Rangkaian konverter buck 12V ke 5v menggunakan mc34063

Dalam tutorial sebelumnya, kami mendemonstrasikan desain rinci Boost Converter menggunakan MC34063, di mana konverter boost 3,7V ke 5V dirancang. Di sini kita melihat bagaimana mengubah 12V ke 5V. Seperti yang kita ketahui bahwa baterai 5V yang tepat tidak selalu tersedia, dan terkadang kita membutuhkan tegangan yang lebih tinggi dan tegangan yang lebih rendah pada saat yang sama untuk menggerakkan bagian rangkaian yang berbeda, jadi kita menggunakan sumber tegangan yang lebih tinggi (12v) sebagai sumber daya utama dan menurunkannya. tegangan ke tegangan rendah (5v) dimanapun diperlukan. Untuk tujuan ini, Rangkaian Konverter Buck digunakan dalam banyak aplikasi elektronik yang menurunkan tegangan input sesuai kebutuhan beban.

Ada banyak pilihan yang tersedia di segmen ini; Seperti yang terlihat pada tutorial sebelumnya, MC34063 adalah salah satu regulator switching paling populer yang tersedia di segmen tersebut. MC34063 dapat dikonfigurasi dalam tiga mode, Buck, Boost, dan Inverting. Kami akan menggunakan konfigurasi Buck untuk mengubah sumber 12V DC menjadi 5V DC dengan kemampuan arus keluaran 1A. Kami sebelumnya telah membangun sirkuit Buck Converter sederhana menggunakan MOSFET; Anda juga dapat memeriksa lebih banyak rangkaian elektronika daya yang berguna di sini.

IC MC34063

Diagram pinout MC34063 telah ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Di sisi kiri sirkuit internal MC34063 ditampilkan, dan di sisi lain diagram pinout ditampilkan.

MC34063 adalah 1. 5A Step up atau step down atau regulator pembalik, karena sifat konversi tegangan DC, MC34063 adalah IC konverter DC-DC.

IC ini menyediakan fitur berikut dalam paket 8 pinnya-

1. Referensi kompensasi suhu
2. Sirkuit batas arus
3. Osilator siklus tugas terkontrol dengan sakelar keluaran driver arus tinggi yang aktif.
4. Terima 3.0V hingga 40V DC.
5. Dapat dioperasikan pada frekuensi switching 100 KHz dengan toleransi 2%.
6. Arus siaga sangat rendah
7. Tegangan keluaran yang dapat disesuaikan

Selain itu, selain fitur-fitur ini, tersedia secara luas dan jauh lebih hemat biaya daripada IC lain yang tersedia di segmen tersebut.

Pada tutorial sebelumnya kita mendesain rangkaian voltage step-up menggunakan MC34063 untuk mendongkrak tegangan baterai Lithium 3.7V menjadi 5.5V, pada tutorial kali ini kita akan mendesain konverter Buck 12V menjadi 5V.

Menghitung Nilai Komponen untuk Boost Converter

Jika kita memeriksa lembar data, kita dapat melihat grafik rumus lengkap hadir untuk menghitung nilai yang diinginkan sesuai kebutuhan kita. Berikut adalah lembar rumus yang tersedia di dalam lembar data, dan sirkuit step up juga ditampilkan.

Berikut adalah skema tanpa nilai komponen tersebut, yang akan digunakan sebagai tambahan dengan MC34063.

Kami akan menghitung nilai yang diperlukan untuk desain kami. Kita bisa melakukan perhitungan dari rumus-rumus yang ada di datasheet atau kita bisa menggunakan excel sheet yang disediakan oleh website ON Semiconductor.

Ini tautan dari lembar excel.

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

Langkah-langkah untuk menghitung nilai komponen tersebut-

Langkah 1: - Pertama, kita perlu memilih Diode. Kami akan memilih dioda 1N5819 yang tersedia secara luas. Sesuai lembar data, pada arus maju 1A, tegangan maju dioda akan menjadi 0,60 V.

Langkah 2: - Pertama-tama kami menghitung induktor dan mengalihkan arus karena akan diperlukan untuk perhitungan lebih lanjut. Arus Induktor Rata-rata kami akan menjadi arus induktor puncak. Jadi, dalam kasus kami arus Induktor adalah:

IL (rata-rata) = 1A

Langkah 3: - Sekarang saatnya arus riak induktor. Induktor tipikal menggunakan 20-40% dari arus keluaran rata-rata. Jadi, jika kita memilih arus riak induktor 30%, itu akan menjadi 1A * 30% = 0,30A

Langkah 4: - Arus puncak pengalihan akan menjadi IL (rata-rata) + Iripple / 2 = 1 + 0,30 / 2 = 1,15A

Langkah 5: - Kami akan menghitung t _ON / t _OFF menggunakan rumus di bawah ini

Untuk ini, Vout kami adalah 5V, dan tegangan maju dioda (Vf) adalah 0,60V. Tegangan input minimum kami Vin (min) adalah 12V dan tegangan saturasi adalah 1V (1V dalam lembar data). Dengan, menyatukan semua ini kita dapatkan

(5 + 0,60) / (12-1-5) = 0,93 Jadi, t _ON / t _OFF = 0,93uS

Langkah 6: - Sekarang kita akan menghitung waktu Ton + Toff, sesuai rumus Ton + Toff = 1 / f

Kami akan memilih frekuensi switching yang lebih rendah, 40Khz.

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

Langkah 7: - Sekarang kita akan menghitung waktu Toff. Karena kita menghitung Ton + Toff dan Ton / Toff sebelumnya, perhitungannya akan lebih mudah sekarang,

Langkah 8: - Sekarang langkah selanjutnya adalah menghitung Ton, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12.95us = 12.05us

Langkah 9: - Kita perlu memilih timing Capacitor Ct, yang akan dibutuhkan untuk menghasilkan frekuensi yang diinginkan.

Ct = 4,0 x10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 12,05uS = 482pF

Langkah 10: - Bergantung pada nilai-nilai itu kami akan menghitung nilai Induktor

Langkah 11: - Untuk arus 1A, Nilai Rsc akan menjadi 0,3 / Ipk. Jadi, untuk kebutuhan kita itu akan menjadi Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohm

Langkah 12: - Mari kita hitung nilai kapasitor keluaran, kita dapat memilih nilai riak 100mV (puncak ke puncak) dari keluaran boost.

Kami akan memilih 470uF, 25V. Semakin banyak kapasitor yang digunakan, semakin banyak riak yang akan dikurangi.

Langkah 13: - Terakhir kita perlu menghitung nilai resistor umpan balik tegangan. Kami akan memilih nilai R1 2k, Jadi, nilai R2 akan dihitung sebagai

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

Diagram Sirkuit Buck Converter

Jadi setelah menghitung semua nilai. Berikut adalah skema yang diperbarui

Komponen yang dibutuhkan

1. 2 nos relimate konektor untuk input dan output
2. Resistor 2k- 1 nos
3. Resistor 6.2k- 1 nos
4. 1N5819- 1 no
5. 100uF, 25V dan 359.37uF, kapasitor 25V (470uF, 25V digunakan, nilai tutup dipilih) - masing-masing 1 nos.
6. 62.87uH induktor, 1.5A 1 nos. (100uH 2.5A digunakan, sudah tersedia di pasar)
7. 482pF (470pF digunakan) kapasitor cakram keramik- 1 nos
8. Unit Catu Daya 12V dengan Peringkat 1.5A.
9. MC34063 mengganti ic regulator
10. Resistor.26ohms (.3R, 2W digunakan)
11. 1 nos veroboard (vero bertitik atau terhubung dapat digunakan).
12. Besi Solder
13. Fluks solder dan kabel solder.
14. Kabel tambahan jika diperlukan.

Setelah menyusun komponen, solderlah komponen tersebut pada papan Perf

Menguji Sirkuit Buck Converter

Sebelum menguji rangkaian kita membutuhkan beban DC variabel untuk menarik arus dari catu daya DC. Di lab elektronik kecil tempat kami menguji sirkuit, toleransi pengujian jauh lebih tinggi dan karena itu, beberapa akurasi pengukuran tidak sesuai dengan standar.

Osiloskop dikalibrasi dengan benar tetapi suara buatan, EMI, RF juga dapat mengubah akurasi hasil tes. Selain itu, Multimeter memiliki toleransi +/- 1%.

Di sini kami akan mengukur hal-hal berikut

1. Output riak dan tegangan pada berbagai beban hingga 1000mA. Juga, uji tegangan keluaran pada beban penuh ini.
2. Efisiensi sirkuit.
3. Konsumsi arus idle dari rangkaian.
4. Kondisi sirkuit pendek.
5. Juga, apa yang akan terjadi jika kita membebani keluarannya?

Suhu kamar kami adalah 26 derajat Celcius saat kami menguji sirkuit.

Pada gambar di atas, kita bisa melihat beban DC. Ini adalah beban resistif dan seperti yang bisa kita lihat, sepuluh tidak. Resistor 1 ohm dalam koneksi paralel adalah beban aktual, yang terhubung melintasi MOS-FET, Kami akan mengontrol gerbang MOSFET dan membiarkan arus mengalir melalui resistor. Resistor tersebut mengubah daya listrik menjadi panas. Hasilnya terdiri dari toleransi 5%. Juga, hasil beban ini termasuk penarikan daya dari beban itu sendiri, jadi ketika tidak ada beban yang dihubungkan melewatinya dan diberi daya menggunakan catu daya eksternal, ini akan menunjukkan 70mA arus beban default. Dalam kasus kami, kami akan memberi daya beban dari catu daya bangku eksternal dan menguji sirkuit. Hasil akhirnya adalah (Hasil - 70mA).

Di bawah ini adalah pengaturan pengujian kami; kami telah menghubungkan beban di seluruh sirkuit, kami mengukur arus keluaran melintasi regulator buck serta tegangan outputnya. Osiloskop juga terhubung melintasi konverter buck, jadi kami juga dapat memeriksa tegangan keluaran. Kami menyediakan input 12V dari unit catu daya bangku kami.

Kami sedang menggambar. 88A atau 952mA-70mA = 882mA arus dari output. Tegangan keluaran adalah 5.15V.

Pada titik ini, jika kita memeriksa riak puncak ke puncak di osiloskop. Kita bisa melihat gelombang keluaran, riaknya 60mV (pk-pk). Yang bagus untuk konverter buck Switching 12V ke 5V.

Bentuk gelombang keluaran terlihat seperti ini:

Berikut adalah kerangka waktu dari bentuk gelombang keluaran. Ini adalah 500mV per divisi dan kerangka waktu 500uS.

Berikut adalah laporan pengujian terperinci

Waktu (detik)	Beban (mA)	Tegangan (V)	Riak (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

Kami mengubah beban dan menunggu sekitar 3 menit, pada setiap langkah, untuk memeriksa apakah hasilnya stabil atau tidak. Setelah 982mA memuat tegangan turun secara signifikan. Dalam kasus lain dari 0 beban hingga 940 mA, tegangan keluaran turun sekitar 0,02V, yang merupakan stabilitas yang cukup baik pada beban penuh. Selain itu, setelah beban 982mA, tegangan keluaran turun secara signifikan. Kami menggunakan resistor.3R di mana diperlukan.26R, karena itu, kami dapat menarik arus beban 982mA. The MC34063 power supply tidak dapat memberikan stabilitas yang tepat pada beban 1A penuh seperti yang kita digunakan.3R bukan.26R. Tapi 982mA sangat dekat dengan keluaran 1A. Juga, kami menggunakan resistor dengan toleransi 5% yang paling umum tersedia di pasar lokal.

Kami menghitung efisiensi pada input tetap 12V dan dengan mengubah beban. Inilah hasilnya

Tegangan Input (V)	Input Saat Ini (A)	Daya Input (W)	Tegangan Output (V)	Output Saat Ini (A)	Daya Output (W)	Efisiensi (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

Seperti yang dapat kita lihat efisiensi rata-rata adalah sekitar 75%, yang merupakan keluaran yang baik pada tahap ini.

Konsumsi arus idle dari rangkaian dicatat 3,52mA ketika bebannya 0.

Juga, kami memeriksa korsleting, dan kami mengamati Normal di korsleting.

Setelah ambang arus keluaran maksimum, tegangan keluaran menjadi lebih rendah secara signifikan dan setelah waktu tertentu, mendekati nol.

Perbaikan dapat dilakukan di sirkuit ini; kita dapat menggunakan kapasitor bernilai ESR rendah yang lebih tinggi untuk mengurangi riak keluaran. Selain itu, desain PCB yang tepat juga diperlukan.