众所周知,精确的5V电池并不总是可用的,有时我们需要更高的电压和更低的电压同时驱动电路的不同部分,因此我们使用更高电压(12v)的电源作为主要电源,并在需要时将该电压降压到较低的电压(5v)。为此,降压转换器电路用于许多电子应用,可根据负载要求降低输入电压。
这一部分有很多选择;如上一个教程所示,MC34063是此类细分市场中最受欢迎的开关稳压器之一。MC34063可配置为三种模式:降压、升压和反相。我们将使用降压配置将12V DC 电源转换为具有 1A 输出电流能力的 5V DC。
集成电路 MC34063
MC34063引脚排列图如下图所示。左侧显示MC34063的内部电路,另一侧显示引脚排列图。
MC34063是1.5A升压或降压或反相稳压器,由于直流电压转换特性,MC34063是一款DC-DC转换器IC。
该 IC 在其 8 引脚封装中提供以下特性-
温度补偿基准
限流电路
受控占空比振荡器,带有源高电流驱动器输出开关。
接受 3.0V 至 40V DC。
可在 100 KHz 开关频率下工作,容差为 2%。
极低的待机电流
可调输出电压
此外,尽管具有这些特性,但它是广泛使用的,并且比此类细分市场中可用的其他IC更具成本效益。
计算升压转换器的元件值
如果我们检查数据表,我们可以看到完整的公式图表存在,以根据我们的要求计算所需的所需值。这是数据表中提供的公式表,还显示了升压电路。
以下是不含这些元件值的原理图,将与MC34063一起使用。
我们将计算设计所需的值。我们可以根据数据表中提供的公式进行计算,也可以使用安森美半导体网站提供的Excel表进行计算。
计算这些组件值的步骤-
步骤1:- 首先,我们需要选择二极管。我们将选择广泛使用的二极管1N5819。根据数据表,在1A正向电流下,二极管的正向电压为0.60V。
步骤2:- 我们首先计算电感和开关电流,因为进一步计算需要它。我们的平均电感电流将是峰值电感电流。因此,在我们的例子中,电感电流为:
IL(avg) = 1A
步骤3:- 现在是电感的纹波电流的时候了。典型电感器使用平均输出电流的20-40%。因此,如果我们选择电感纹波电流的30%,它将是1A * 30% = 0.30A
步骤 4:- 开关峰值电流将为IL(平均) + Iripple/2 = 1 + .30/2 = 1.15A
第 5 步:- 我们将计算t上/吨关闭使用以下公式
为此,我们的Vout为5V,二极管(Vf)的正向电压为0.60V。我们的最小输入电压Vin(最小值)为12V,饱和电压为1V(数据表中为1V)。通过,把这一切放在一起,我们得到
(5+0.60) / (12-1-5) = 0.93
So,
tON/tOFF
=
.93uS
第 6 步:- 现在我们将根据公式计算 Ton +Toff 时间 Ton + Toff = 1 / f
我们将选择较低的开关频率,40Khz。
So,
Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us
步骤7:- 现在我们将计算托夫时间。正如我们之前计算的 Ton + Toff 和Ton / Toff一样,现在计算会更容易,
步骤8:-现在下一步是计算吨,
Ton = (Ton + Toff) – Toff = 25us – 12.95us = 12.05us
步骤9:- 我们需要选择定时电容器Ct,这是产生所需频率所必需的。
Ct = 4.0 x10-5 x Ton = 4.0 x 10-5 x 12.05uS
=
482pF
步骤10:-根据这些值,我们将计算电感值
步骤11:- 对于1A电流,Rsc值将为0.3 / Ipk。因此,对于我们的要求,它将是rsc = .3/1.15 = .260 欧姆
步骤12:- 让我们计算输出电容值,我们可以从升压输出中选择100mV(峰峰值)的纹波值。
我们将选择470uF,25V。使用的电容器越多,减少的纹波就越大。
步骤13:- 最后我们需要计算电压反馈电阻值。我们将选择 R1 值2k,因此,R2值将计算为
Vout = 1.25 (1 + R2/R1)
5 = 1.25 (1 + R2 / 2K)
R2 =
6.2k
降压转换器电路图
所以在计算完所有值之后。这是更新的原理图
必需组件
2 个用于输入和输出的常开连接器
2k 电阻 - 1 常开
6.2k 电阻 - 1 常开
1N5819- 1 否
100uF、25V 和 359.37uF、25V 电容器(470uF,使用 25V,选择接近值)- 各 1 个。
62.87uH 电感器,1.5A 1 个 (使用 100uH 2.5A,在市场上很容易买到)
482pF(使用470pF)陶瓷盘式电容器 - 1 否
12V 电源单元,额定电流为 1.5A。
MC34063 开关稳压器 IC
.26欧姆电阻(.3R,使用2W)
1 个 nos veroboard(可以使用虚线或连接的 vero)。
烙铁
助焊剂和焊丝。
如果需要,还可以使用其他电线。
注意:我们使用了100uh电感器,因为它很容易在额定电流为2.5A的本地供应商处获得。 此外,我们还使用.3R电阻代替.26R。
排列组件后,将组件焊接在 Perf 板上
测试降压转换器电路
在测试电路之前,我们需要可变直流负载来从直流电源吸收电流。在我们测试电路的小型电子实验室中,测试公差要高得多,因此,很少有测量精度达不到标准。
示波器经过正确校准,但人工噪声、EMI、RF 也会改变测试结果的准确性。此外,万用表具有 +/-1% 的容差。
在这里,我们将测量以下内容
各种负载下的输出纹波和电压高达1000mA。此外,在此满负载下测试输出电压。
电路的效率。
电路的空闲电流消耗。
电路的短路情况。
另外,如果我们使输出过载会发生什么?
当我们测试电路时,我们的室温是26摄氏度。
在上图中,我们可以看到直流负载。这是一个阻性负载,正如我们所看到的,十个不。并联的 1 欧姆电阻是实际负载,它连接在 MOS-FET 上,我们将控制 MOSFET 栅极并允许电流流过电阻器。这些电阻器将电能转化为热量。结果包括 5% 的公差。此外,这些负载结果包括负载本身的功耗,因此当负载上没有连接负载并使用外部电源供电时,将显示默认的70mA负载电流。在本例中,我们将从外部台式电源为负载供电并测试电路。最终输出将是(结果 – 70mA)。
以下是我们的测试设置;我们已经将负载连接到电路上,我们测量降压稳压器两端的输出电流以及它的输出电压。降压转换器上还连接了一个示波器,因此我们还可以检查输出电压。我们从台式电源单元提供12V输入。
我们正在画.88A或952mA-70mA = 来自输出的 882mA电流。输出电压为5.15V。
此时,如果我们检查示波器中的峰到峰纹波。我们可以看到输出波,纹波为60mV(峰峰值)。这适用于 12V 至 5V 开关降压转换器。
输出波形如下所示:
这是输出波形的时间范围。它是每格500mV和500uS的时间范围。
这是详细的测试报告
时间 (秒) |
负载(毫安) | 电压 (V) | 纹波(峰峰值) (毫伏) |
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 |
我们更改了负载,并在每一步中等待大约 3 分钟,以检查结果是否稳定。982mA负载后,电压显著下降。在其他情况下,从0负载到940 mA,输出电压下降约为.02V,在满负载时稳定性相当好。此外,在982mA负载之后,输出电压会显著下降。我们在需要.26R的地方使用了.3R电阻,因此,我们可以吸收982mA的负载电流。MC34063电源无法在满1A负载下提供适当的稳定性,因为我们使用的是.3R而不是.26R。但982mA非常接近1A输出。此外,我们使用了容差为 5% 的电阻器,这在当地市场上最常见。
我们计算了12V固定输入和改变负载的效率。这是结果
输入电压 (V) | 输入电流 (A) | 输入 功率(W) |
输出电压 (V) |
输出 电流 (A) |
输出功率(W) | 效率 (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 |
正如我们所看到的,平均效率约为75%,这在现阶段是一个很好的输出。
当负载为0时,电路的空闲电流消耗记录为3.52mA。
此外,我们检查了短路,并在短路中观察到正常。
在最大输出电流阈值之后,输出电压明显降低,一段时间后,输出电压接近于零。
可以在此电路中进行改进;我们可以使用低ESR高值电容器来降低输出纹波。也, 适当的PCB设计是必要的.
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