이전 튜토리얼에서는 3.7V ~ 5V 부스트 컨버터가 설계된 MC34063을 사용하여 부스트 컨버터의 세부 설계를 시연했습니다. 여기서 우리는 12V를 5V로 변환 하는 방법을 봅니다. 정확한 5V 배터리를 항상 사용할 수있는 것은 아니며 때로는 회로의 다른 부분을 구동하기 위해 더 높은 전압과 더 낮은 전압이 동시에 필요하다는 것을 알고 있으므로 더 높은 전압 (12v) 소스를 주 전원으로 사용하고이 단계를 낮 춥니 다. 필요한 경우 낮은 전압 (5v)으로 전압을 조정합니다. 이를 위해 벅 컨버터 회로 는 부하 요구 사항에 따라 입력 전압을 낮추는 많은 전자 애플리케이션에 사용됩니다.
이 세그먼트에는 많은 선택 사항이 있습니다. 이전 자습서에서 볼 수 있듯이 MC34063 은 해당 세그먼트에서 가장 많이 사용되는 스위칭 조정기 중 하나입니다. MC34063은 벅, 부스트 및 반전의 세 가지 모드로 구성 할 수 있습니다. Buck 구성을 사용하여 12V DC 소스를 1A 출력 전류 기능 으로 5V DC 로 변환합니다. 이전에 MOSFET을 사용하여 간단한 벅 컨버터 회로를 구축했습니다. 여기에서 더 많은 유용한 전력 전자 회로를 확인할 수도 있습니다.
IC MC34063
MC34063 핀아웃 다이어그램은 아래 이미지에 나와 있습니다. 왼쪽에는 MC34063의 내부 회로가 표시되고 다른쪽에는 핀아웃 다이어그램이 표시됩니다.
MC34063 은 1 입니다. 5A 스텝 업 또는 스텝 다운 또는 반전 조정기, DC 전압 변환 속성으로 인해 MC34063은 DC-DC 컨버터 IC입니다.
이 IC는 8 핀 패키지에서 다음과 같은 기능을 제공합니다.
- 온도 보상 기준
- 전류 제한 회로
- 활성 고전류 드라이버 출력 스위치가있는 제어 된 듀티 사이클 발진기.
- 3.0V ~ 40V DC를 수용합니다.
- 2 % 허용 오차로 100KHz 스위칭 주파수에서 작동 할 수 있습니다.
- 매우 낮은 대기 전류
- 조정 가능한 출력 전압
또한 이러한 기능에도 불구하고 널리 사용 가능하며 해당 부문에서 사용 가능한 다른 IC보다 훨씬 비용 효율적입니다.
이전 튜토리얼에서는 3.7V 리튬 배터리 전압을 5.5V로 높이기 위해 MC34063을 사용하는 전압 스텝 업 회로를 설계했습니다.이 튜토리얼에서는 12V ~ 5V 벅 컨버터를 설계합니다.
부스트 컨버터의 구성 요소 값 계산
데이터 시트를 확인하면 요구 사항에 따라 필요한 값을 계산하기 위해 완전한 공식 차트가 있음을 알 수 있습니다. 다음은 데이터 시트에서 사용할 수있는 공식 시트이며 스텝 업 회로도 표시됩니다.
다음은 MC34063 과 함께 추가로 사용되는 구성 요소 값이없는 회로도 입니다.
디자인에 필요한 값을 계산합니다. 데이터 시트에 제공된 공식으로 계산하거나 ON Semiconductor 웹 사이트에서 제공하는 엑셀 시트를 사용할 수 있습니다.
다음은 엑셀 시트의 링크입니다.
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063%20DWS.XLS
이러한 구성 요소 값을 계산하는 단계-
1 단계: -먼저 다이오드를 선택해야합니다. 우리는 널리 사용 가능한 다이오드 1N5819를 선택합니다. 데이터 시트에 따르면 1A 순방향 전류에서 다이오드의 순방향 전압은 0.60V입니다.
2 단계: -추가 계산에 필요한 인덕터 및 스위칭 전류를 먼저 계산합니다. 평균 인덕터 전류는 피크 인덕터 전류가됩니다. 따라서 우리의 경우 인덕터 전류는 다음과 같습니다.
IL (평균) = 1A
3 단계: -이제 인덕터의 리플 전류에 대한 시간입니다. 일반적인 인덕터는 평균 출력 전류의 20-40 %를 사용합니다. 따라서 인덕터 리플 전류를 30 %로 선택하면 1A * 30 % = 0.30A가됩니다.
4 단계: -스위칭 피크 전류는 IL (avg) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15A입니다.
5 단계: - 아래 공식을 사용하여 t ON / t OFF 를 계산합니다.
이를 위해 Vout은 5V이고 다이오드의 순방향 전압 (Vf)은 0.60V입니다. 최소 입력 전압 Vin (최소)은 12V이고 포화 전압은 1V (데이터 시트에서 1V)입니다. 이 모든 것을 합치면
(5 + 0.60) / (12-1-5) = 0.93 그래서, t ON / t OFF = .93uS
6 단계: -이제 Ton + Toff = 1 / f 공식에 따라 Ton + Toff 시간을 계산합니다.
더 낮은 스위칭 주파수 인 40Khz를 선택하겠습니다.
따라서 Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us
7 단계: -이제 Toff 시간 을 계산합니다. 이전에 Ton + Toff 및 Ton / Toff를 계산 했으므로 이제 계산이 더 쉬워 질 것입니다.
8 단계: -이제 다음 단계는 Ton 을 계산하는 것입니다.
Ton = (Ton + Toff) – Toff = 25us – 12.95us = 12.05us
9 단계: - 원하는 주파수를 생성하는 데 필요한 타이밍 Capacitor Ct 를 선택해야합니다.
Ct = 4.0 x10 -5 x 톤 = 4.0 x 10 -5 x 12.05uS = 482pF
10 단계: -해당 값에 따라 인덕터 값을 계산합니다.
11 단계: -1A 전류의 경우 Rsc 값은 0.3 / Ipk입니다. 따라서 우리의 요구 사항은 Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohms입니다.
12 단계: -출력 커패시터 값을 계산해 보겠습니다. 부스트 출력에서 리플 값 100mV (피크 투 피크) 를 선택할 수 있습니다.
470uF, 25V 를 선택합니다 . 더 많은 커패시터를 사용할수록 더 많은 리플이 감소합니다.
13 단계: -마지막으로 전압 피드백 저항 값을 계산해야합니다. R1 값 2k 를 선택 하므로 R2 값은 다음과 같이 계산됩니다.
Vout = 1.25 (1 + R2 / R1) 5 = 1.25 (1 + R2 / 2K) R2 = 6.2k
벅 컨버터 회로도
그래서 모든 값을 계산 한 후. 다음은 업데이트 된 회로도입니다.
필수 구성 요소
- 입력 및 출력을위한 2 개의 nos relimate 커넥터
- 2k 저항-1 nos
- 6.2k 저항기-1 개
- 1N5819-1 nos
- 100uF, 25V 및 359.37uF, 25V 커패시터 (470uF, 25V 사용, 종가 선택됨)-각각 1 개의 no.
- 62.87uH 인덕터, 1.5A 1 nos. (100uH 2.5A 사용, 시장에서 쉽게 구할 수 있음)
- 482pF (470pF 사용) 세라믹 디스크 커패시터-1 nos
- 1.5A 정격의 12V 전원 공급 장치.
- MC34063 스위칭 레귤레이터 IC
- .26ohms 저항 (.3R, 2W 사용)
- 1 nos veroboard (점선 또는 연결된 vero 사용 가능)
- 납땜 인두
- 납땜 플럭스 및 납땜 와이어.
- 필요한 경우 추가 전선.
구성 요소를 정렬 한 후 Perf 보드에 구성 요소를 납땜
벅 컨버터 회로 테스트
회로를 테스트하기 전에 DC 전원 공급 장치에서 전류를 끌어 오기 위해 가변 DC 부하가 필요합니다. 회로를 테스트하는 작은 전자 실험실에서는 테스트 허용 오차가 훨씬 더 높기 때문에 측정 정확도가 기준에 미치지 못합니다.
오실로스코프는 적절하게 보정되어 있지만 인공 노이즈, EMI, RF도 테스트 결과 정확도를 변경할 수 있습니다. 또한 멀티 미터의 허용 오차는 +/- 1 %입니다.
여기서 우리는 다음을 측정합니다
- 최대 1000mA의 다양한 부하에서 출력 리플 및 전압. 또한이 최대 부하에서 출력 전압을 테스트하십시오.
- 회로의 효율성.
- 회로의 유휴 전류 소비.
- 회로의 단락 상태.
- 또한 출력에 과부하가 걸리면 어떻게됩니까?
회로를 테스트했을 때 실내 온도는 섭씨 26 도입니다.
에서 위의 이미지, 우리는 DC 부하를 볼 수 있습니다. 이것은 저항성 부하이며 우리가 볼 수 있듯이 10 아니오입니다. 병렬로 연결된 1 옴 저항 중 하나는 MOS-FET를 통해 연결된 실제 부하이며, MOSFET 게이트를 제어하고 저항을 통해 전류가 흐르도록합니다. 이러한 저항은 전력을 열로 변환합니다. 결과는 5 % 공차로 구성됩니다. 또한 이러한 부하 결과에는 부하 자체의 전력 소비가 포함되므로 부하가 연결되지 않고 외부 전원 공급 장치를 사용하여 전원이 공급되는 경우 기본 70mA의 부하 전류가 표시됩니다. 우리의 경우 외부 벤치 전원 공급 장치에서 부하에 전원을 공급하고 회로를 테스트합니다. 최종 출력은 (결과 – 70mA)입니다.
아래는 테스트 설정입니다. 회로에 부하를 연결하고 벅 레귤레이터의 출력 전류와 출력 전압을 측정합니다. 또한 오실로스코프는 벅 컨버터를 통해 연결되므로 출력 전압도 확인할 수 있습니다. 벤치 전원 공급 장치에서 12V 입력을 제공하고 있습니다.
우리는 그림을 그리고 있습니다. 88A 또는 952mA-70mA = 출력에서 882mA 전류. 출력 전압은 5.15V 입니다.
이 시점에서 오실로스코프에서 피크 대 피크 리플을 확인하면됩니다. 출력 파를 볼 수 있는데 리플은 60mV (pk-pk)입니다. 12V ~ 5V 스위칭 벅 컨버터에 적합합니다.
출력 파형은 다음과 같다:
다음은 출력 파형 의 시간 프레임 입니다. 그것은 인 500mV의 분열 당 500μs이다의 기간.
자세한 테스트 보고서는 다음과 같습니다.
시간 (초) |
부하 (mA) |
전압 (V) |
리플 (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 |
로드를 변경하고 각 단계에서 약 3 분 동안 결과가 안정적인지 확인했습니다. 후 982mA의 부하 전압이 크게 떨어졌다. 0 부하에서 940mA까지의 다른 경우에는 출력 전압 강하가 약.02V로 풀 부하에서 매우 우수한 안정성을 제공합니다. 또한 982mA 부하 후에 는 출력 전압이 크게 떨어집니다..26R이 필요한 곳에.3R 저항을 사용했기 때문에 982mA의 부하 전류를 끌어 올 수 있습니다. MC34063의 전원 공급 장치는 우리가.26R 대신.3R을 사용 전체 1A 부하에 적절한 안정성을 제공 할 수 없습니다. 그러나 982mA는 1A 출력에 매우 가깝습니다. 또한 현지 시장에서 가장 일반적으로 사용 가능한 5 % 허용 오차의 저항을 사용했습니다.
12V 고정 입력 에서 부하를 변경 하여 효율을 계산했습니다. 결과는 다음과 같습니다.
입력 전압 (V) |
입력 전류 (A) |
입력 전력 (W) |
출력 전압 (V) |
출력 전류 (A) |
출력 전력 (W) |
효율성 (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 |
보시다시피 평균 효율은 약 75 % 이며이 단계에서 좋은 결과입니다.
회로의 유휴 전류 소비 는 부하가 0 일 때 3.52mA 로 기록 됩니다 .
또한 단락 여부를 확인하고 단락 상태 에서 Normal을 관찰합니다.
최대 출력 전류 임계 값 이후에는 출력 전압이 상당히 낮아지고 일정 시간이 지나면 0에 가까워집니다.
이 회로를 개선 할 수 있습니다. 낮은 ESR 높은 값의 커패시터를 사용하여 출력 리플을 줄일 수 있습니다. 또한 적절한 PCB 설계가 필요합니다.