วงจรแปลงบูสต์ 3.7V ถึง 5v โดยใช้ mc34063

ในยุคปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมเพิ่มคุณค่าให้กับโลกอิเล็กทรอนิกส์ สามารถชาร์จได้เร็วมากและให้การสำรองข้อมูลที่ดีซึ่งประกอบกับต้นทุนการผลิตที่ต่ำทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับอุปกรณ์พกพา ในฐานะที่เป็นเซลล์ลิเธียมช่วงแรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่เพียงครั้งเดียวจากขั้นต่ำ 3.2แรงดัน4.2Vก็ยากที่จะมีอำนาจวงจรเหล่านั้นซึ่งต้องใช้5V หรือมากกว่า ในกรณีนี้เราจำเป็นต้องมีBoost Converterซึ่งจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตามความต้องการโหลดมากกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

มีตัวเลือกมากมายในกลุ่มนี้ MC34063เป็นตัวควบคุมการสลับที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในกลุ่มดังกล่าว MCP34063 สามารถกำหนดค่าในสามการดำเนินงานบั๊กเพิ่มและInvertingเราใช้ MC34063 เป็นตัวควบคุม Boost แบบสวิตชิ่งและจะเพิ่มแรงดันแบตเตอรี่ลิเธียม 3.7V เป็น 5.5V พร้อมความสามารถกระแสเอาต์พุต500mA ก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจร Buck Converter เพื่อลดแรงดันไฟฟ้า คุณสามารถตรวจสอบโครงการอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่น่าสนใจมากมายได้ที่นี่

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

มาออกแบบวงจร step-upของเราโดยใช้ MC34063เพื่อเพิ่มแรงดันแบตเตอรี่ 3.7V ลิเธียมเป็น 5.5V

การคำนวณค่าส่วนประกอบสำหรับ Boost Converter

หากเราตรวจสอบแผ่นข้อมูลเราจะเห็นแผนภูมิสูตรที่สมบูรณ์เพื่อคำนวณค่าที่ต้องการตามความต้องการของเรา นี่คือแผ่นสูตรที่มีอยู่ในแผ่นข้อมูลและแสดงวงจร step up ด้วย

นี่คือวงจรไม่มีค่าชิ้นส่วนซึ่งจะถูกนำมาใช้นอกจากนี้ด้วยMC34063

ตอนนี้เราจะคำนวณค่าที่จำเป็นสำหรับการออกแบบของเรา เราสามารถทำการคำนวณจากสูตรที่ให้ไว้ในแผ่นข้อมูลหรือใช้แผ่น excel ที่จัดทำโดยเว็บไซต์ของ ON Semiconductor นี่คือลิงค์ของแผ่นงาน excel

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

ขั้นตอนในการคำนวณค่าส่วนประกอบเหล่านั้น

ขั้นตอนที่ 1: -ก่อนอื่นเราต้องเลือก Diode เราจะเลือกไดโอด 1N5819 ที่มีอยู่ทั่วไป ตามแผ่นข้อมูลที่กระแสไปข้างหน้า 1A แรงดันไปข้างหน้าของไดโอดจะเป็น 0.60 V.

ขั้นตอนที่ 2: -เราจะคำนวณโดยใช้สูตร

สำหรับสิ่งนี้ Vout ของเราคือ 5.5V แรงดันไปข้างหน้าของไดโอด (Vf) คือ 0.60V Vin แรงดันต่ำสุดของเรา (นาที) คือ 3.2V เนื่องจากเป็นแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่ยอมรับได้จากแบตเตอรี่เซลล์เดียว และสำหรับแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวของสวิตช์เอาต์พุต (Vsat) คือ 1V (1V ในแผ่นข้อมูล) โดยรวมทั้งหมดนี้เราจะได้

(5.5 + 0.60-3.2 / 3.2-1) = 0.9ดังนั้นt _เปิด / t _ปิด = 1.31

ขั้นตอนที่ 3: -ไม่เราจะคำนวณเวลา Ton + Toff ตามสูตร Ton + Toff = 1 / f

เราจะเลือกความถี่สวิตชิ่งที่ต่ำกว่า 50Khz

Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us ดังนั้น Ton + Toff ของเราคือ 20uS

ขั้นตอนที่ 4: -ตอนนี้เราจะคำนวณเวลา_ปิด T

T _ปิด = (T _เปิด + T _ปิด / (T _เปิด / _ปิด T) +1)

เมื่อเราคำนวณ Ton + Toff และ Ton / Toff ก่อนหน้านี้การคำนวณจะง่ายขึ้นในขณะนี้

ท็อฟ = 20us / 1.31 + 1 = 8.65us

ขั้นตอนที่ 5: -ตอนนี้ขั้นตอนต่อไปคือการคำนวณตัน

T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8.65us = 11.35us

ขั้นตอนที่ 6: -เราจะต้องเลือกเวลา Capacitor Ct ซึ่งจะถูกกำหนดเพื่อสร้างความถี่ที่ต้องการ Ct = 4.0 x 10 ^-5 x Ton = 4.0 x 10 ^-5 x 11.35uS = 454pF

ขั้นตอนที่ 7: -ตอนนี้เราต้องคำนวณกระแสตัวเหนี่ยวนำเฉลี่ยหรือ

IL (เฉลี่ย) IL (เฉลี่ย) = Iout (สูงสุด) x ((T _เปิด / _ปิด T) +1)

กระแสไฟขาออกสูงสุดของเราคือ 500mA ดังนั้นกระแสตัวเหนี่ยวนำเฉลี่ยจะเป็น. 5A x (1.31 + 1) = 1.15A

ขั้นตอนที่ 8: - ถึงเวลาแล้วที่กระแสกระเพื่อมของตัวเหนี่ยวนำ ตัวเหนี่ยวนำทั่วไปใช้ 20-40% ของกระแสเอาต์พุตเฉลี่ย ดังนั้นถ้าเราเลือกตัวเหนี่ยวนำระลอกกระแส 30% มันจะเป็น 1.15 * 30% = 0.34A

ขั้นตอนที่ 9: -กระแสไฟสูงสุดของการสลับจะเป็น IL (เฉลี่ย) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

ขั้นตอนที่ 10: -ขึ้นอยู่กับค่าเหล่านั้นเราจะคำนวณค่าตัวเหนี่ยวนำ

ขั้นตอนที่ 11: -สำหรับกระแส 500mA ค่า Rsc จะเป็น 0.3 / Ipk ดังนั้นสำหรับความต้องการของเราจะเป็น Rsc =.3 / 1.32 =.22 โอห์ม

ขั้นตอนที่ 12: -ลองคำนวณค่าตัวเก็บประจุเอาต์พุต

เราสามารถเลือกค่าการกระเพื่อม 250mV (สูงสุดถึงจุดสูงสุด) จากการเพิ่มเอาท์พุต

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

เราจะเลือก 220uF, 12V ยิ่งใช้ตัวเก็บประจุมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งลดการกระเพื่อมมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 13: -สุดท้ายเราต้องคำนวณค่าตัวต้านทานกระแสตอบรับแรงดันไฟฟ้า Vout = 1.25 (1 + R2 / R1)

เราจะเลือกค่า R1 2k ดังนั้นค่า R2 จะเป็น 5.5 = 1.25 (1 + R2 / 2k) = 6.8k

เราคำนวณค่าทั้งหมด ด้านล่างเป็นแผนผังสุดท้าย:

Boost Converter Circuit Diagram

ส่วนประกอบที่จำเป็น

1. ตัวเชื่อมต่อที่ใกล้เคียงสำหรับอินพุตและเอาต์พุต - 2 nos
2. ตัวต้านทาน 2k - 1 nos
3. ตัวต้านทาน 6.8k - 1 nos
4. 1N5819- 1nos
5. 100uF, 12V และ 194.94uF, ตัวเก็บประจุ 12V (ใช้ 220uF, 12V เลือกค่าปิด) อย่างละ 1 nos
6. ตัวเหนี่ยวนำ 18.91uH, 1.5A - 1 nos (ใช้ 33uH 2.5A หาซื้อได้ง่ายที่ร้านของเรา)
7. 454pF (ใช้แล้ว 470pF) ตัวเก็บประจุแบบแผ่นเซรามิก 1 nos
8. 1 แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือลิเธียมโพลิเมอร์เซลล์เดียวหรือเซลล์คู่ขนานขึ้นอยู่กับความจุของแบตเตอรี่สำหรับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสำรองข้อมูลในโครงการที่ต้องการ
9. MC34063 IC ควบคุมการสลับ
10. ตัวต้านทาน. 24 โอห์ม (.3R ใช้ 2W)
11. 1 nos Veroboard (สามารถใช้ vero แบบจุดหรือเชื่อมต่อได้)
12. หัวแร้ง
13. ฟลักซ์บัดกรีและสายบัดกรี
14. สายไฟเพิ่มเติมหากจำเป็น

หมายเหตุ: เราใช้ตัวเหนี่ยวนำ 33uh เนื่องจากสามารถใช้ได้กับผู้ขายในพื้นที่ด้วยคะแนนปัจจุบัน 2.5A นอกจากนี้ เรายังใช้ตัวต้านทาน. 3R แทน. 22R

หลังจากจัดเรียงส่วนประกอบแล้วให้ประสานส่วนประกอบบนบอร์ด Perf

การบัดกรีเสร็จสิ้น

ทดสอบวงจร Boost Converter

ก่อนทดสอบวงจรเราต้องมีโหลด DC แบบแปรผันเพื่อดึงกระแสจากแหล่งจ่ายไฟ DC ในห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่เรากำลังทดสอบวงจรความคลาดเคลื่อนในการทดสอบจะสูงกว่ามากและด้วยเหตุนี้ความแม่นยำในการวัดเพียงเล็กน้อยจึงไม่เป็นไปตามที่กำหนด

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

ที่นี่เราจะวัดสิ่งต่อไปนี้

1. เอาท์พุทระลอกและแรงดันไฟฟ้าที่โหลดต่างๆได้ถึง 500mA
2. ประสิทธิภาพของวงจร
3. การใช้กระแสไฟที่ไม่ได้ใช้งานของวงจร
4. สภาวะลัดวงจรของวงจร
5. นอกจากนี้จะเกิดอะไรขึ้นหากเราโหลดเอาต์พุตมากเกินไป?

อุณหภูมิห้องของเราคือ 25 องศาเซลเซียสที่เราทดสอบวงจร

ในภาพด้านบนเราจะเห็นโหลด DC นี่คือโหลดตัวต้านทานและอย่างที่เราเห็นตัวต้านทาน 10 ชิ้น 1 โอห์มในการเชื่อมต่อแบบขนานคือโหลดจริงที่เชื่อมต่อผ่านมอสเฟตเราจะควบคุมประตูมอสเฟตและปล่อยให้กระแสไหลผ่านตัวต้านทาน ตัวต้านทานเหล่านั้นจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน ผลลัพธ์ประกอบด้วยความอดทน 5% นอกจากนี้ผลการโหลดเหล่านี้ยังรวมถึงการดึงกำลังของโหลดเองดังนั้นเมื่อไม่มีการดึงโหลดใด ๆ มันจะแสดงค่าเริ่มต้น 70mA ของกระแสโหลด เราจะจ่ายไฟจากแหล่งจ่ายไฟอื่นและทดสอบวงจร ผลลัพธ์สุดท้ายจะเป็น (ผลลัพธ์ - 70mA ). เราจะใช้มัลติมิเตอร์กับโหมดตรวจจับกระแสและวัดกระแส เนื่องจากมิเตอร์อยู่ในอนุกรมกับโหลด dc การแสดงโหลดจะไม่ให้ผลลัพธ์ที่แน่นอนเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานแบบแบ่งตกภายในมัลติมิเตอร์ เราจะบันทึกผลของมิเตอร์

ด้านล่างนี้คือการตั้งค่าการทดสอบของเรา เราได้เชื่อมต่อโหลดข้ามวงจรเรากำลังวัดกระแสเอาต์พุตผ่านตัวควบคุมบูสต์รวมถึงแรงดันขาออกของมัน ออสซิลโลสโคปยังเชื่อมต่อผ่านตัวแปลงเพิ่มดังนั้นเราจึงสามารถตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าขาออก แบตเตอรี่ลิเธียม 18650 (1S2P - 3.7V 4400mAh) คือการให้แรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้า

เรากำลังวาด. 48A หรือ 480-70 = 410mA ของกระแสจากเอาต์พุต แรงดันขาออกคือ 5.06V

ณ จุดนี้ถ้าเราตรวจสอบการกระเพื่อมสูงสุดถึงจุดสูงสุดในออสซิลโลสโคป เราสามารถเห็นคลื่นเอาท์พุทระลอกเป็น 260mV (pk-pk)

นี่คือรายงานการทดสอบโดยละเอียด

เวลา (วินาที)	โหลด (mA)	แรงดันไฟฟ้า (V)	ระลอก (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

เราเปลี่ยนภาระและรอประมาณ 3 นาทีในแต่ละขั้นตอนเพื่อตรวจสอบว่าผลลัพธ์คงที่หรือไม่ หลังจากโหลด 530mA (.53A) แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างมาก ในกรณีอื่น ๆ จาก 0 โหลดถึง 500mA แรงดันขาออกจะลดลง. 46V

ทดสอบวงจรด้วย Bench Power Supply

เนื่องจากเราไม่สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ได้เราจึงใช้หน่วยจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะแบบแปรผันเพื่อตรวจสอบแรงดันขาออกที่แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดและสูงสุด (3.3-4.7V) เพื่อตรวจสอบว่าทำงานหรือไม่

ในแหล่งจ่ายไฟม้านั่งภาพด้านบนให้แรงดันไฟฟ้าอินพุต 3.3V หน้าจอโหลดกำลังแสดงเอาต์พุต 5.35V ที่กระแสไฟ 350mA จากแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง เนื่องจากโหลดขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะการแสดงโหลดจึงไม่แม่นยำ ผลการวาดปัจจุบัน (347mA) ยังประกอบด้วยการดึงกระแสจากแหล่งจ่ายไฟของม้านั่งโดยโหลดเอง โหลดขับเคลื่อนโดยใช้แหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะ (12V / 60mA) ดังนั้นกระแสจริงที่ดึงมาจากเอาต์พุต MC34063 คือ 347-60 = 287mA

เราคำนวณประสิทธิภาพที่ 3.3V โดยการเปลี่ยนโหลดนี่คือผลลัพธ์

แรงดันไฟฟ้าขาเข้า (V)	ป้อนข้อมูลปัจจุบัน (A)	กำลังไฟฟ้าเข้า(W)	แรงดันขาออก(V)	กระแสไฟขาออก(A)	กำลังขับ (W)	ประสิทธิภาพ (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

ตอนนี้เราได้เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเป็นอินพุต 4.2V แล้ว เราได้รับ 5.41V เป็นเอาต์พุตเมื่อเราวาดโหลด 357 - 60 = 297mA

เรายังทดสอบประสิทธิภาพ มันดีกว่าผลลัพธ์ก่อนหน้าเล็กน้อย

แรงดันไฟฟ้าขาเข้า (V)	ป้อนข้อมูลปัจจุบัน (A)	กำลังไฟฟ้าเข้า(W)	แรงดันขาออก(V)	กระแสไฟขาออก(A)	กำลังขับ (W)	ประสิทธิภาพ
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

การบริโภคในปัจจุบันไม่ได้ใช้งานของวงจรจะถูกบันทึกไว้ในสภาพ 3.47mA ทุกเมื่อโหลด0

นอกจากนี้เราตรวจสอบการลัดวงจรการทำงานปกติที่สังเกตได้ หลังจากเกณฑ์กระแสไฟขาออกสูงสุดแรงดันขาออกจะลดลงอย่างมากและหลังจากเวลาผ่านไประยะหนึ่งก็จะเข้าใกล้ศูนย์

การปรับปรุงสามารถทำได้ในวงจรนี้ สามารถใช้ตัวเก็บประจุที่มีค่าสูงกว่า ESR ต่ำเพื่อลดการกระเพื่อมของเอาต์พุต จำเป็นต้องออกแบบ PCB ที่เหมาะสมด้วย