vi en Boost Converter som ökar spänningen enligt belastningskravet mer än dess ingångsspänning.

Många alternativ finns i detta segment; MC34063 är den mest populära omkopplingsregulatorn i ett sådant segment. MCP34063 kan konfigureras i tre operationer, Buck, Boost och Inverting. Vi använder MC34063 som omkopplare för Boost-regulator och kommer att öka 3,7 V litiumbatterispänning till 5,5 V med 500 mA utgångsströmfunktioner. Vi har tidigare byggt Buck Converter-kretsen för att minska spänningen; Du kan också kolla många intressanta kraftelektronikprojekt 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 -

1. Temperaturkompenserad referens
2. Strömgränskrets
3. Kontrollerad driftscykeloscillator med en aktiv högströmsförarens utgångsbrytare.
4. Acceptera 3.0V till 40V DC.
5. Kan köras med 100 KHz omkopplingsfrekvens med en 2% tolerans.
6. Mycket låg standbyström
7. 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.

Låt oss utforma vår steg-upp-krets med MC34063 för att öka 3,7 V litiumbatterispänning till 5,5 V.

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.

Nu beräknar vi 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 med hjälp av formeln

För detta är vår Vout 5,5V, diodens (Vf) framspänning är 0,60V. Vår minsta spänningsvin (min) är 3,2V eftersom detta är den lägsta acceptabla spänningen från ett encellsbatteri. Och för mättningsspänningen för utgångsbrytaren (Vsat) är den 1V (1V i databladet). Genom att sätta ihop allt detta får vi

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

Steg 3: - Nej, vi beräknar Ton + Toff-tiden enligt formeln Ton + Toff = 1 / f

Vi väljer lägre omkopplingsfrekvens, 50 kHz.

Så, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Så vår Ton + Toff är 20uS

Steg 4: - Nu ska vi beräkna T _off tid.

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

Eftersom vi beräknade Ton + Toff och Ton / Toff tidigare blir beräkningen enklare nu, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Steg 5: - Nu är nästa steg att beräkna Ton, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8.65us = 11.35us

Steg 6: - Vi måste välja tidpunkten för kondensator Ct, som kommer att krävas för att producera önskad frekvens. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 11,35 uS = 454pF

Steg 7: - Nu måste vi beräkna den genomsnittliga induktansströmmen eller

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

Vår maximala utström är 500 mA. Så den genomsnittliga induktorströmmen blir 0,5A x (1,31 + 1) = 1,15A.

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

Steg 9: - Den växlande toppströmmen är IL (avg) + Iripple / 2 = 1,15 +.34 / 2 = 1,32A

Steg 10: - Beroende på dessa värden beräknar vi induktansvärdet

Steg 11: - För 500mA-strömmen kommer Rsc-värdet att vara 0,3 / Ipk. Så för vårt krav blir det Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohms

Steg 12: - Låt oss beräkna utgångskondensatorvärdena

Vi kan välja ett krusningsvärde på 250mV (topp till topp) från boost-utgången.

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

Vi väljer 220uF, 12V . Ju mer kondensator som används desto mer krusning minskar den.

Steg 13: - Senast måste vi beräkna värdet för spänningsåterkopplingsmotstånd. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Vi väljer R1-värde 2k, Så R2-värdet blir 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Vi beräknade alla värden. Så nedan är det slutliga schematiska:

Boost Converter Circuit Diagram

Nödvändiga komponenter

1. Relimalkontakt för ingång och utgång - 2 nr
2. 2k motstånd - 1 nr
3. 6,8 k motstånd - 1 nr
4. 1N5819- 1nr
5. 100uF, 12V och 194.94uF, 12V kondensator (220uF, 12V används, nära värde valt) 1 nos vardera.
6. 18,91uH induktor, 1,5A - 1 nr. (33uH 2.5A används, det var lätt tillgängligt hos oss)
7. 454pF (470pF används) keramisk skivkondensator 1 nr
8. 1 Litiumjon- eller litiumpolymerbatteri Encells- eller parallellcell beroende på batterikapaciteten för säkerhetskopieringsrelaterat problem i nödvändiga projekt.
9. MC34063 växelregulator IC
10. .24ohms motstånd (.3R, 2W används)
11. 1 nr Veroboard (prickad eller ansluten vero kan användas).
12. Lödkolv
13. Lödflöde och lödtrådar.
14. Ytterligare ledningar vid behov.

Obs! Vi har använt 33uh-induktor eftersom den enkelt är tillgänglig hos lokala leverantörer med 2,5A nuvarande betyg. Också vi har använt.3R motstånd istället.22R.

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

Lödningen är klar.

Testa Boost 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

1. Utgående krusning och spänning vid olika belastningar upp till 500 mA.
2. Kretsens effektivitet.
3. Kretsens tomgångsförbrukning.
4. Kortslutningens tillstånd.
5. Vad kommer också att hända om vi överbelastar produktionen?

Vår rumstemperatur är 25 grader Celsius där vi testade kretsen.

I bilden ovan kan vi se DC-belastningen. Detta är en resistiv belastning och som vi kan se är 10st 1 ohm motstånd i parallellanslutning den faktiska belastningen ansluten över en MOSFET, 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 även belastningen på själva lasten, så när ingen belastning dras av den, kommer den att visa standard 70 mA belastningsström. Vi kommer att driva lasten från annan strömförsörjning och testa kretsen. Den slutliga produktionen blir (Resultat - 70mA ). Vi kommer att använda multimetrar med strömavkänningsläge och mäta strömmen. Eftersom mätaren är i serie med likströmsbelastningen, kommer inte lastdisplayen att ge det exakta resultatet på grund av spänningsfallet för shuntmotstånden inuti multimetrarna. Vi registrerar mätarens resultat.

Nedan är vår testinställning; vi har anslutit belastningen över kretsen, vi mäter utströmmen över boostregulatorn liksom dess utspänning. Ett oscilloskop är också anslutet över boostomvandlaren, så vi kan också kontrollera utspänningen. Ett 18650 litiumbatteri (1S2P - 3.7V 4400mAH) tillhandahåller ingångsspänningen.

Vi drar.48A eller 480-70 = 410mA ström från utgången. Utgångsspänningen är 5.06V.

Vid denna punkt, om vi kontrollerar topp till topp krusning i oscilloskopet. Vi kan se utgångsvågen, krusningen är 260mV (pk-pk).

Här är den detaljerade testrapporten

Tid (sekunder)	Belastning (mA)	Spänning (V)	Krusning (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 bytte last och väntade i ca 3 minuter på varje steg för att kontrollera om resultaten är stabila eller inte. Efter 530mA (.53A) belastning sjönk spänningen avsevärt. I andra fall från 0 belastningar till 500mA sjönk utspänningen.46V.

Testa kretsen med Bench Power Supply

Eftersom vi inte kan kontrollera batterispänningen använde vi också en variabel strömförsörjningsenhet för att kontrollera utspänningen vid lägsta och högsta ingångsspänning (3,3-4,7V) för att kontrollera om den fungerar eller inte,

I ovanstående bildbänk ger strömförsörjningen 3,3 V ingångsspänning. Lastdisplayen visar 5,35V uteffekt vid 350mA strömuttag från strömbrytaren. Eftersom belastningen drivs av bänkens strömförsörjning är lastdisplayen inte korrekt. Det aktuella dragresultatet (347mA) består också av strömförbrukningen från bänkens strömförsörjning av själva lasten. Lasten drivs med strömförsörjningen (12V / 60mA). Så den faktiska strömmen som dras från MC34063-utgången är 347-60 = 287mA.

Vi beräknade effektiviteten vid 3,3 V genom att ändra belastningen, här är resultatet

Ingångsspänning (V)	Ingångsström (A)	Ingångseffekt (W)	Utgångsspänning (V)	Utgångsström (A)	Uteffekt (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 ändrat spänningen till 4,2V ingång. Vi får 5,41V som utgång när vi drar 357 - 60 = 297mA belastning.

Vi testade också effektiviteten. Det är något bättre än föregående resultat.

Ingångsspänning (V)	Ingångsström (A)	Ingångseffekt (W)	Utgångsspänning (V)	Utgångsström (A)	Uteffekt (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

Kretsens tomgångsförbrukning registreras 3,47 mA vid alla förhållanden när belastningen är 0 .

Vi kollade också efter kortslutning, observerad normal drift. Efter den maximala utgångsströmtröskeln blir utspänningen betydligt lägre och efter en viss tid närmar sig noll.

Förbättringar kan göras i denna krets; en låg ESR-kondensator med högre värde kan användas för att minska utgående krusning. Det är också nödvändigt med korrekt PCB-design.