Mạch chuyển đổi tăng cường 3.7V sang 5v sử dụng mc34063

Trong thời hiện đại, pin Lithium đang làm phong phú thêm thế giới điện tử. Chúng có thể được sạc rất nhanh và cung cấp khả năng dự phòng tốt, cùng với chi phí sản xuất thấp khiến pin lithium trở thành lựa chọn ưu tiên nhất cho các thiết bị di động. Vì điện áp của pin lithium một cell từ điện áp tối thiểu 3,2 đến 4,2V, rất khó để cấp nguồn cho những mạch yêu cầu 5V trở lên. Trong trường hợp đó, chúng tôi cần một Bộ chuyển đổi Tăng cường sẽ tăng điện áp theo yêu cầu tải, nhiều hơn điện áp đầu vào của nó.

Rất nhiều sự lựa chọn có sẵn trong phân khúc này; MC34063 là bộ điều chỉnh chuyển mạch phổ biến nhất trong phân khúc như vậy. MCP34063 có thể được cấu hình trong ba hoạt động, Buck, Boost và Inverting. Chúng tôi sử dụng MC34063 làm bộ điều chỉnh Boost chuyển đổi và sẽ Tăng điện áp pin lithium 3.7V lên 5.5V với khả năng dòng điện đầu ra 500mA. Trước đây chúng tôi đã xây dựng mạch Buck Converter để giảm điện áp; bạn cũng có thể kiểm tra nhiều dự án điện tử công suất thú vị ở đây.

IC MC34063

Sơ đồ sơ đồ chân MC34063 đã được hiển thị trong hình ảnh dưới đây. Ở phía bên trái, mạch bên trong của MC34063 được hiển thị, và ở phía bên kia, sơ đồ sơ đồ chân được hiển thị.

MC34063 là một 1. 5A Bước lên hoặc bước xuống hoặc đảo ngược điều, do sở hữu chuyển đổi điện áp DC, MC34063 là một DC-DC converter IC.

IC này cung cấp các tính năng sau trong gói 8 chân của nó-

Tham chiếu bù nhiệt độ
Mạch giới hạn hiện tại
Bộ dao động chu kỳ làm việc được điều khiển với công tắc đầu ra trình điều khiển dòng điện cao đang hoạt động.
Chấp nhận 3.0V đến 40V DC.
Có thể hoạt động ở tần số chuyển mạch 100 KHz với dung sai 2%.
Dòng điện chờ rất thấp
Điện áp đầu ra có thể điều chỉnh

Ngoài ra, mặc dù có những tính năng này, nó vẫn phổ biến rộng rãi và tiết kiệm chi phí hơn nhiều so với các IC khác có sẵn trong phân khúc như vậy.

Hãy thiết kế mạch nâng cấp của chúng tôi bằng cách sử dụng MC34063 để tăng điện áp pin Lithium 3.7V lên 5.5V.

Tính toán các giá trị của các thành phần cho Boost Converter

Nếu chúng tôi kiểm tra biểu dữ liệu, chúng tôi có thể thấy biểu đồ công thức hoàn chỉnh hiện diện để tính toán các giá trị mong muốn cần thiết theo yêu cầu của chúng tôi. Đây là bảng công thức có sẵn bên trong biểu dữ liệu và mạch nâng cấp cũng được hiển thị.

Đây là giản đồ không có giá trị các thành phần đó, sẽ được sử dụng bổ sung với MC34063.

Bây giờ chúng tôi sẽ tính toán các giá trị được yêu cầu cho thiết kế của chúng tôi. Chúng ta có thể thực hiện các phép tính từ các công thức được cung cấp trong biểu dữ liệu hoặc chúng ta có thể sử dụng bảng excel do trang web của ON Semiconductor cung cấp. Đây là đường dẫn của bảng excel.

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

Các bước để tính toán các giá trị thành phần đó

Bước 1: - Đầu tiên chúng ta cần chọn Diode. Chúng tôi sẽ chọn diode 1N5819 có sẵn rộng rãi. Theo biểu dữ liệu, ở dòng chuyển tiếp 1A, điện áp chuyển tiếp của diode sẽ là 0,60 V.

Bước 2: - Chúng tôi sẽ tính toán theo công thức

Đối với điều này, Vout của chúng tôi là 5,5V, điện áp chuyển tiếp của diode (Vf) là 0,60V. Điện áp tối thiểu Vin (tối thiểu) của chúng tôi là 3.2V vì đây là điện áp thấp nhất có thể chấp nhận được từ pin một cell. Và đối với điện áp bão hòa của công tắc đầu ra (Vsat), nó là 1V (1V trong biểu dữ liệu). Bằng cách, kết hợp tất cả những điều này lại với nhau, chúng tôi nhận được

(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Vì vậy, t _BẬT / t _TẮT = 1,31

Bước 3: - Không, chúng tôi sẽ tính thời gian Ton + Toff, theo công thức Ton + Toff = 1 / f

Chúng tôi sẽ chọn tần số chuyển mạch thấp hơn, 50Khz.

Vì vậy, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Vậy Ton + Toff của chúng ta là 20uS

Bước 4: - Bây giờ chúng ta sẽ tính toán thời gian _tắt T.

T _tắt = (T _bật + T _tắt / (T _bật / T _tắt) +1)

Như chúng ta đã tính Ton + Toff và Ton / Toff trước đây, việc tính toán sẽ dễ dàng hơn bây giờ, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Bước 5: - Bây giờ bước tiếp theo là tính Ton, T _bật = (T _bật + T _tắt) - T _tắt = 20 đô - 8,65 đô = 11,35 đô

Bước 6: - Chúng ta sẽ cần chọn thời gian Tụ Ct, sẽ được yêu cầu để tạo ra tần số mong muốn. Ct = 4.0 x 10 ^-5 x Tôn = 4.0 x 10 ^-5 x 11.35uS = 454pF

Bước 7: - Bây giờ chúng ta cần tính dòng điện dẫn trung bình hoặc

IL (trung bình). IL (trung bình) = Iout (tối đa) x ((T _bật / _tắt) +1)

Dòng điện đầu ra tối đa của chúng tôi sẽ là 500mA. Vì vậy, dòng điện dẫn trung bình sẽ là 0,5A x (1,31 + 1) = 1,15A.

Bước 8: - Bây giờ là lúc cho dòng điện gợn của cuộn cảm. Một cuộn cảm điển hình sử dụng 20-40% dòng ra trung bình. Vì vậy, nếu chúng ta chọn dòng điện cuộn cảm 30%, nó sẽ là 1,15 * 30% = 0,34A

Bước 9: - Dòng đỉnh chuyển mạch sẽ là IL (trung bình) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A

Bước 10: - Tùy theo các giá trị đó mà chúng ta sẽ tính giá trị Cuộn cảm

Bước 11: - Đối với dòng 500mA, Giá trị Rsc sẽ là 0,3 / Ipk. Vì vậy, đối với yêu cầu của chúng tôi, nó sẽ là Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohms

Bước 12: - Hãy tính toán các giá trị tụ điện đầu ra

Chúng ta có thể chọn giá trị gợn sóng là 250mV (đỉnh đến đỉnh) từ đầu ra tăng áp.

Vì vậy, Cout = 9 * (0,5 * 11,35us / 0,25) = 204,3uF

Chúng tôi sẽ chọn 220uF, 12V . Càng sử dụng nhiều tụ điện thì độ gợn sóng càng giảm.

Bước 13: - Cuối cùng chúng ta cần tính giá trị điện trở phản hồi điện áp. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Chúng tôi sẽ chọn giá trị R1 2k, Vì vậy, giá trị R2 sẽ là 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Chúng tôi đã tính toán tất cả các giá trị. Vì vậy, dưới đây là sơ đồ cuối cùng:

Sơ đồ mạch bộ chuyển đổi Boost

Các thành phần bắt buộc

Relimate kết nối cho đầu vào và đầu ra- 2 số
Điện trở 2k- 1 không
Điện trở 6,8k- 1 nos
1N5819- 1nos
100uF, 12V và 194,94uF, tụ điện 12V (220uF, 12V được sử dụng, giá trị đóng được chọn) mỗi loại 1 số.
Cuộn cảm 18,91uH, 1,5A - 1 nos. (33uH 2.5A được sử dụng, nó đã có sẵn tại địa điểm của chúng tôi)
Tụ đĩa gốm 454pF (470pF được sử dụng) 1 nos
1 Pin Lithium ion hoặc Lithium polymer Tế bào đơn hoặc pin song song tùy thuộc vào dung lượng pin để dự phòng các vấn đề liên quan trong các dự án cần thiết.
IC điều chỉnh chuyển mạch MC34063
Điện trở.24ohms (sử dụng.3R, 2W)
1 nos Veroboard (có thể sử dụng Vero chấm hoặc kết nối).
Sắt hàn
Dòng hàn và dây hàn.
Dây bổ sung nếu được yêu cầu.

Lưu ý: Chúng tôi đã sử dụng cuộn cảm 33uh vì nó có sẵn dễ dàng với các nhà cung cấp địa phương với xếp hạng hiện tại 2,5A. Ngoài ra, chúng tôi đã sử dụng điện trở.3R thay thế.22R.

Sau khi sắp xếp các thành phần, hàn các thành phần trên bo mạch Perf

Quá trình hàn hoàn thành.

Kiểm tra mạch chuyển đổi Boost

Trước khi kiểm tra mạch, chúng ta cần tải DC thay đổi để hút dòng điện từ nguồn DC. Trong phòng thí nghiệm điện tử nhỏ, nơi chúng tôi đang kiểm tra mạch, dung sai kiểm tra cao hơn nhiều và do đó, một số độ chính xác đo lường không đạt đến mức.

Máy hiện sóng được hiệu chuẩn thích hợp nhưng tiếng ồn nhân tạo, EMI, RF cũng có thể thay đổi độ chính xác của kết quả thử nghiệm. Ngoài ra, Đồng hồ vạn năng có dung sai +/- 1%.

Sau đây chúng tôi sẽ đo lường những điều sau

Đầu ra gợn sóng và điện áp ở nhiều tải khác nhau lên đến 500mA.
Hiệu quả của mạch.
Dòng tiêu thụ không tải của đoạn mạch.
Tình trạng ngắn mạch của mạch.
Ngoài ra, điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta quá tải đầu ra?

Nhiệt độ phòng của chúng tôi là 25 độ C, nơi chúng tôi đã thử nghiệm mạch điện.

Trong hình trên, chúng ta có thể thấy tải DC. Đây là tải điện trở và như chúng ta có thể thấy, các điện trở 10pcs 1 ohm trong kết nối song song là tải thực tế được kết nối qua MOSFET, Chúng tôi sẽ điều khiển cổng MOSFET và cho phép dòng điện chạy qua các điện trở. Các điện trở đó chuyển đổi công suất điện thành nhiệt. Kết quả bao gồm dung sai 5%. Ngoài ra, các kết quả tải này bao gồm công suất của chính tải, vì vậy khi không có tải nào được vẽ bởi nó, nó sẽ hiển thị 70mA mặc định của dòng tải. Chúng tôi sẽ cấp nguồn cho tải từ nguồn điện khác và kiểm tra mạch. Đầu ra cuối cùng sẽ là (Kết quả - 70mA ). Chúng tôi sẽ sử dụng đồng hồ vạn năng với chế độ cảm nhận dòng điện và đo dòng điện. Khi đồng hồ mắc nối tiếp với tải một chiều, màn hình hiển thị tải sẽ không cung cấp kết quả chính xác do điện trở shunt sụt giảm bên trong đồng hồ vạn năng. Chúng tôi sẽ ghi lại kết quả của máy đo.

Dưới đây là thiết lập thử nghiệm của chúng tôi; chúng tôi đã kết nối tải qua mạch, chúng tôi đang đo dòng điện đầu ra qua bộ điều chỉnh tăng cường cũng như điện áp đầu ra của nó. Máy hiện sóng cũng được kết nối qua bộ chuyển đổi tăng cường, vì vậy chúng tôi cũng có thể kiểm tra điện áp đầu ra. Một 18650 pin lithium (1S2P - 3.7V 4400mAh) đang cung cấp điện áp đầu vào.

Chúng tôi đang vẽ.48A hoặc 480-70 = 410mA dòng điện từ đầu ra. Điện áp đầu ra là 5,06V.

Tại thời điểm này, nếu chúng ta kiểm tra gợn sóng đỉnh đến đỉnh trong máy hiện sóng. Chúng ta có thể thấy sóng đầu ra, độ gợn sóng là 260mV (pk-pk).

Dưới đây là báo cáo thử nghiệm chi tiết

Thời gian (giây)	Tải (mA)	Điện áp (V)	Ripple (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

Chúng tôi đã thay đổi tải và đợi khoảng 3 phút trên mỗi bước để kiểm tra xem kết quả có ổn định hay không. Sau khi tải 530mA (.53A), điện áp giảm đáng kể. Trong các trường hợp khác từ 0 tải đến 500mA điện áp đầu ra giảm.46V.

Kiểm tra mạch với Nguồn điện để bàn

Vì chúng tôi không thể kiểm soát điện áp của pin, chúng tôi cũng sử dụng một bộ nguồn dự phòng thay đổi để kiểm tra điện áp đầu ra ở điện áp đầu vào tối thiểu và tối đa (3,3-4,7V) để kiểm tra xem nó có hoạt động hay không,

Trong hình trên, bộ nguồn cung cấp điện áp đầu vào 3,3V. Màn hình tải hiển thị đầu ra 5,35V ở dòng điện 350mA lấy từ nguồn điện chuyển mạch. Khi tải được cấp nguồn bằng nguồn điện dự phòng, hiển thị tải không chính xác. Kết quả hòa hiện tại (347mA) cũng bao gồm kết quả hòa hiện tại từ nguồn cung cấp điện dự bị của chính tải. Tải được cấp nguồn bằng nguồn điện dự phòng (12V / 60mA). Vì vậy, hiện tại thực tế được rút ra từ đầu ra MC34063 là 347-60 = 287mA.

Chúng tôi đã tính toán hiệu suất ở 3,3V bằng cách thay đổi tải, đây là kết quả

Điện áp đầu vào (V)	Dòng điện đầu vào (A)	Công suất đầu vào (W)	Điện áp đầu ra (V)	Dòng điện đầu ra (A)	Công suất đầu ra (W)	Hiệu quả (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

Bây giờ chúng tôi đã thay đổi điện áp đầu vào 4.2V. Chúng tôi nhận được 5,41V làm đầu ra khi chúng tôi rút ra 357 - 60 = 297mA tải.

Chúng tôi cũng đã thử nghiệm hiệu quả. Nó tốt hơn một chút so với kết quả trước đó.

Điện áp đầu vào (V)	Dòng điện đầu vào (A)	Công suất đầu vào (W)	Điện áp đầu ra (V)	Dòng điện đầu ra (A)	Công suất đầu ra (W)	Hiệu quả
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

Dòng điện không tải tiêu thụ của đoạn mạch được ghi 3,47mA ở mọi điều kiện khi tải bằng 0 .

Ngoài ra, chúng tôi đã kiểm tra sự ngắn mạch, Hoạt động bình thường được quan sát. Sau ngưỡng dòng điện đầu ra tối đa, điện áp đầu ra sẽ thấp hơn đáng kể và sau một thời gian nhất định, nó sẽ gần bằng không.

Cải tiến có thể được thực hiện trong mạch này; một tụ điện có giá trị cao hơn ESR thấp có thể được sử dụng để giảm gợn đầu ra. Ngoài ra thiết kế PCB thích hợp là cần thiết.