Circuit convertidor de 12 a 5 volts mitjançant mc34063

Al tutorial anterior, vam demostrar el disseny detallat de Boost Converter mitjançant MC34063, on es va dissenyar un convertidor d’augment de 3,7V a 5V. Aquí veiem com convertir 12V a 5V. Com sabem, les bateries exactes de 5V no sempre estan disponibles i, de vegades, necessitem tensió més alta i baixa tensió alhora per conduir diferents parts del circuit, de manera que utilitzem la font de major tensió (12v) com a font d’alimentació principal i baixem aquesta tensió a baixa tensió (5v) sempre que sigui necessari. Amb aquest propòsit, s’utilitza un circuit convertidor Buck en moltes aplicacions d’electrònica que baixa la tensió d’entrada segons el requisit de càrrega.

Hi ha moltes opcions disponibles en aquest segment; tal com es va veure al tutorial anterior, MC34063 és un dels reguladors de commutació més populars disponibles en aquest segment. MC34063 es pot configurar en tres modes, Buck, Boost i Inverting. Utilitzarem la configuració Buck per convertir la font de 12 V CC a 5 V CC amb capacitat de corrent de sortida 1 A. Prèviament, hem creat un circuit senzill de convertidor Buck mitjançant MOSFET; aquí també podeu consultar molts circuits electrònics de potència més útils.

IC MC34063

El diagrama de pinout MC34063 s'ha mostrat a la imatge següent. A la part esquerra es mostra el circuit intern de l'MC34063 i, a l'altra banda, es mostra el diagrama de pinout.

MC34063 és un 1. 5A Pas dalt o pas a baix o invertint regulador, a causa de DC propietat de conversió de voltatge, MC34063 és un convertidor DC-DC IC.

Aquest IC proporciona les funcions següents al seu paquet de 8 pins:

Referència compensada per temperatura
Circuit límit de corrent
Oscil·lador de cicle de treball controlat amb un interruptor de sortida de controlador actiu d’alta intensitat.
Accepteu de 3,0 V a 40 V CC.
Pot funcionar a una freqüència de commutació de 100 KHz amb una tolerància del 2%.
Corrent d'espera molt baix
Tensió de sortida ajustable

A més, malgrat aquestes característiques, està àmpliament disponible i és molt rendible que altres circuits integrats disponibles en aquest segment.

En el tutorial anterior, vam dissenyar un circuit de pujada de tensió mitjançant MC34063 per augmentar el voltatge de la bateria de liti de 3,7 V a 5,5 V, en aquest tutorial dissenyarem un convertidor Buck de 12 V a 5 V.

Càlcul dels valors dels components per a Boost Converter

Si comprovem el full de dades, podem veure que hi ha un gràfic de fórmules complet per calcular els valors desitjats necessaris segons el nostre requisit. Aquí teniu el full de fórmules disponible dins del full de dades i també es mostra el circuit de pujada.

Aquí teniu l’ esquema sense el valor d’aquests components, que s’utilitzarà addicionalment amb l’ MC34063.

Calcularem els valors necessaris per al nostre disseny. Podem fer els càlculs a partir de les fórmules proporcionades al full de dades o podem utilitzar el full Excel proporcionat pel lloc web d’ON Semiconductor.

Aquí teniu l’enllaç del full Excel.

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

Passos per calcular aquests valors de components-

Pas 1: - Primer, hem de seleccionar el díode. Triarem el díode 1N5819 àmpliament disponible. Segons el full de dades, a 1A corrent directe la tensió directa del díode serà de 0,60 V.

Pas 2: - Primer calculem l’inductor i el corrent de commutació, ja que serà necessari per a un càlcul posterior. El nostre corrent mitjà d’inductor serà el corrent màxim d’inductor. Per tant, en el nostre cas, el corrent d’inductor és:

IL (mitjana) = 1A

Pas 3: - Ara és hora del corrent ondulant de l’inductor. Un inductor típic utilitza un 20-40% del corrent de sortida mitjà. Per tant, si escollim el corrent d’ondulació de l’inductor un 30%, serà d’1A * 30% = 0,30A

Pas 4: - El corrent de pic de commutació serà IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Pas 5: - Calcularem la t _ON / t _OFF mitjançant la fórmula següent

Per a això, el nostre Vout és de 5V i el voltatge directe del díode (Vf) és de 0,60V. La nostra tensió mínima d’entrada Vin (mín.) És de 12 V i la tensió de saturació és d’1 V (1 V al full de dades). En posar tot això en comú, aconseguim

(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Per tant, t _ON / t _OFF =, 93uS

Pas 6: - Ara calcularem el temps Ton + Toff, segons la fórmula Ton + Toff = 1 / f

Seleccionarem una freqüència de commutació inferior, 40Khz.

Per tant, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Pas 7: - Ara calcularem el temps de Toff. Com hem calculat anteriorment Ton + Toff i Ton / Toff, el càlcul serà més fàcil ara,

Pas 8: - Ara el següent pas és calcular la tona, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Pas 9: - Hem de triar el temps Condensador Ct, que serà necessari per produir la freqüència desitjada.

Ct = 4,0 x10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 12,05uS = 482pF

Pas 10: - En funció d’aquests valors calcularem el valor de l’inductor

Pas 11: - Per al corrent 1A, el valor Rsc serà de 0,3 / Ipk. Per tant, per al nostre requisit serà Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohms

Pas 12: - Calculem els valors del condensador de sortida, podem escollir un valor de ondulació de 100mV (pic a pic) de la sortida d’augment.

Anem a triar 470uF, 25V. Com més condensador s’utilitzarà, més ondulació reduirà.

Pas 13: - Per últim, hem de calcular el valor de les resistències de retroalimentació de voltatge. Anem a triar R1 valor 2k, Per tant, el valor R2 es calcula com

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

Diagrama del circuit del convertidor Buck

Així doncs, després de calcular tots els valors. Aquí teniu l’esquema actualitzat

Components necessaris

Connector de 2 nus relimate per a entrada i sortida
2k resistència- 1 núms
Resistència de 6,2 k- 1 núms
1N5819- 1 núm
100uF, 25V i 359,37uF, condensador de 25V (470uF, 25V usats, valor proper seleccionat) - 1 nus cadascun.
62,87uH inductor, 1,5A 1 núms. (S'utilitza 100uH 2,5A, estava disponible al mercat)
Condensador de disc ceràmic 482pF (470pF usat) - 1 núms
Unitat d'alimentació de 12V amb una potència nominal de 1,5A.
MC34063 regulador de commutació ic
Resistència de.26ohms (.3R, 2W usats)
1 nos veroboard (es pot utilitzar vero puntejat o connectat).
Soldador
Flux de soldadura i cables de soldadura.
Fils addicionals si cal.

Després d’organitzar els components, soldeu-los a la placa Perf

Prova del circuit del convertidor Buck

Abans de provar el circuit, necessitem càrregues de CC variables per extreure el corrent de la font d'alimentació de CC. Al petit laboratori d’electrònica on estem provant el circuit, les toleràncies de les proves són molt més altes i, per això, poques precisions de mesura no estan a l’alçada.

L'oscil·loscopi està calibrat correctament, però els sorolls artificials, EMI, RF també poden canviar la precisió del resultat de la prova. A més, el multímetre té toleràncies de +/- 1%.

Aquí mesurarem les següents coses

Ondulació i tensió de sortida a diverses càrregues de fins a 1000 mA. A més, proveu el voltatge de sortida a aquesta càrrega completa.
L'eficiència del circuit.
Consum de corrent al ralentí del circuit.
Estat del curtcircuit del circuit.
A més, què passarà si sobrecarreguem la sortida?

La temperatura de la nostra habitació és de 26 graus centígrads quan vam provar el circuit.

A la imatge anterior, podem veure la càrrega de CC. Es tracta d’una càrrega resistiva i, com podem veure, deu no. de resistències d'1 ohm en connexió paral·lela són la càrrega real, que es connecta a través d'un MOS-FET, controlarem la porta MOSFET i permetrem que el corrent flueixi a través de les resistències. Aquests resistors converteixen les potències elèctriques en calor. El resultat consisteix en un 5% de tolerància. A més, aquests resultats de càrrega inclouen el consum de potència de la pròpia càrrega, de manera que quan no es connecta cap càrrega a través d’ella i s’alimenta mitjançant una font d’alimentació externa, mostrarà 70 mA per defecte de corrent de càrrega. En el nostre cas, alimentarem la càrrega de la font d'alimentació externa del banc i provarem el circuit. La sortida final serà (Resultat - 70mA).

A continuació es mostra la configuració de la nostra prova; hem connectat la càrrega a través del circuit, mesurem el corrent de sortida a través del regulador de buck, així com la seva tensió de sortida. També es connecta un oscil·loscopi a través del convertidor Buck, de manera que també podem comprovar la tensió de sortida. Proporcionem entrada de 12V des de la nostra font d'alimentació de banc.

Estem dibuixant. 88A o 952mA-70mA = 882mA de corrent de la sortida. La tensió de sortida és 5.15V.

En aquest punt, si comprovem la ondulació de pic a pic a l’oscil·loscopi. Podem veure l’ona de sortida, l’ondulació és de 60 mV (pk-pk). Que és bo per a un convertidor de commutació de 12V a 5V.

La forma d'ona de sortida té aquest aspecte:

Aquí teniu el marc temporal de la forma d’ona de sortida. És de 500 mV per divisió i 500uS de temps.

Aquí teniu l’informe detallat de la prova

Temps (segons)	Càrrega (mA)	Voltatge (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

Vam canviar la càrrega i vam esperar uns 3 minuts aproximadament a cada pas per comprovar si els resultats són estables o no. Després de la càrrega de 982 mA, la tensió va caure significativament. En altres casos, des de 0 càrregues fins als 940 mA, la tensió de sortida caiguda va ser d'aproximadament 0,02 V, la qual cosa suposa una bona estabilitat a plena càrrega. A més, després d’aquesta càrrega de 982 mA, la tensió de sortida cau significativament. Hem utilitzat una resistència.3R on es necessitava.26R, per això podem obtenir 982mA de corrent de càrrega. El MC34063 font d'alimentació és incapaç de proporcionar l'estabilitat adequada a càrrega 1A complet ja que utilitzem.3R lloc.26R. Però 982mA és molt proper a la sortida 1A. A més, hem utilitzat resistències amb un 5% de toleràncies que són les més comunes disponibles al mercat local.

Hem calculat l’eficiència a l’entrada fixa de 12V i canviant la càrrega. Aquí teniu el resultat

Voltatge d'entrada (V)	Corrent d'entrada (A)	Potència d' entrada (W)	Voltatge de sortida (V)	Corrent de sortida (A)	Potència de sortida (W)	Eficiència (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

Com podem veure, l’eficiència mitjana ronda el 75%, la qual cosa suposa una bona producció en aquesta etapa.

El consum de corrent al ralentí del circuit es registra 3,52 mA quan la càrrega és 0.

També hem comprovat si hi ha curtcircuit i observem Normal en curtcircuit.

Després del llindar màxim de corrent de sortida, les tensions de sortida es redueixen significativament i al cap d’un temps determinat s’acosten a zero.

Es poden fer millores en aquest circuit; podem utilitzar condensadors de valor ESR més baix per reduir l’ondulació de la sortida. A més, és necessari un disseny adequat de PCB.