บ้าน อำนาจ
วงจรแปลงบัค 12V ถึง 5v โดยใช้ mc34063
อำนาจ

วงจรแปลงบัค 12V ถึง 5v โดยใช้ mc34063

Anonim

ในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้เราได้สาธิตการออกแบบ Boost Converter โดยละเอียดโดยใช้ MC34063 ซึ่งตัวแปลงบูสต์ 3.7V ถึง 5V ได้รับการออกแบบ ที่นี่เราดูวิธีการแปลง 12V ถึง 5V อย่างที่เราทราบกันดีว่าแบตเตอรี่ 5V ที่แน่นอนนั้นไม่สามารถใช้ได้เสมอไปและบางครั้งเราก็ต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำลงในเวลาเดียวกันเพื่อขับเคลื่อนส่วนต่างๆของวงจรดังนั้นเราจึงใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า (12v) เป็นแหล่งพลังงานหลักและลดขั้นตอนนี้ลง แรงดันไฟฟ้าถึงแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า (5v) ทุกที่ที่ต้องการ เพื่อจุดประสงค์นี้Buck Converter Circuitจึงถูกใช้ในแอพพลิเคชั่นอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากซึ่งจะลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าตามความต้องการโหลด

มีตัวเลือกมากมายในกลุ่มนี้ ดังที่เห็นในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้MC34063เป็นหนึ่งในตัวควบคุมการสลับที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในกลุ่มดังกล่าว MC34063 สามารถกำหนดค่าในโหมดสามบั๊ก Boost,และInvertingเราจะใช้การกำหนดค่า Buck เพื่อแปลงแหล่งจ่ายไฟ 12V DC เป็น 5V DC พร้อมความสามารถกระแสเอาต์พุต1A ก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจร Buck Converter อย่างง่ายโดยใช้ MOSFET; คุณยังสามารถตรวจสอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีประโยชน์อื่น ๆ อีกมากมายได้ที่นี่

ไอซี MC34063

แผนภาพพินเอาต์ MC34063แสดงไว้ในภาพด้านล่าง ทางด้านซ้ายจะแสดงวงจรภายในของ MC34063 และอีกด้านหนึ่งจะแสดงแผนภาพพินเอาต์

MC34063คือ1. 5A ขั้นตอน ขึ้นหรือขั้นตอน ลงหรือinverting ควบคุมเนื่องจากคุณสมบัติการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง, MC34063 เป็น DC-DC Converter IC

IC นี้มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้ในแพ็คเกจ 8 พิน -

  1. อ้างอิงการชดเชยอุณหภูมิ
  2. วงจร จำกัด กระแส
  3. วงจรควบคุมออสซิลเลเตอร์พร้อมสวิตช์เอาต์พุตไดรเวอร์กระแสสูงที่ใช้งานอยู่
  4. ยอมรับ 3.0V ถึง 40V DC
  5. สามารถทำงานที่ความถี่สวิตชิ่ง 100 KHz โดยมีค่าเผื่อ 2%
  6. กระแสไฟสแตนด์บายต่ำมาก
  7. ปรับแรงดันขาออก

นอกจากนี้แม้จะมีคุณสมบัติเหล่านี้ แต่ก็มีให้ใช้งานอย่างกว้างขวางและประหยัดค่าใช้จ่ายมากกว่า IC อื่น ๆ ที่มีอยู่ในกลุ่มดังกล่าว

ในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้เราได้ออกแบบวงจรเพิ่มแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ MC34063 เพื่อเพิ่มแรงดันแบตเตอรี่ลิเธียม 3.7V เป็น 5.5V ในบทช่วยสอนนี้เราจะออกแบบตัวแปลงบั๊ก 12V ถึง 5V

การคำนวณค่าส่วนประกอบสำหรับ Boost Converter

หากเราตรวจสอบแผ่นข้อมูลเราจะเห็นแผนภูมิสูตรที่สมบูรณ์เพื่อคำนวณค่าที่ต้องการตามความต้องการของเรา นี่คือแผ่นสูตรที่มีอยู่ในแผ่นข้อมูลและแสดงวงจร step up ด้วย

นี่คือ วงจรไม่มีค่าชิ้นส่วน ซึ่งจะถูกนำมาใช้นอกจากนี้ด้วย MC34063

เราจะคำนวณค่าที่จำเป็นสำหรับการออกแบบของเรา เราสามารถทำการคำนวณจากสูตรที่ให้ไว้ในแผ่นข้อมูลหรือใช้แผ่น excel ที่จัดทำโดยเว็บไซต์ของ ON Semiconductor

นี่คือลิงค์ของแผ่นงาน excel

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

ขั้นตอนในการคำนวณค่าส่วนประกอบเหล่านั้น -

ขั้นตอนที่ 1: - ขั้นแรกเราต้องเลือก Diode เราจะเลือกไดโอด1N5819 ที่มีอยู่ทั่วไป ตามแผ่นข้อมูลที่กระแสไปข้างหน้า1Aแรงดันไปข้างหน้าของไดโอดจะเป็น0.60 V.

ขั้นตอนที่ 2: - ก่อนอื่นเราคำนวณตัวเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าสลับเนื่องจากจะต้องใช้ในการคำนวณเพิ่มเติม กระแสตัวเหนี่ยวนำเฉลี่ยของเราจะเป็นกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงสุด ดังนั้นในกรณีของเรากระแสตัวเหนี่ยวนำคือ:

IL (เฉลี่ย) = 1A

ขั้นตอนที่ 3: - ถึงเวลาแล้วที่กระแสกระเพื่อมของตัวเหนี่ยวนำ ตัวเหนี่ยวนำทั่วไปใช้ 20-40% ของกระแสเอาต์พุตเฉลี่ย ดังนั้นถ้าเราเลือกตัวเหนี่ยวนำระลอกกระแส 30% มันจะเป็น 1A * 30% = 0.30A

ขั้นตอนที่ 4: - กระแสไฟสูงสุดของการสลับจะเป็นIL (เฉลี่ย) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

ขั้นตอนที่ 5: - เราจะคำนวณt ON / t OFFโดยใช้สูตรด้านล่าง

สำหรับสิ่งนี้ Vout ของเราคือ 5V และแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอด (Vf) คือ 0.60V แรงดันไฟฟ้าอินพุตขั้นต่ำ Vin (นาที) คือ 12V และแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวคือ 1V (1V ในแผ่นข้อมูล) โดยรวมทั้งหมดนี้เราจะได้

(5 + 0.60) / (12-1-5) = 0.93ดังนั้นt เปิด / t ปิด = .93uS

ขั้นตอนที่ 6: - ตอนนี้เราจะคำนวณเวลา Ton + Toff ตามสูตรTon + Toff = 1 / f

เราจะเลือกความถี่สวิตชิ่งที่ต่ำกว่า 40Khz

ดังนั้นTon + Toff = 1 / 40Khz = 25us

ขั้นตอนที่ 7: - ตอนนี้เราจะคำนวณเวลาToff เมื่อเราคำนวณTon + ToffและTon / Toffก่อนหน้านี้การคำนวณจะง่ายขึ้นในขณะนี้

ขั้นตอนที่ 8: - ตอนนี้ขั้นตอนต่อไปคือการคำนวณตัน, ตัน = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

ขั้นตอนที่ 9: - เราจำเป็นต้องเลือกเวลา Capacitor Ctซึ่งจะต้องใช้ในการสร้างความถี่ที่ต้องการ

Ct = 4.0 x10 -5 x Ton = 4.0 x 10 -5 x 12.05uS = 482pF

ขั้นตอนที่ 10: - ขึ้นอยู่กับค่าเหล่านั้นเราจะคำนวณค่าตัวเหนี่ยวนำ

ขั้นตอนที่ 11: - สำหรับกระแส 1A ค่า Rsc จะเป็น 0.3 / Ipk ดังนั้นสำหรับความต้องการของเรามันจะเป็นRsc =.3 / 1.15 =.260 โอห์ม

ขั้นตอนที่ 12: - ลองคำนวณค่าตัวเก็บประจุเอาท์พุทเราสามารถเลือกค่าระลอกเป็น100mV (สูงสุดถึงจุดสูงสุด)จากเอาต์พุตเพิ่ม

เราจะเลือก470uF, 25V ยิ่งใช้ตัวเก็บประจุมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งลดแรงกระเพื่อมมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 13: - สุดท้ายเราต้องคำนวณค่าตัวต้านทานกระแสตอบรับแรงดันไฟฟ้า เราจะเลือกค่าR1 2kดังนั้นค่า R2 จะถูกคำนวณเป็น

Vout = 1.25 (1 + R2 / R1) 5 = 1.25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6.2 พัน

แผนภาพวงจร Buck Converter

หลังจากคำนวณค่าทั้งหมดแล้ว นี่คือแผนผังที่อัปเดต

ส่วนประกอบที่จำเป็น

  1. 2 nos relimate connector สำหรับอินพุตและเอาต์พุต
  2. ตัวต้านทาน 2k - 1 nos
  3. ตัวต้านทาน 6.2k - 1 nos
  4. 1N5819- 1 เลขที่
  5. 100uF, 25V และ 359.37uF, ตัวเก็บประจุ 25V (ใช้ 470uF, 25V, ค่าปิดที่เลือกไว้) - ตัวละ 1 nos
  6. ตัวเหนี่ยวนำ 62.87uH, 1.5A 1 nos (ใช้ 100uH 2.5A พร้อมวางจำหน่ายในท้องตลาด)
  7. 482pF (ใช้แล้ว 470pF) ตัวเก็บประจุแบบแผ่นเซรามิก - 1 nos
  8. หน่วยจ่ายไฟ 12V พร้อมพิกัด 1.5A
  9. MC34063 ไอซีตัวควบคุมการสลับ
  10. ตัวต้านทาน. 26ohms (.3R, ใช้ 2W)
  11. 1 nos veroboard (สามารถใช้ vero แบบจุดหรือเชื่อมต่อได้)
  12. หัวแร้ง
  13. ฟลักซ์บัดกรีและสายบัดกรี
  14. สายไฟเพิ่มเติมหากจำเป็น

หลังจากจัดเรียงส่วนประกอบแล้วให้ประสานส่วนประกอบบนบอร์ด Perf

การทดสอบวงจร Buck Converter

ก่อนทดสอบวงจรเราต้องมีโหลด DC แบบแปรผันเพื่อดึงกระแสจากแหล่งจ่ายไฟ DC ในห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่เรากำลังทดสอบวงจรความคลาดเคลื่อนในการทดสอบจะสูงกว่ามากและด้วยเหตุนี้ความแม่นยำในการวัดเพียงเล็กน้อยจึงไม่เป็นไปตามที่กำหนด

ออสซิลโลสโคปได้รับการปรับเทียบอย่างเหมาะสม แต่เสียงเทียม EMI, RF ยังสามารถเปลี่ยนความแม่นยำของผลการทดสอบได้ นอกจากนี้มัลติมิเตอร์ยังมีความคลาดเคลื่อน +/- 1%

ที่นี่เราจะวัดสิ่งต่อไปนี้

  1. เอาท์พุทระลอกและแรงดันไฟฟ้าที่โหลดต่างๆได้ถึง 1000mA นอกจากนี้ให้ทดสอบแรงดันเอาต์พุตที่โหลดเต็มนี้
  2. ประสิทธิภาพของวงจร
  3. การใช้กระแสไฟที่ไม่ได้ใช้งานของวงจร
  4. สภาวะลัดวงจรของวงจร
  5. นอกจากนี้จะเกิดอะไรขึ้นหากเราโหลดเอาต์พุตมากเกินไป?

อุณหภูมิห้องของเราคือ26 องศาเซลเซียสเมื่อเราทดสอบวงจร

ในภาพด้านบนเราจะเห็นภาระ DCนี่คือโหลดตัวต้านทานและอย่างที่เราเห็นสิบไม่ ของตัวต้านทาน 1 โอห์มในการเชื่อมต่อแบบขนานคือโหลดจริงซึ่งเชื่อมต่อผ่าน MOS-FET เราจะควบคุมประตู MOSFET และปล่อยให้กระแสไหลผ่านตัวต้านทาน ตัวต้านทานเหล่านั้นจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน ผลลัพธ์ประกอบด้วยความอดทน 5% นอกจากนี้ผลการโหลดเหล่านี้ยังรวมถึงการดึงกำลังของโหลดด้วยดังนั้นเมื่อไม่มีการเชื่อมต่อโหลดใด ๆ และขับเคลื่อนโดยใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกจะแสดงกระแสโหลด 70mA เริ่มต้น ในกรณีของเราเราจะจ่ายไฟจากแหล่งจ่ายไฟภายนอกและทดสอบวงจร ผลลัพธ์สุดท้ายจะเป็น (ผลลัพธ์ - 70mA)

ด้านล่างนี้คือการติดตั้งการทดสอบของเรา; เราได้เชื่อมต่อโหลดข้ามวงจรเราวัดกระแสเอาต์พุตผ่านตัวควบคุมบั๊กรวมถึงแรงดันขาออกของมัน นอกจากนี้ยังมีการเชื่อมต่อออสซิลโลสโคปผ่านตัวแปลงบั๊กดังนั้นเราจึงสามารถตรวจสอบแรงดันขาออกได้ เรากำลังจัดหาอินพุต12Vจากหน่วยจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะของเรา

เรากำลังวาดภาพ 88Aหรือ952mA-70mA = 882mAของกระแสจากเอาต์พุต แรงดันไฟฟ้าออกเป็น5.15V

ณ จุดนี้หากเราตรวจสอบการกระเพื่อมสูงสุดถึงจุดสูงสุดในออสซิลโลสโคป เราสามารถเห็นคลื่นเอาท์พุตระลอกคลื่น60mV (pk-pk) ซึ่งดีสำหรับตัวแปลงบัคแบบสวิตช์ 12V ถึง 5V

สัญญาณ outputมีลักษณะเช่นนี้

นี่คือกรอบเวลาของรูปคลื่นเอาต์พุต เป็น500mVต่อแผนกและกรอบเวลา 500uS

นี่คือรายงานการทดสอบโดยละเอียด

เวลา

(วินาที)

โหลด (mA)

แรงดันไฟฟ้า (V)

ระลอก (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

เราเปลี่ยนภาระและรอประมาณ 3 นาทีในแต่ละขั้นตอนเพื่อตรวจสอบว่าผลลัพธ์คงที่หรือไม่ หลังจากโหลด982mAแรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ในกรณีอื่น ๆ จากโหลด 0 ถึง 940 mA แรงดันเอาต์พุตที่ลดลงอยู่ที่ประมาณ. 02V ซึ่งค่อนข้างมีเสถียรภาพที่ดีเมื่อโหลดเต็ม นอกจากนี้หลังจากโหลด982mAแรงดันขาออกจะลดลงอย่างมาก เราใช้ตัวต้านทาน. 3R ที่ต้องการ. 26R ด้วยเหตุนี้เราจึงสามารถดึงกระแสโหลด 982mA MC34063แหล่งจ่ายไฟไม่สามารถที่จะให้มีเสถียรภาพที่เหมาะสมที่โหลด 1A เต็มรูปแบบในขณะที่เราใช้.3R แทน.26R แต่ 982mA ใกล้เคียงกับเอาต์พุต 1A มาก นอกจากนี้เรายังใช้ตัวต้านทานที่มีความคลาดเคลื่อน 5% ซึ่งหาได้ทั่วไปในตลาดท้องถิ่น

เราคำนวณประสิทธิภาพที่อินพุตคงที่ 12Vและโดยการเปลี่ยนโหลด นี่คือผลลัพธ์

แรงดันไฟฟ้าขาเข้า (V)

ป้อนข้อมูลปัจจุบัน (A)

กำลังไฟฟ้าเข้า(W)

แรงดันขาออก(V)

กระแสไฟขาออก(A)

กำลังขับ (W)

ประสิทธิภาพ (n)

12.04.2019

0.12

1.4448

5.17

0.2

1.034

71.56699889

12.04.2019

0.23

2.7692

5.16

0.4

2.064

74.53416149

12.04.2019

0.34

4.0936

5.16

0.6

3.096

75.6302521

12.04.2019

0.45

5.418

5.16

0.8

4.128

76.19047619

12.04.2019

0.53

6.3812

5.15

0.98

5.047

79.09170689

อย่างที่เราเห็นประสิทธิภาพเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ75%ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ดีในขั้นตอนนี้

การใช้กระแสไฟไม่ได้ใช้งานของวงจรจะถูกบันทึก3.52mAเมื่อโหลดเป็น0

นอกจากนี้เราตรวจสอบการลัดวงจรและสังเกตว่าปกติในการลัดวงจร

หลังจากขีด จำกัด กระแสเอาต์พุตสูงสุดแรงดันเอาต์พุตจะลดลงอย่างมากและหลังจากเวลาผ่านไประยะหนึ่งมันจะเข้าใกล้ศูนย์

การปรับปรุงสามารถทำได้ในวงจรนี้ เราสามารถใช้ตัวเก็บประจุที่มีค่าสูงกว่า ESR ต่ำเพื่อลดการกระเพื่อมของเอาต์พุต นอกจากนี้จำเป็นต้องมีการออกแบบ PCB ที่เหมาะสม

อำนาจ

ตัวเลือกของบรรณาธิการ

ดินสอจริงร่างด้วยราสเบอร์รี่ pi

หม้อแปลงเสียง

คลาสของเพาเวอร์แอมป์

บทนำเกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์ประเภทต่างๆ

วิธีการออกแบบขดลวด

ภาพรวมของ plc และบอร์ด plc ที่ใช้ arduino ต่างๆ