12V zu 5V Abwärtswandlerschaltung mit mc34063

Im vorherigen Tutorial haben wir das detaillierte Design des Aufwärtswandlers unter Verwendung des MC34063 demonstriert, bei dem ein Aufwärtswandler von 3,7 V auf 5 V entwickelt wurde. Hier sehen wir, wie man 12V in 5V umwandelt. Da wir wissen, dass exakte 5-V-Batterien nicht immer verfügbar sind und wir manchmal gleichzeitig eine höhere Spannung und eine niedrigere Spannung benötigen, um verschiedene Teile des Stromkreises anzusteuern, verwenden wir eine Quelle mit höherer Spannung (12 V) als Hauptstromquelle und verringern diese Spannung, um die Spannung (5 V) zu senken, wo immer dies erforderlich ist. Zu diesem Zweck wird in vielen elektronischen Anwendungen eine Abwärtswandlerschaltung verwendet, die die Eingangsspannung gemäß den Lastanforderungen senkt.

In diesem Segment stehen viele Optionen zur Verfügung. Wie im vorherigen Tutorial gezeigt, ist der MC34063 einer der beliebtesten Schaltregler in diesem Segment. Der MC34063 kann in drei Modi konfiguriert werden: Buck, Boost und Inverting. Wir werden die Buck-Konfiguration verwenden, um die 12-V-DC-Quelle in 5-V-DC mit 1A Ausgangsstromfähigkeit umzuwandeln. Wir haben zuvor eine einfache Buck-Wandlerschaltung unter Verwendung eines MOSFET gebaut; Sie können hier auch viele weitere nützliche Leistungselektronikschaltungen überprüfen.

IC MC34063

Das Pinbelegungsdiagramm des MC34063 ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Auf der linken Seite ist der interne Schaltkreis des MC34063 und auf der anderen Seite das Pinbelegungsdiagramm dargestellt.

MC34063 ist eine 1. 5A Schritt up oder Schritt nach unten oder invertierender Regler aufgrund Gleichspannungsumwandlungseigenschaft, ist MC34063 ein DC-DC - Wandler - ICS.

Dieser IC bietet die folgenden Funktionen in seinem 8-poligen Gehäuse:

Temperaturkompensierte Referenz
Strombegrenzungsschaltung
Controlled Duty Cycle Oszillator mit aktivem Hochstromtreiberausgangsschalter.
Akzeptieren Sie 3,0 V bis 40 V DC.
Kann mit einer Schaltfrequenz von 100 kHz und einer Toleranz von 2% betrieben werden.
Sehr niedriger Standby-Strom
Einstellbare Ausgangsspannung

Trotz dieser Funktionen ist es weit verbreitet und viel kostengünstiger als andere ICs, die in einem solchen Segment erhältlich sind.

Im vorherigen Tutorial haben wir eine Spannungserhöhungsschaltung mit MC34063 entwickelt, um die Spannung der 3,7-V-Lithiumbatterie auf 5,5 V zu erhöhen. In diesem Tutorial werden wir einen 12-V-5-V-Buck-Wandler entwerfen.

Berechnung der Komponentenwerte für den Aufwärtswandler

Wenn wir das Datenblatt überprüfen, können wir sehen, dass das vollständige Formeldiagramm vorhanden ist, um die gewünschten Werte zu berechnen, die gemäß unserer Anforderung erforderlich sind. Hier ist das im Datenblatt verfügbare Formelblatt, und die Aufwärtsschaltung wird ebenfalls angezeigt.

Hier ist der Schaltplan ohne diese Komponentenwert, der zusätzlich mit dem MC34063 verwendet wird.

Wir berechnen die Werte, die für unser Design erforderlich sind. Wir können die Berechnungen anhand der im Datenblatt angegebenen Formeln durchführen oder das auf der ON Semiconductor-Website bereitgestellte Excel-Blatt verwenden.

Hier ist der Link des Excel-Blattes.

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

Schritte zur Berechnung dieser Komponentenwerte-

Schritt 1: - Zuerst müssen wir die Diode auswählen. Wir werden die weit verbreitete Diode 1N5819 wählen. Gemäß Datenblatt beträgt die Durchlassspannung der Diode bei 1 A Durchlassstrom 0,60 V.

Schritt 2: - Wir berechnen zuerst die Induktivität und den Schaltstrom, da diese für die weitere Berechnung benötigt werden. Unser durchschnittlicher Induktivitätsstrom ist der Spitzeninduktorstrom. In unserem Fall beträgt der Induktorstrom also:

IL (Durchschnitt) = 1A

Schritt 3: - Jetzt ist es Zeit für den Welligkeitsstrom der Induktivität. Ein typischer Induktor verbraucht 20-40% des durchschnittlichen Ausgangsstroms. Wenn wir also den Induktivitätswelligkeitsstrom 30% wählen, beträgt er 1A * 30% = 0,30A

Schritt 4: - Der Schaltspitzenstrom beträgt IL (Durchschnitt) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A

Schritt 5: - Wir berechnen das t _ON / t _OFF mit der folgenden Formel

Dafür beträgt unser Vout 5 V und die Durchlassspannung der Diode (Vf) 0,60 V. Unsere minimale Eingangsspannung Vin (min) beträgt 12 V und die Sättigungsspannung 1 V (1 V im Datenblatt). Indem wir das alles zusammenfügen, bekommen wir

(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Also t _EIN / t _AUS = 0,93 uS

Schritt 6: - Jetzt berechnen wir die Ton + Toff-Zeit gemäß der Formel Ton + Toff = 1 / f

Wir werden eine niedrigere Schaltfrequenz von 40 kHz wählen.

Also, Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

Schritt 7: - Jetzt berechnen wir die Toff- Zeit. Da wir zuvor Ton + Toff und Ton / Toff berechnet haben, wird die Berechnung jetzt einfacher.

Schritt 8: - Nun ist der nächste Schritt die Berechnung von Tonne, Tonne = (Tonne + Toff) - Toff = 25us - 12,95us = 12,05us

Schritt 9: - Wir müssen den Zeitkondensator Ct auswählen, der erforderlich ist, um die gewünschte Frequenz zu erzeugen.

Ct = 4,0 x10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 12.05uS = 482pF

Schritt 10: - Abhängig von diesen Werten berechnen wir den Induktorwert

Schritt 11: - Für den 1A-Strom beträgt der Rsc-Wert 0,3 / Ipk. Für unsere Anforderung ist es also Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohm

Schritt 12: - Berechnen wir die Ausgangskondensatorwerte. Wir können einen Welligkeitswert von 100 mV (Spitze zu Spitze) aus dem Boost-Ausgang auswählen.

Wir werden 470uF, 25V wählen . Je mehr Kondensator verwendet wird, desto mehr Welligkeit wird verringert.

Schritt 13: - Zuletzt müssen wir den Wert der Spannungsrückkopplungswiderstände berechnen. Wir werden den R1- Wert 2k wählen. Der R2-Wert wird also berechnet als

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) 5 = 1,25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6,2k

Buck Converter Schaltplan

Also nach der Berechnung aller Werte. Hier ist der aktualisierte Schaltplan

Erforderliche Komponenten

2 Nr. Relimate-Anschluss für Ein- und Ausgabe
2k Widerstand - 1 Nr
6,2k Widerstand - 1 Nr
1N5819-1 nr
100uF, 25V und 359,37uF, 25V Kondensator (470uF, 25V verwendet, Schließwert ausgewählt) - jeweils 1 Nr.
62,87 uH Induktor, 1,5 A 1 Nr. (100uH 2,5A wird verwendet, es war leicht auf dem Markt erhältlich)
Keramikscheibenkondensator mit 482 pF (470 pF verwendet) - 1 Nr
12V Netzteil mit 1,5A Nennspannung.
Schaltregler MC34063 ic
.26 Ohm Widerstand (.3R, 2W verwendet)
1 nos Veroboard (gepunktetes oder verbundenes Vero kann verwendet werden).
Lötkolben
Lötflussmittel und Lötdrähte.
Zusätzliche Kabel, falls erforderlich.

Löten Sie die Komponenten nach dem Anordnen der Komponenten auf die Perf-Platine

Testen der Abwärtswandlerschaltung

Vor dem Testen der Schaltung benötigen wir variable Gleichstromlasten, um den Strom aus der Gleichstromversorgung zu ziehen. In dem kleinen Elektroniklabor, in dem wir die Schaltung testen, sind die Testtoleranzen viel höher und daher sind nur wenige Messgenauigkeiten nicht ausreichend.

Das Oszilloskop ist ordnungsgemäß kalibriert, aber künstliche Geräusche, EMI und HF können auch die Genauigkeit der Testergebnisse verändern. Außerdem hat das Multimeter Toleranzen von +/- 1%.

Hier werden wir die folgenden Dinge messen

Ausgangswelligkeit und Spannung bei verschiedenen Lasten bis 1000mA. Testen Sie auch die Ausgangsspannung bei dieser Volllast.
Die Effizienz der Schaltung.
Leerlaufstromaufnahme der Schaltung.
Kurzschlusszustand des Stromkreises.
Was passiert auch, wenn wir die Ausgabe überlasten?

Unsere Raumtemperatur beträgt 26 Grad Celsius, als wir die Schaltung getestet haben.

Im obigen Bild sehen wir die Gleichstromlast. Dies ist eine ohmsche Last und wie wir sehen können, zehn Nr. Von 1 Ohm Widerständen in Parallelschaltung ist die tatsächliche Last, die über einen MOS-FET angeschlossen ist. Wir werden das MOSFET-Gate steuern und den Strom durch die Widerstände fließen lassen. Diese Widerstände wandeln elektrische Energie in Wärme um. Das Ergebnis besteht aus 5% Toleranz. Zu diesen Lastergebnissen gehört auch die Leistungsaufnahme der Last selbst. Wenn also keine Last an die Last angeschlossen und über ein externes Netzteil mit Strom versorgt wird, wird standardmäßig ein Laststrom von 70 mA angezeigt. In unserem Fall werden wir die Last über eine externe Tischstromversorgung mit Strom versorgen und die Schaltung testen. Die endgültige Ausgabe ist (Ergebnis - 70mA).

Unten finden Sie unseren Testaufbau. Wir haben die Last über den Stromkreis angeschlossen und messen den Ausgangsstrom über den Buck-Regler sowie dessen Ausgangsspannung. Ein Oszilloskop ist ebenfalls über den Tiefsetzsteller angeschlossen, sodass wir auch die Ausgangsspannung überprüfen können. Wir liefern 12-V- Eingang von unserem Tischnetzteil.

Wir zeichnen. 88A oder 952mA-70mA = 882mA Strom vom Ausgang. Die Ausgangsspannung beträgt 5,15V.

Zu diesem Zeitpunkt überprüfen wir die Welligkeit von Spitze zu Spitze im Oszilloskop. Wir können die Ausgangswelle sehen, die Welligkeit beträgt 60 mV (pk-pk). Das ist gut für einen 12V zu 5V Schalt-Buck-Wandler.

Die Ausgangswellenform sieht folgendermaßen aus:

Hier ist der Zeitrahmen der Ausgangswellenform. Es ist 500 mV pro Division und 500 uS Zeitrahmen.

Hier ist der detaillierte Testbericht

Zeit (Sekunden)	Last (mA)	Spannung (V)	Welligkeit (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

Wir haben die Last gewechselt und bei jedem Schritt ca. 3 Minuten gewartet, um zu überprüfen, ob die Ergebnisse stabil sind oder nicht. Nach 982mA Last fiel die Spannung deutlich ab. In anderen Fällen von 0 Lasten auf 940 mA fiel die Ausgangsspannung auf ca. 0,02 V, was bei Volllast eine recht gute Stabilität darstellt. Nach dieser 982-mA- Last fällt die Ausgangsspannung erheblich ab. Wir haben einen.3R-Widerstand verwendet, bei dem.26R erforderlich war. Aus diesem Grund können wir 982 mA Laststrom ziehen. Das Netzteil MC34063 kann bei voller 1A-Last keine ordnungsgemäße Stabilität bieten, da wir.3R anstelle von.26R verwendet haben. 982mA liegen jedoch sehr nahe am 1A-Ausgang. Außerdem haben wir Widerstände mit Toleranzen von 5% verwendet, die auf dem lokalen Markt am häufigsten erhältlich sind.

Wir haben den Wirkungsgrad bei 12 V festem Eingang und durch Ändern der Last berechnet. Hier ist das Ergebnis

Eingangsspannung (V)	Eingangsstrom (A)	Eingangsleistung (W)	Ausgangsspannung (V)	Ausgangsstrom (A)	Ausgangsleistung (W)	Effizienz (n)
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

Wie wir sehen können, liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad bei etwa 75%, was zu diesem Zeitpunkt eine gute Leistung darstellt.

Die Leerlaufstromaufnahme des Stromkreises wird bei einer Last von 0 mit 3,52 mA aufgezeichnet .

Außerdem haben wir nach dem Kurzschluss gesucht und beobachten Normal im Kurzschluss.

Nach der maximalen Ausgangsstromschwelle werden die Ausgangsspannungen deutlich niedriger und nach einer bestimmten Zeit nahe Null.

In dieser Schaltung können Verbesserungen vorgenommen werden; Wir können einen Kondensator mit niedrigem ESR und höherem Wert verwenden, um die Ausgangswelligkeit zu verringern. Außerdem ist eine ordnungsgemäße Leiterplattenkonstruktion erforderlich.