3,7V bis 5V Aufwärtswandlerschaltung mit mc34063

In der heutigen Zeit bereichern Lithiumbatterien die Elektronikwelt. Sie können sehr schnell aufgeladen werden und bieten eine gute Sicherung, was zusammen mit ihren geringen Herstellungskosten Lithiumbatterien zur bevorzugten Wahl für tragbare Geräte macht. Da ein Einzelzellen-Lithiumbatteriespannungsbereich von mindestens 3,2 bis 4,2 V reicht, ist es schwierig, Stromkreise mit Strom zu versorgen, die 5 V oder mehr benötigen. In diesem Fall benötigen wir einen Aufwärtswandler, der die Spannung gemäß den Lastanforderungen mehr als die Eingangsspannung erhöht.

In diesem Segment stehen viele Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung. Der MC34063 ist der beliebteste Schaltregler in diesem Segment. Der MCP34063 kann in drei Vorgängen konfiguriert werden: Buck, Boost und Inverting. Wir verwenden den MC34063 als Schalt-Boost-Regler und steigern die Spannung der 3,7-V-Lithiumbatterie auf 5,5 V bei einem Ausgangsstrom von 500 mA. Wir haben zuvor eine Buck Converter-Schaltung gebaut, um die Spannung zu senken. Hier können Sie auch viele interessante Projekte der Leistungselektronik 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:

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

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

Lassen Sie uns unsere Aufwärtsschaltung mit MC34063 entwerfen, um die Spannung der 3,7-V-Lithiumbatterie auf 5,5 V zu erhöhen.

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.

Jetzt berechnen wir 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 zum Berechnen dieser Komponentenwerte

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

Schritt 2: - Wir berechnen die anhand der Formel

Dafür beträgt unser Vout 5,5 V, die Durchlassspannung der Diode (Vf) 0,60 V. Unsere minimale Spannung Vin (min) beträgt 3,2 V, da dies die niedrigste akzeptable Spannung einer Einzelzellenbatterie ist. Und für die Sättigungsspannung des Ausgangsschalters (Vsat) beträgt sie 1 V (1 V im Datenblatt). Indem wir das alles zusammenfügen, bekommen wir

(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Also, t _EIN / t _AUS = 1,31

Schritt 3: - Nein, wir berechnen die Ton + Toff-Zeit gemäß der Formel Ton + Toff = 1 / f

Wir wählen eine niedrigere Schaltfrequenz von 50 kHz.

Also, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Also ist unser Ton + Toff 20uS

Schritt 4: - Jetzt berechnen wir die T- _{Ausschaltzeit}.

T _aus = (T _ein + T _aus / (T _ein / T _aus) +1)

Da wir zuvor Ton + Toff und Ton / Toff berechnet haben, wird die Berechnung jetzt einfacher.

Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Schritt 5: - Nun ist der nächste Schritt die Berechnung von Tonne, T _ein = (T _ein + T _aus) - T _aus = 20us - 8,65us = 11,35us

Schritt 6: - Wir müssen den Zeitkondensator Ct auswählen, der erforderlich ist, um die gewünschte Frequenz zu erzeugen. Ct = 4,0 × 10 ^–5 × Tonne = 4,0 × 10 ^–5 × 11,35 uS = 454 pF

Schritt 7: - Jetzt müssen wir den durchschnittlichen Induktorstrom oder berechnen

IL (Durchschnitt). IL (Durchschnitt) = Iout (max) x ((T _ein / T _aus) +1)

Unser maximaler Ausgangsstrom beträgt 500mA. Der durchschnittliche Induktivitätsstrom beträgt also 0,5 A x (1,31 + 1) = 1,15 A.

Schritt 8: - Jetzt ist es Zeit für den Welligkeitsstrom der Induktivität. Ein typischer Induktor verbraucht 20-40% des durchschnittlichen Ausgangsstroms. Wenn wir also den Welligkeitsstrom des Induktors von 30% wählen, beträgt er 1,15 * 30% = 0,34 A.

Schritt 9: - Der Schaltspitzenstrom beträgt IL (Durchschnitt) + Iripple / 2 = 1,15 + 0,34 / 2 = 1,32 A.

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

Schritt 11: - Für den 500-mA-Strom beträgt der Rsc-Wert 0,3 / Ipk. Für unsere Anforderung ist es also Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohm

Schritt 12: - Berechnen wir die Ausgangskondensatorwerte

Wir können einen Welligkeitswert von 250 mV (Spitze zu Spitze) aus dem Boost-Ausgang wählen.

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

Wir werden 220uF, 12V wählen . Je mehr Kondensator verwendet wird, desto mehr Welligkeit wird verringert.

Schritt 13: - Zuletzt müssen wir den Wert der Spannungsrückkopplungswiderstände berechnen. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Wir werden den R1-Wert 2k wählen. Der R2-Wert ist also 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Wir haben alle Werte berechnet. Nachfolgend finden Sie das endgültige Schema:

Schaltplan des Aufwärtswandlers

Erforderliche Komponenten

1. Relimate Stecker für Ein- und Ausgang - 2 Nr
2. 2k Widerstand - 1 Nr
3. 6,8k Widerstand - 1 Nr
4. 1N5819-1nos
5. 100 uF, 12 V und 194,94 uF, 12 V Kondensator (220 uF, 12 V werden verwendet, Schließwert ausgewählt) je 1 Nr.
6. 18,91 uH Induktor, 1,5 A - 1 Nr. (33uH 2.5A wird verwendet, es war bei uns leicht erhältlich)
7. Keramikscheibenkondensator mit 454 pF (470 pF verwendet) 1 nr
8. 1 Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Batterie Einzelzelle oder Parallelzelle, abhängig von der Batteriekapazität für Backup-Probleme in erforderlichen Projekten.
9. Schaltregler-IC MC34063
10. .24 Ohm Widerstand (.3R, 2W verwendet)
11. 1 nos Veroboard (gepunktetes oder verbundenes Vero kann verwendet werden).
12. Lötkolben
13. Lötflussmittel und Lötdrähte.
14. Zusätzliche Kabel, falls erforderlich.

Hinweis: Wir haben einen 33-Ah-Induktor verwendet, da dieser bei lokalen Anbietern mit einer Nennstromstärke von 2,5 A problemlos erhältlich ist. Auch haben wir.3R Widerstand statt.22R verwendet.

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

Das Löten ist abgeschlossen.

Testen der Aufwärtswandlerschaltung

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

1. Ausgangswelligkeit und Spannung bei verschiedenen Lasten bis 500mA.
2. Effizienz der Schaltung.
3. Leerlaufstromaufnahme der Schaltung.
4. Kurzschlusszustand des Stromkreises.
5. Was passiert auch, wenn wir die Ausgabe überlasten?

Unsere Raumtemperatur beträgt 25 Grad Celsius, wo wir die Schaltung getestet haben.

Im obigen Bild sehen wir die Gleichstromlast. Dies ist eine ohmsche Last, und wie wir sehen können, sind 10-teilige 1-Ohm-Widerstände in Parallelschaltung die tatsächliche Last, die über einen MOSFET angeschlossen ist. Wir steuern das MOSFET-Gate und lassen den Strom durch die Widerstände fließen. 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 von ihr gezogen wird, werden standardmäßig 70 mA Laststrom angezeigt. Wir werden die Last von einem anderen Netzteil mit Strom versorgen und die Schaltung testen. Die endgültige Ausgabe wird sein (Ergebnis - 70mA ). Wir werden Multimeter mit Stromerfassungsmodus verwenden und den Strom messen. Da das Messgerät in Reihe mit der Gleichstromlast geschaltet ist, liefert die Lastanzeige aufgrund des Spannungsabfalls der Shunt-Widerstände in den Multimetern nicht das genaue Ergebnis. Wir werden das Ergebnis des Messgeräts aufzeichnen.

Unten finden Sie unseren Testaufbau. Wir haben die Last über den Stromkreis angeschlossen und messen den Ausgangsstrom über den Boost-Regler sowie dessen Ausgangsspannung. Ein Oszilloskop ist ebenfalls über den Aufwärtswandler angeschlossen, sodass wir auch die Ausgangsspannung überprüfen können. Eine 18650 Lithiumbatterie (1S2P - 3,7V 4400mAH) liefert die Eingangsspannung.

Wir ziehen.48A oder 480-70 = 410mA Strom aus dem Ausgang. Die Ausgangsspannung beträgt 5,06V.

Zu diesem Zeitpunkt überprüfen wir die Welligkeit von Spitze zu Spitze im Oszilloskop. Wir können die Ausgangswelle sehen, die Welligkeit beträgt 260 mV (pk-pk).

Hier ist der detaillierte Testbericht

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

Wir haben die Last gewechselt und bei jedem Schritt ca. 3 Minuten gewartet, um zu überprüfen, ob die Ergebnisse stabil sind oder nicht. Nach einer Last von 530 mA (0,53 A) fiel die Spannung signifikant ab. In anderen Fällen fiel die Ausgangsspannung von 0 auf 500 mA ab.46V.

Testen der Schaltung mit Bench Power Supply

Da wir die Batteriespannung nicht steuern können, haben wir auch ein variables Netzteil verwendet, um die Ausgangsspannung bei minimaler und maximaler Eingangsspannung (3,3-4,7 V) zu überprüfen, um zu überprüfen, ob sie funktioniert oder nicht.

In der obigen Abbildung liefern die Bench-Netzteile eine Eingangsspannung von 3,3 V. Die Lastanzeige zeigt eine 5,35-V-Ausgangsleistung bei 350 mA Stromaufnahme aus dem Schaltnetzteil. Da die Last von der Tischstromversorgung gespeist wird, ist die Lastanzeige nicht genau. Das Stromaufnahmeergebnis (347 mA) besteht auch aus der Stromaufnahme aus der Tischstromversorgung durch die Last selbst. Die Last wird über das Tischnetzteil (12 V / 60 mA) mit Strom versorgt. Der tatsächlich vom MC34063-Ausgang entnommene Strom beträgt also 347-60 = 287 mA.

Wir haben den Wirkungsgrad bei 3,3 V durch Ändern der Last berechnet. Hier ist das Ergebnis

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

Jetzt haben wir die Spannung auf 4,2 V Eingang geändert. Wir erhalten 5,41 V als Ausgang, wenn wir 357 - 60 = 297 mA Last ziehen.

Wir haben auch die Effizienz getestet. Es ist etwas besser als das vorherige Ergebnis.

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

Die Leerlaufstromaufnahme des Stromkreises wird unter allen Bedingungen mit 3,47 mA aufgezeichnet, wenn die Last 0 ist .

Außerdem haben wir den Kurzschluss überprüft, Normalbetrieb beobachtet. Nach der maximalen Ausgangsstromschwelle wird die Ausgangsspannung deutlich niedriger und nähert sich nach einer gewissen Zeit Null.

In dieser Schaltung können Verbesserungen vorgenommen werden; Ein Kondensator mit niedrigem ESR und höherem Wert kann verwendet werden, um die Ausgangswelligkeit zu verringern. Auch eine ordnungsgemäße Leiterplattenkonstruktion ist erforderlich.