Rangkaian konverter boost 3.7V ke 5v menggunakan MC34063

Di zaman modern, baterai Lithium memperkaya dunia elektronik. Mereka dapat diisi dengan sangat cepat dan memberikan cadangan yang baik, yang bersama dengan biaya produksi yang rendah menjadikan baterai lithium pilihan yang paling disukai untuk perangkat portabel. Karena tegangan baterai lithium sel tunggal berkisar dari tegangan minimum 3,2 hingga 4,2V, sulit untuk memberi daya pada sirkuit yang membutuhkan 5V atau lebih. Dalam kasus seperti itu kita membutuhkan Boost Converter yang akan menaikkan tegangan sesuai kebutuhan beban, lebih dari tegangan inputnya.

Banyak pilihan tersedia di segmen ini; MC34063 adalah regulator switching paling populer di segmen tersebut. MCP34063 dapat dikonfigurasi dalam tiga operasi, Buck, Boost dan Inverting. Kami menggunakan MC34063 sebagai pengatur Boost switching dan akan meningkatkan tegangan baterai lithium 3.7V menjadi 5.5V dengan kemampuan arus keluaran 500mA. Kami sebelumnya telah membangun sirkuit Buck Converter untuk menurunkan tegangan; Anda juga dapat memeriksa banyak proyek elektronika daya yang menarik 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.

Mari rancang sirkuit step-up kita menggunakan MC34063 untuk meningkatkan tegangan baterai Lithium 3.7V menjadi 5.5V.

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.

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

Untuk ini, Vout kami adalah 5,5V, Tegangan maju dioda (Vf) adalah 0,60V. Voltase minimum Vin (min) kami adalah 3,2V karena ini adalah voltase terendah yang dapat diterima dari baterai sel tunggal. Dan untuk tegangan saturasi dari saklar keluaran (Vsat), adalah 1V (1V dalam lembar data). Dengan, menyatukan semua ini kita dapatkan

(5.5 + 0.60-3.2 / 3.2-1) = 0.9 Jadi, t _ON / t _OFF = 1.31

Langkah 3: - Tidak, kami akan menghitung waktu Ton + Toff, sesuai rumus Ton + Toff = 1 / f

Kami akan memilih frekuensi switching yang lebih rendah, 50Khz.

Jadi, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Jadi Ton + Toff kami adalah 20uS

Langkah 4: - Sekarang kita akan menghitung waktu T _off.

T _off = (T _on + T _off / (T _on / T _off) +1)

Karena kita menghitung Ton + Toff dan Ton / Toff sebelumnya, perhitungannya akan lebih mudah sekarang, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Langkah 5: - Sekarang langkah selanjutnya adalah menghitung Ton, T _hidup = (T _hidup + T _mati) - T _mati = 20us - 8,65us = 11,35us

Langkah 6: - Kita perlu memilih timing Capacitor Ct, yang akan dibutuhkan untuk menghasilkan frekuensi yang diinginkan. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x Ton = 4,0 x 10 ^-5 x 11,35uS = 454pF

Langkah 7: - Sekarang kita perlu menghitung arus Induktor Rata-rata atau

IL (rata-rata). IL (rata-rata) = Iout (maks) x ((T _aktif / T _mati) +1)

Arus keluaran maksimum kami akan menjadi 500mA. Jadi, arus Induktor rata-rata akan menjadi 0,5A x (1,31 + 1) = 1,15A.

Langkah 8: - 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 1,15 * 30% = 0,34A

Langkah 9: - Arus puncak pengalihan akan menjadi IL (rata-rata) + Iripple / 2 = 1,15 + 0,34 / 2 = 1,32A

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

Langkah 11: - Untuk arus 500mA, Nilai Rsc akan menjadi 0,3 / Ipk. Jadi, untuk kebutuhan kita itu akan menjadi Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohm

Langkah 12: - Mari menghitung nilai kapasitor keluaran

Kita dapat memilih nilai riak 250mV (puncak ke puncak) dari keluaran dorongan.

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

Kami akan memilih 220uF, 12V . Semakin banyak kapasitor yang digunakan, semakin banyak riak yang akan berkurang.

Langkah 13: - Terakhir kita perlu menghitung nilai resistor umpan balik tegangan. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Kami akan memilih nilai R1 2k, Jadi, nilai R2 akan menjadi 5.5 = 1.25 (1 + R2 / 2k) = 6.8k

Kami menghitung semua nilai. Jadi di bawah ini adalah skema terakhir:

Diagram Sirkuit Boost Converter

Komponen yang Diperlukan

1. Hubungkan kembali konektor untuk input dan output- 2 nos
2. Resistor 2k- 1 nos
3. Resistor 6.8k - 1 nos
4. 1N5819- 1nos
5. Kapasitor 100uF, 12V dan 194.94uF, 12V (220uF, 12V digunakan, nilai tutup dipilih) masing-masing 1 nos.
6. 18.91uH induktor, 1.5A - 1 nos. (33uH 2.5A digunakan, sudah tersedia di tempat kami)
7. 454pF (470pF digunakan) kapasitor cakram keramik 1 nos
8. 1 Baterai Lithium ion atau Lithium polymer Sel tunggal atau sel paralel tergantung pada kapasitas baterai untuk masalah terkait cadangan dalam proyek yang diperlukan.
9. IC regulator switching MC34063
10. .24ohms resistor (.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.

Catatan: Kami telah menggunakan induktor 33uh karena tersedia dengan mudah dengan vendor lokal dengan peringkat 2.5A saat ini. Juga kami telah menggunakan resistor.3R sebagai gantinya.22R.

Setelah menyusun komponen, solderlah komponen tersebut pada papan Perf

Solder selesai.

Menguji Sirkuit Boost 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 500mA.
2. Efisiensi sirkuit.
3. Konsumsi arus idle dari rangkaian.
4. Kondisi sirkuit pendek.
5. Juga, apa yang akan terjadi jika kita membebani keluarannya?

Suhu ruangan kami adalah 25 derajat Celcius tempat kami menguji sirkuit.

Pada gambar di atas kita bisa melihat beban DC. Ini adalah beban resistif dan seperti yang bisa kita lihat, resistor 10 pcs 1 ohm dalam koneksi paralel adalah beban aktual yang terhubung melintasi MOSFET, 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 ditarik olehnya, itu akan menunjukkan 70mA default arus beban. Kami akan memberi daya beban dari catu daya lain dan menguji sirkuit. Hasil akhirnya adalah (Hasil - 70mA ). Kami akan menggunakan multimeter dengan mode penginderaan saat ini dan mengukur arus. Karena meteran dipasang seri dengan beban dc, tampilan beban tidak akan memberikan hasil yang tepat karena penurunan tegangan resistor shunt di dalam multimeter. Kami akan mencatat hasil meteran.

Di bawah ini adalah pengaturan pengujian kami; Kami telah menghubungkan beban di seluruh rangkaian, kami mengukur arus keluaran melalui pengatur dorongan serta tegangan keluarannya. Osiloskop juga terhubung melintasi konverter boost, jadi kami juga dapat memeriksa tegangan output. Sebuah 18.650 baterai lithium (1S2P - 3.7V 4400mAh) menyediakan tegangan input.

Kami menggambar.48A atau 480-70 = 410mA arus dari output. Tegangan keluaran adalah 5.06V.

Pada titik ini, jika kita memeriksa riak puncak ke puncak dalam osiloskop. Kita bisa melihat gelombang keluaran, riaknya 260mV (pk-pk).

Berikut adalah laporan pengujian terperinci

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

Kami mengubah beban dan menunggu sekitar 3 menit pada setiap langkah untuk memeriksa apakah hasilnya stabil atau tidak. Setelah beban 530mA (.53A), tegangan turun secara signifikan. Dalam kasus lain dari 0 beban ke 500mA tegangan keluaran turun 0,46V.

Menguji sirkuit dengan Bench Power Supply

Karena kami tidak dapat mengontrol tegangan baterai, kami juga menggunakan unit catu daya bangku variabel untuk memeriksa tegangan output minimum dan tegangan input maksimum (3,3-4,7V) untuk memeriksa apakah berfungsi atau tidak,

Pada gambar catu daya bangku di atas memberikan tegangan input 3.3V. Tampilan beban menunjukkan output 5.35V pada arus 350mA yang ditarik dari catu daya switching. Karena beban ditenagai oleh catu daya bangku, tampilan beban tidak akurat. Hasil penarikan arus (347mA) juga terdiri dari penarikan arus dari catu daya bangku oleh beban itu sendiri. Beban diberi daya menggunakan catu daya bangku (12V / 60mA). Jadi arus aktual yang ditarik dari keluaran MC34063 adalah 347-60 = 287mA.

Kami menghitung efisiensi pada 3.3V 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)
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

Sekarang kami telah mengubah tegangan ke input 4.2V. Kami mendapatkan 5,41V sebagai output saat kami menggambar beban 357 - 60 = 297mA.

Kami juga menguji efisiensinya. Ini sedikit lebih baik dari hasil sebelumnya.

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

Konsumsi arus idle dari rangkaian dicatat 3,47mA pada semua kondisi saat beban 0 .

Juga, kami memeriksa korsleting, operasi Normal diamati. Setelah ambang arus keluaran maksimum, tegangan keluaran semakin rendah secara signifikan dan setelah waktu tertentu mendekati nol.

Perbaikan dapat dilakukan di sirkuit ini; kapasitor bernilai ESR rendah yang lebih tinggi dapat digunakan untuk mengurangi riak keluaran. Juga diperlukan desain PCB yang tepat.