3.7V إلى 5V دفعة محول الدائرة باستخدام MC34063

في العصر الحديث ، تثري بطاريات الليثيوم عالم الإلكترونيات. يمكن شحنها بسرعة كبيرة وتوفر نسخًا احتياطيًا جيدًا ، مما يجعل بطاريات الليثيوم ، إلى جانب تكلفة التصنيع المنخفضة ، الخيار الأفضل للأجهزة المحمولة. نظرًا لأن جهد بطارية الليثيوم أحادي الخلية يتراوح من 3.2 فولت كحد أدنى إلى 4.2 فولت ، فمن الصعب تشغيل تلك الدوائر التي تتطلب 5 فولت أو أكثر. في مثل هذه الحالة ، نحتاج إلى محول Boost الذي سيعزز الجهد حسب متطلبات الحمل ، أكثر من جهد الدخل.

يتوفر الكثير من الخيارات في هذا الجزء ؛ MC34063 هو منظم التحويل الأكثر شيوعًا في هذا القطاع. يمكن تكوين MCP34063 في ثلاث عمليات ، Buck ، Boost ، و Inverting. نحن نستخدم MC34063 كمنظم تبديل للبطارية وسنعزز جهد بطارية الليثيوم 3.7 فولت إلى 5.5 فولت بقدرات تيار إخراج 500 مللي أمبير. لقد قمنا سابقًا ببناء دائرة محول باك لتنحي الجهد ؛ يمكنك أيضًا التحقق من العديد من مشاريع إلكترونيات الطاقة المثيرة للاهتمام 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-

1. مرجع تعويض درجة الحرارة
2. دائرة الحد الحالية
3. مذبذب دورة التشغيل الخاضع للتحكم مع مفتاح خرج محرك تيار عالي نشط.
4. قبول 3.0V إلى 40V DC.
5. يمكن تشغيله بتردد تحويل 100 كيلو هرتز مع تفاوت 2٪.
6. تيار استعداد منخفض للغاية
7. 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.

دعونا نصمم دائرة تصعيدنا باستخدام MC34063 لزيادة جهد بطارية الليثيوم 3.7 فولت إلى 5.5 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.

الآن 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 اكسل.

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

خطوات لحساب 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: - سنقوم بحساب الصيغة باستخدام الصيغة

لهذا ، فإن Vout لدينا هو 5.5V ، والجهد الأمامي للديود (Vf) هو 0.60V. الحد الأدنى للجهد Vin (min) هو 3.2V لأن هذا هو أقل جهد مقبول من بطارية خلية واحدة. وبالنسبة لجهد تشبع مفتاح الخرج (Vsat) ، فهو 1 فولت (1 فولت في ورقة البيانات). من خلال وضع كل هذا معًا نحصل عليه

(5.5 + 0.60-3.2 / 3.2-1) = 0.9 لذا ، t _ON / t _OFF = 1.31

الخطوة 3: - لا ، سنحسب وقت الطون + وقت التشغيل ، وفقًا للصيغة Ton + Toff = 1 / f

سنختار تردد تبديل أقل ، 50 كيلو هرتز.

لذا ، Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us لذا فإن Ton + Toff لدينا هو 20uS

الخطوة 4: - الآن سنقوم بحساب وقت _{الإيقاف} T.

T _off = (T _on + T _off / (T _on / T _off) +1)

نظرًا لأننا قمنا بحساب Ton + Toff و Ton / Toff سابقًا ، فسيكون الحساب أسهل الآن ،

Toff = 20us / 1.31 + 1 = 8.65us

الخطوة 5: - الآن الخطوة التالية هي حساب Ton ،

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

الخطوة 6: - سنحتاج إلى اختيار توقيت Capacitor Ct ، والذي سيكون مطلوبًا لإنتاج التردد المطلوب. ط = 4.0 × 10 ^-5 س طن = 4.0 × 10 ^-5 س = 11.35uS 454pF

الخطوة 7: - الآن نحن بحاجة إلى حساب متوسط ​​الحث الحالي أو

IL (متوسط). IL (متوسط) = Iout (حد أقصى) x ((T _on / T _off) +1)

سيكون الحد الأقصى لتيار الإنتاج لدينا 500 مللي أمبير. لذلك ، سيكون متوسط ​​تيار الحث 0.5A x (1.31 + 1) = 1.15A.

الخطوة 8: - حان الوقت الآن لتيار تموج للمحث. يستخدم المحرِّض النموذجي 20-40٪ من متوسط ​​تيار الإنتاج. لذلك ، إذا اخترنا تموج الحث الحالي 30٪ ، فسيكون 1.15 * 30٪ = 0.34A

الخطوة 9: - سيكون تيار ذروة التبديل هو IL (متوسط) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

الخطوة 10: اعتمادًا على هذه القيم ، سنقوم بحساب قيمة المحرِّض

الخطوة 11: بالنسبة للتيار 500 مللي أمبير ، ستكون قيمة Rsc 0.3 / Ipk. لذلك ، بالنسبة لمتطلباتنا ، سيكون Rsc = 0.3 / 1.32 = 0.22 أوم

الخطوة 12: - لنحسب قيم مكثف الخرج

يمكننا اختيار قيمة تموج 250mV (من الذروة إلى الذروة) من ناتج التعزيز.

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

سوف نختار 220 فائق التوهج ، 12 فولت . كلما زاد استخدام المكثف كلما قل التموج.

الخطوة 13: - أخيرًا ، نحتاج إلى حساب قيمة مقاومات التغذية المرتدة للجهد. صوت = 1.25 (1 + R2 / R1)

سنختار قيمة R1 2k ، لذا فإن قيمة R2 ستكون 5.5 = 1.25 (1 + R2 / 2k) = 6.8k

حسبنا جميع القيم. فيما يلي المخطط النهائي:

تعزيز مخطط حلبة المحول

المكونات المطلوبة

1. موصل مناسب للإدخال والإخراج- عدد 2
2. 2 كيلو المقاوم- عدد 1
3. 6.8 كيلو المقاوم- عدد 1
4. 1N5819 - 1nos
5. 100 فائق التوهج ، 12 فولت و 194.94 فائق التوهج ، مكثف 12 فائق التوهج (220 فائق التوهج ، يستخدم 12 فولت ، تم تحديد القيمة القريبة) عدد 1 لكل منهما
6. 18.91uH مغو ، 1.5A - عدد 1. (تم استخدام 33uH 2.5A ، كان متوفرًا في مكاننا)
7. 454pF (470pF مستخدمة) مكثف قرص خزفي عدد 1
8. 1 بطارية ليثيوم أيون أو بطارية ليثيوم بوليمر خلية مفردة أو خلية متوازية اعتمادًا على سعة البطارية لمشكلة النسخ الاحتياطي ذات الصلة في المشاريع المطلوبة.
9. MC34063 تحويل منظم IC
10. .24 أوم المقاوم (.3R ، 2W المستخدمة)
11. رقم واحد Veroboard (يمكن استخدام فيرو منقط أو متصل).
12. لحام حديد
13. لحام الجريان وأسلاك اللحام.
14. أسلاك إضافية إذا لزم الأمر.

ملاحظة: لقد استخدمنا محث 33uh لأنه متاح بسهولة مع البائعين المحليين مع التصنيف الحالي 2.5A. كما استخدمنا المقاوم.3R بدلاً من 0.22R.

بعد ترتيب المكونات ، قم بلحام المكونات على لوحة الأداء

اكتمال اللحام.

اختبار حلبة محول التعزيز

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

1. تموج الإخراج والجهد بأحمال مختلفة تصل إلى 500mA.
2. كفاءة الدائرة.
3. استهلاك التيار الخامل للدائرة.
4. حالة ماس كهربائى للدائرة.
5. أيضا ، ماذا سيحدث إذا قمنا بزيادة التحميل؟

درجة حرارة غرفتنا 25 درجة مئوية حيث اختبرنا الدائرة.

في الصورة أعلاه يمكننا أن نرى حمل التيار المستمر. هذا حمل مقاوم وكما نرى ، فإن مقاومات 10 أوم 1 أوم في اتصال متوازي هي الحمل الفعلي المتصل عبر MOSFET ، وسوف نتحكم في بوابة MOSFET ونسمح للتيار بالتدفق عبر المقاومات. تقوم هذه المقاومات بتحويل القوى الكهربائية إلى حرارة. والنتيجة هي تحمل 5٪. تتضمن نتائج الحمل هذه أيضًا سحب الطاقة للحمل نفسه ، لذلك عندما لا يتم سحب أي حمل بواسطته ، ستظهر 70 مللي أمبير من تيار الحمل الافتراضي. سنقوم بتشغيل الحمل من مصدر طاقة آخر ونختبر الدائرة. سيكون الناتج النهائي (النتيجة - 70 مللي أمبير ). سنستخدم المتر المتعدد مع وضع الاستشعار الحالي ونقيس التيار. نظرًا لأن العداد متسلسل مع حمل التيار المستمر ، فلن توفر شاشة الحمل النتيجة الدقيقة بسبب انخفاض جهد مقاومات التحويل داخل المتر المتعدد. سوف نسجل نتيجة العداد.

أدناه هو إعداد الاختبار لدينا ؛ لقد قمنا بتوصيل الحمل عبر الدائرة ، ونقوم بقياس تيار الخرج عبر منظم التعزيز وكذلك جهد الخرج منه. يتم توصيل راسم الذبذبات أيضًا عبر محول التعزيز ، حتى نتمكن أيضًا من التحقق من جهد الخرج. توفر بطارية ليثيوم 18650 (1S2P - 3.7V 4400mAH) جهد الدخل.

نحن نرسم.48A أو 480-70 = 410mA من التيار من الخرج. جهد الخرج 5.06 فولت.

في هذه المرحلة ، إذا تحققنا من الذروة إلى الذروة تموج في الذبذبات. يمكننا أن نرى موجة الإخراج ، التموج 260mV (pk-pk).

هنا تقرير الاختبار المفصل

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

قمنا بتغيير الحمل وانتظرنا حوالي 3 دقائق في كل خطوة للتحقق مما إذا كانت النتائج مستقرة أم لا. بعد تحميل 530 مللي أمبير (.53 أمبير) ، انخفض الجهد بشكل ملحوظ. في حالات أخرى من 0 أحمال إلى 500mA انخفض جهد الخرج.46V.

اختبار الدائرة مع مزود طاقة مقاعد البدلاء

نظرًا لأننا لا نستطيع التحكم في جهد البطارية ، فقد استخدمنا أيضًا وحدة إمداد طاقة ذات مقاعد متغيرة للتحقق من جهد الخرج عند الحد الأدنى والحد الأقصى لجهد الإدخال (3.3-4.7 فولت) للتحقق مما إذا كان يعمل أم لا

في الصورة أعلاه ، يوفر مصدر طاقة المقعد 3.3 فولت. تعرض شاشة الحمل خرج 5.35 فولت عند سحب تيار 350 مللي أمبير من مصدر طاقة التحويل. نظرًا لأن الحمل يتم تشغيله بواسطة مصدر طاقة المقعد ، فإن عرض الحمل غير دقيق. تتكون نتيجة السحب الحالية (347 مللي أمبير) أيضًا من السحب الحالي من مصدر طاقة المقعد بواسطة الحمل نفسه. يتم تشغيل الحمل باستخدام مصدر طاقة المقعد (12 فولت / 60 مللي أمبير). لذا فإن التيار الفعلي الذي يتم سحبه من ناتج MC34063 هو 347-60 = 287 مللي أمبير.

حسبنا الكفاءة عند 3.3 فولت عن 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)
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

الآن قمنا بتغيير الجهد إلى إدخال 4.2V. نحصل على 5.41 فولت كناتج عندما نرسم 357-60 = 297 مللي أمبير من الحمل.

نحن أيضا اختبرنا الكفاءة. إنها أفضل قليلاً من النتيجة السابقة.

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

يتم تسجيل استهلاك التيار الخامل للدائرة 3.47 مللي أمبير في جميع الظروف عندما يكون الحمل 0 .

أيضا ، قمنا بفحص ماس كهربائى ، لوحظ التشغيل العادي. بعد الحد الأقصى لتيار الخرج ، ينخفض ​​جهد الخرج بشكل ملحوظ وبعد فترة زمنية معينة يقترب من الصفر.

يمكن إجراء تحسينات في هذه الدائرة ؛ يمكن استخدام مكثف منخفض القيمة ESR لتقليل تموج الإخراج. كما أن التصميم المناسب لثنائي الفينيل متعدد الكلور ضروري.