دارة محول باك بجهد 12 فولت إلى 5 فولت باستخدام MC34063

في البرنامج التعليمي السابق ، أظهرنا تصميمًا مفصلاً لمحول Boost باستخدام MC34063 ، حيث تم تصميم محول دفعة 3.7 فولت إلى 5 فولت. هنا نرى كيفية تحويل 12V إلى 5V. كما نعلم أن بطاريات 5 فولت بالضبط ليست متاحة دائمًا ، وفي بعض الأحيان نحتاج إلى جهد أعلى وجهد أقل في نفس الوقت لتشغيل أجزاء مختلفة من الدائرة ، لذلك نستخدم مصدر جهد أعلى (12 فولت) كمصدر رئيسي للطاقة ونتنحى عن هذا الجهد لخفض الجهد (5 فولت) حيثما لزم الأمر. لهذا الغرض ، يتم استخدام دارة محول باك في العديد من تطبيقات الإلكترونيات التي تسقط جهد الدخل وفقًا لمتطلبات الحمل.

هناك الكثير من الخيارات المتاحة في هذا الجزء ؛ كما هو موضح في البرنامج التعليمي السابق ، يعد MC34063 أحد أكثر منظمات التحويل شيوعًا المتوفرة في مثل هذا القطاع. يمكن تكوين MC34063 في ثلاثة أوضاع ، Buck ، Boost ، و Inverting. سوف نستخدم تكوين Buck لتحويل مصدر 12V DC إلى 5V DC مع قدرة خرج تيار 1A. لقد قمنا سابقًا ببناء دائرة تحويل باك بسيطة باستخدام MOSFET ؛ يمكنك أيضًا التحقق من العديد من دوائر إلكترونيات الطاقة المفيدة هنا.

IC MC34063

تم عرض مخطط pinout MC34063 في الصورة أدناه. على الجانب الأيسر ، يتم عرض الدائرة الداخلية لـ MC34063 ، وعلى الجانب الآخر يتم عرض مخطط التوصيل.

MC34063 هو 1. 5A الخطوة تصل أو خطوة إلى أسفل أو عكس منظم ، وذلك بسبب DC الملكية تحويل الجهد، MC34063 هو DC-DC تحويل IC.

يوفر هذا IC الميزات التالية في حزمة 8 pin الخاصة به-

مرجع تعويض درجة الحرارة
دائرة الحد الحالية
مذبذب دورة التشغيل الخاضع للتحكم مع مفتاح خرج محرك تيار عالي نشط.
قبول 3.0V إلى 40V DC.
يمكن تشغيله بتردد تحويل 100 كيلو هرتز مع تفاوت 2٪.
تيار استعداد منخفض للغاية
الجهد الناتج قابل للتعديل

أيضًا ، على الرغم من هذه الميزات ، فهي متاحة على نطاق واسع وهي فعالة من حيث التكلفة أكثر من الدوائر المتكاملة الأخرى المتوفرة في هذا القطاع.

في البرنامج التعليمي السابق ، قمنا بتصميم دائرة تصعيد الجهد باستخدام MC34063 لزيادة جهد بطارية الليثيوم 3.7 فولت إلى 5.5 فولت ، في هذا البرنامج التعليمي سوف نصمم محول باك من 12 فولت إلى 5 فولت.

حساب قيم المكونات لمحول التعزيز

إذا تحققنا من ورقة البيانات ، يمكننا أن نرى مخطط الصيغة الكامل موجودًا لحساب القيم المطلوبة المطلوبة وفقًا لمتطلباتنا. فيما يلي ورقة الصيغة المتوفرة داخل ورقة البيانات ، وتظهر أيضًا دائرة التصعيد.

هنا هو التخطيطي بدون قيمة تلك المكونات ، والتي سيتم استخدامها بشكل إضافي مع MC34063.

سنقوم بحساب القيم المطلوبة لتصميمنا. يمكننا إجراء الحسابات من الصيغ المتوفرة في ورقة البيانات أو يمكننا استخدام ورقة Excel المقدمة من موقع ON Semiconductor.

هنا رابط ورقة Excel.

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

خطوات حساب قيم تلك المكونات-

الخطوة 1: - أولاً ، نحتاج إلى تحديد الصمام الثنائي. سوف نختار الصمام الثنائي 1N5819 المتاح على نطاق واسع. وفقًا لورقة البيانات ، عند تيار أمامي 1 أمبير ، سيكون الجهد الأمامي للديود 0.60 فولت.

الخطوة 2: - نحسب أولاً الحث والتبديل الحالي حيث ستكون هناك حاجة لمزيد من الحساب. سيكون متوسط الحث الحالي لدينا هو تيار المحرِّض الذروة. لذلك ، في حالتنا الحالية ، يكون المحث هو:

IL (متوسط) = 1A

الخطوة 3: - حان الوقت الآن لتيار تموج للمحث. يستخدم المحرِّض النموذجي 20-40٪ من متوسط تيار الإنتاج. لذلك ، إذا اخترنا تموج الحث الحالي 30٪ ، فسيكون 1A * 30٪ = 0.30A

الخطوة 4: - سيكون تيار ذروة التبديل هو IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

الخطوة 5: - سنقوم بحساب t _ON / t _OFF باستخدام الصيغة أدناه

لهذا ، فإن Vout لدينا هو 5V ، والجهد الأمامي للديود (Vf) هو 0.60V. الحد الأدنى لجهد الإدخال Vin (min) هو 12 فولت وجهد التشبع هو 1 فولت (1 فولت في ورقة البيانات). من خلال وضع كل هذا معًا نحصل عليه

(5 + 0.60) / (12-1-5) = 0.93 لذا ، t _ON / t _OFF = .93uS

الخطوة 6: - سنقوم الآن بحساب وقت Ton + Toff ، وفقًا للصيغة Ton + Toff = 1 / f

سنختار تردد تبديل أقل ، 40 كيلو هرتز.

إذن ، Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

الخطوة 7: - الآن سنقوم بحساب وقت Toff. نظرًا لأننا قمنا بحساب Ton + Toff و Ton / Toff سابقًا ، فسيكون الحساب أسهل الآن ،

الخطوة 8: - الآن الخطوة التالية هي حساب Ton ،

طن = (طن + تفريغ) - توفير = 25us - 12.95us = 12.05us

الخطوة 9: - نحتاج إلى اختيار توقيت المكثف Ct ، والذي سيكون مطلوبًا لإنتاج التردد المطلوب.

ط = 4.0 X10 ^-5 س طن = 4.0 × 10 ^-5 س 12.05uS = 482pF

الخطوة 10: - بناءً على هذه القيم ، سنقوم بحساب قيمة المحرِّض

الخطوة 11: بالنسبة للتيار 1A ، ستكون قيمة Rsc 0.3 / Ipk. لذلك ، بالنسبة لمتطلباتنا ، سيكون Rsc =.3 / 1.15 = 0.260 أوم

الخطوة 12: - لنحسب قيم مكثف الخرج ، يمكننا اختيار قيمة تموج 100mV (من الذروة إلى الذروة) من خرج التعزيز.

سنختار 470 فائق التوهج ، 25 فولت. كلما زاد استخدام المكثف ، كلما قل التموج.

الخطوة 13: - أخيرًا ، نحتاج إلى حساب قيمة مقاومات التغذية المرتدة للجهد. سنختار قيمة R1 2k ، لذلك ، سيتم حساب قيمة R2 على النحو التالي

الصوت = 1.25 (1 + R2 / R1) 5 = 1.25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6.2k

مخطط دائرة محول باك

لذلك بعد حساب جميع القيم. هنا هو التخطيطي المحدث

المكونات المطلوبة

عدد 2 موصل relimate للإدخال والإخراج
2 كيلو المقاوم- عدد 1
6.2 كيلو المقاوم- عدد 1
1N5819-1 عدد
100 فائق التوهج ، 25 فولت ، 359.37 فائق التوهج ، مكثف 25 فولت (470 فائق التوهج ، 25 فولت مستخدم ، تحديد قيمة قريبة) - عدد 1 لكل منهما
محث 62.87 فائق التوهج ، 1.5 أمبير عدد 1 (تم استخدام 100 فائق التوهج 2.5A ، وكان متوفرًا في الأسواق)
482pF (470pF مستخدمة) مكثف قرص سيراميك - عدد 1
وحدة تزويد الطاقة 12 فولت مع تصنيف 1.5 أمبير.
MC34063 تحويل منظم IC
.26 أوم المقاوم (.3R ، 2 واط)
1 nos veroboard (يمكن استخدام فيرو منقط أو متصل).
لحام حديد
لحام الجريان وأسلاك اللحام.
أسلاك إضافية إذا لزم الأمر.

بعد ترتيب المكونات ، قم بلحام المكونات على لوحة الأداء

اختبار دائرة محول باك

قبل اختبار الدائرة ، نحتاج إلى أحمال متغيرة للتيار المستمر لسحب التيار من مصدر طاقة التيار المستمر. في معمل الإلكترونيات الصغير حيث نقوم باختبار الدائرة ، تكون تفاوتات الاختبار أعلى بكثير ، ونتيجة لذلك ، فإن القليل من دقة القياس لا تصل إلى العلامة.

يتم معايرة راسم الذبذبات بشكل صحيح ولكن يمكن للضوضاء الاصطناعية ، EMI ، RF تغيير دقة نتيجة الاختبار. أيضًا ، يحتوي جهاز القياس المتعدد على تفاوتات +/- 1٪.

هنا سوف نقيس الأشياء التالية

تموج الإخراج والجهد بأحمال مختلفة تصل إلى 1000mA. أيضًا ، اختبر جهد الخرج عند هذا الحمل الكامل.
كفاءة الدائرة.
استهلاك التيار الخامل للدائرة.
حالة ماس كهربائى للدائرة.
أيضا ، ماذا سيحدث إذا قمنا بزيادة التحميل؟

كانت درجة حرارة غرفتنا 26 درجة مئوية عندما اختبرنا الدائرة.

في الصورة أعلاه ، يمكننا أن نرى حمل التيار المستمر. هذا حمل مقاوم وكما نرى ، عشرة لا. مقاومات 1 أوم في اتصال متوازي هي الحمل الفعلي ، الذي يتم توصيله عبر MOS-FET ، وسوف نتحكم في بوابة MOSFET ونسمح للتيار بالتدفق عبر المقاومات. تقوم هذه المقاومات بتحويل القوى الكهربائية إلى حرارة. النتيجة تتكون من 5٪ تحمل. أيضًا ، تتضمن نتائج الحمل هذه سحب الطاقة للحمل نفسه ، لذلك عندما لا يتم توصيل أي حمل عبره وتشغيله باستخدام مصدر طاقة خارجي ، فإنه سيظهر افتراضيًا 70 مللي أمبير من تيار الحمل. في حالتنا ، سنقوم بتشغيل الحمل من مصدر طاقة خارجي للمقاعد واختبار الدائرة. سيكون الناتج النهائي (النتيجة - 70 مللي أمبير).

أدناه هو إعداد الاختبار لدينا ؛ لقد قمنا بتوصيل الحمل عبر الدائرة ، وقمنا بقياس تيار الخرج عبر منظم باك بالإضافة إلى جهد الخرج منه. يتم أيضًا توصيل راسم الذبذبات عبر محول باك ، لذلك يمكننا أيضًا التحقق من جهد الخرج. نحن نقدم مدخلات 12 فولت من وحدة إمداد الطاقة منضدة.

نحن نرسم. 88A أو 952mA-70mA = 882mA من التيار الناتج. جهد الخرج 5.15 فولت.

في هذه المرحلة ، إذا تحققنا من الذروة إلى الذروة تموج في الذبذبات. يمكننا أن نرى موجة الخرج ، التموج 60mV (pk-pk). وهو أمر جيد لمحول باك بقدرة 12 فولت إلى 5 فولت.

و الموجي الناتج يبدو مثل هذا:

هنا هو الإطار الزمني لشكل الموجة الناتج. ومن 500mV في الانقسام و 500uS الإطار الزمني.

هنا تقرير الاختبار المفصل

الوقت (بالثواني)	تحميل (مللي أمبير)	الجهد (V)	تموج (ص) (بالسيارات)
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

قمنا بتغيير الحمل وانتظرنا حوالي 3 دقائق ، في كل خطوة ، للتحقق مما إذا كانت النتائج مستقرة أم لا. بعد تحميل 982mA ، انخفض الجهد بشكل ملحوظ. في حالات أخرى من 0 حمولة إلى 940 مللي أمبير ، انخفض جهد الخرج بحوالي 0.02 فولت ، وهو استقرار جيد جدًا عند التحميل الكامل. أيضًا ، بعد حمل 982 مللي أمبير ، انخفض جهد الخرج بشكل كبير. استخدمنا المقاوم.3R حيث كان مطلوبًا.26R ، ونتيجة لذلك ، يمكننا سحب 982mA من تيار الحمل. و MC34063 إمدادات الطاقة غير قادرة على توفير الاستقرار السليم في حمولة كاملة 1A كما اعتدنا.3R بدلا.26R. لكن 982mA قريبة جدًا من خرج 1A. أيضًا ، استخدمنا مقاومات بتفاوتات بنسبة 5٪ وهي الأكثر شيوعًا في السوق المحلي.

حسبنا الكفاءة عند الإدخال الثابت 12 فولت وعن طريق تغيير الحمل. ها هي النتيجة

جهد الإدخال (V)	تيار الإدخال (A)	مدخلات الطاقة (W)	جهد الإخراج (V)	تيار الإخراج (A)	انتاج الطاقة (W)	الكفاءة (ن)
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

كما نرى متوسط الكفاءة حوالي 75٪ وهو ناتج جيد في هذه المرحلة.

يتم تسجيل استهلاك التيار الخامل للدائرة 3.52mA عندما يكون الحمل 0.

أيضًا ، قمنا بفحص الدائرة القصيرة ، ونلاحظ وجود عادي في دائرة كهربائية قصيرة.

بعد الحد الأقصى للتيار الناتج ، تصبح الفولتية الناتجة أقل بشكل ملحوظ وبعد فترة زمنية معينة ، تقترب من الصفر.

يمكن إجراء تحسينات في هذه الدائرة ؛ يمكننا استخدام مكثف منخفض القيمة ESR لتقليل تموج الإخراج. أيضا ، التصميم السليم لثنائي الفينيل متعدد الكلور ضروري.