Circuit de convertisseur abaisseur 12 V à 5 V utilisant MC34063

Dans le didacticiel précédent, nous avons présenté la conception détaillée de Boost Converter à l'aide du MC34063, où un convertisseur boost de 3,7 V à 5 V a été conçu. Nous voyons ici comment convertir 12V en 5V. Comme nous savons que les batteries exactes 5V ne sont pas toujours disponibles, et parfois nous avons besoin d'une tension plus élevée et d'une tension plus basse en même temps pour piloter différentes parties du circuit, nous utilisons donc une source de tension plus élevée (12v) comme source d'alimentation principale et abaissons cela tension à la tension inférieure (5v) partout où c'est nécessaire. À cette fin, un circuit de convertisseur Buck est utilisé dans de nombreuses applications électroniques qui fait chuter la tension d'entrée selon les exigences de charge.

Il y a beaucoup de choix disponibles dans ce segment; comme vu dans le tutoriel précédent, le MC34063 est l'un des régulateurs de commutation les plus populaires disponibles dans ce segment. Le MC34063 peut être configuré en trois modes, Buck, Boost et Inverting. Nous utiliserons la configuration Buck pour convertir la source 12 V CC en 5 V CC avec une capacité de courant de sortie de 1 A. Nous avons déjà construit un simple circuit Buck Converter en utilisant MOSFET; vous pouvez également vérifier de nombreux autres circuits électroniques de puissance utiles ici.

IC MC34063

Le schéma de brochage du MC34063 a été montré dans l'image ci-dessous. Sur le côté gauche, le circuit interne du MC34063 est montré, et de l'autre côté le schéma de brochage est montré.

MC34063 est un 1. 5A Step up ou étape vers le bas ou inversion régulateur, en raison de la propriété DC de conversion de tension, MC34063 est un convertisseur DC-DC IC.

Ce CI fournit les fonctionnalités suivantes dans son emballage à 8 broches

Référence compensée en température
Circuit de limite de courant
Oscillateur à cycle de service contrôlé avec un commutateur de sortie d'attaque à courant élevé actif
Acceptez 3.0V à 40V DC.
Peut fonctionner à une fréquence de découpage de 100 KHz avec une tolérance de 2%.
Courant de veille très faible
Tension de sortie réglable

En outre, malgré ces caractéristiques, il est largement disponible et il est beaucoup plus rentable que les autres circuits intégrés disponibles dans ce segment.

Dans le didacticiel précédent, nous avons conçu un circuit élévateur de tension à l'aide du MC34063 pour augmenter la tension de la batterie au lithium de 3,7 V à 5,5 V.Dans ce didacticiel, nous allons concevoir un convertisseur Buck 12 V à 5 V.

Calcul des valeurs des composants pour Boost Converter

Si nous vérifions la fiche technique, nous pouvons voir que le tableau de formule complet est présent pour calculer les valeurs souhaitées requises selon nos exigences. Voici la feuille de formule disponible dans la fiche technique, et le circuit élévateur est également affiché.

Voici le schéma sans la valeur de ces composants, qui sera utilisé en plus avec le MC34063.

Nous calculerons les valeurs nécessaires à notre conception. Nous pouvons faire les calculs à partir des formules fournies dans la fiche technique ou nous pouvons utiliser la feuille Excel fournie par le site Web d'ON Semiconductor.

Voici le lien de la feuille Excel.

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

Étapes pour calculer les valeurs de ces composants

Étape 1: - Tout d'abord, nous devons sélectionner la diode. Nous choisirons la diode 1N5819 largement disponible. Selon la fiche technique, à un courant direct de 1 A, la tension directe de la diode sera de 0,60 V.

Étape 2: - Nous calculons d'abord l'inductance et le courant de commutation car il sera nécessaire pour un calcul ultérieur. Notre courant d'inducteur moyen sera le courant de pointe de l'inducteur. Donc, dans notre cas, le courant d'inductance est:

IL (moyenne) = 1A

Étape 3: - Il est maintenant temps pour le courant d'ondulation de l'inducteur. Un inducteur typique utilise 20 à 40% du courant de sortie moyen. Donc, si nous choisissons le courant d'ondulation de l'inductance 30%, ce sera 1A * 30% = 0.30A

Étape 4: - Le courant de crête de commutation sera IL (moy) + Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1,15A

Étape 5: - Nous calculerons le t _ON / t _{OFF en} utilisant la formule ci-dessous

Pour cela, notre Vout est de 5V, et la tension directe de la diode (Vf) est de 0,60V. Notre tension d'entrée minimale Vin (min) est de 12V et la tension de saturation est de 1V (1V dans la fiche technique). En mettant tout cela ensemble, nous obtenons

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

Étape 6: - Nous allons maintenant calculer le temps Ton + Toff, selon la formule Ton + Toff = 1 / f

Nous sélectionnerons une fréquence de commutation inférieure, 40Khz.

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

Étape 7: - Nous allons maintenant calculer l' heure de Toff. Comme nous avons calculé le Ton + Toff et Ton / Toff précédemment, le calcul sera plus facile maintenant,

Étape 8: - Maintenant, l'étape suivante consiste à calculer la tonne, Ton = (Ton + Toff) - Toff = 25us - 12,95us = 12,05us

Étape 9: - Nous devons choisir le condensateur de synchronisation Ct, qui sera nécessaire pour produire la fréquence souhaitée.

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

Étape 10: - En fonction de ces valeurs, nous calculerons la valeur de l'inducteur

Étape 11: - Pour le courant 1A, la valeur Rsc sera de 0,3 / Ipk. Donc, pour notre condition, ce sera Rsc =.3 / 1.15 =.260 Ohms

Étape 12: - Calculons les valeurs du condensateur de sortie, nous pouvons choisir une valeur d'ondulation de 100 mV (crête à crête) à partir de la sortie boost.

Nous choisirons 470uF, 25V. Plus le condensateur sera utilisé, plus il réduira d'ondulation.

Étape 13: - Enfin, nous devons calculer la valeur des résistances de retour de tension. Nous choisirons la valeur R1 2k, donc la valeur R2 sera calculée comme

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

Schéma du circuit du convertisseur Buck

Donc, après avoir calculé toutes les valeurs. Voici le schéma mis à jour

Composants requis

2 connecteurs relimate pour entrée et sortie
Résistance 2k - 1 nos
Résistance 6,2k - 1 nos
1N5819- 1 nos
Condensateur 100uF, 25V et 359.37uF, 25V (470uF, 25V utilisé, valeur de fermeture sélectionnée) - 1 nos chacun.
Inductance 62.87uH, 1.5A 1 nos. (100uH 2.5A est utilisé, il était facilement disponible sur le marché)
Condensateur à disque céramique 482pF (470pF utilisé) - 1 nos
Bloc d'alimentation 12 V avec une cote de 1,5 A.
MC34063 régulateur de commutation IC
Résistance.26ohms (.3R, 2W utilisé)
1 nos veroboard (vero pointillé ou connecté peut être utilisé).
Fer à souder
Flux à souder et fils à souder.
Fils supplémentaires si nécessaire.

Après avoir arrangé les composants, soudez les composants sur la carte Perf

Test du circuit du convertisseur Buck

Avant de tester le circuit, nous avons besoin de charges CC variables pour tirer le courant de l'alimentation CC. Dans le petit laboratoire d'électronique où nous testons le circuit, les tolérances de test sont beaucoup plus élevées et de ce fait, peu de précisions de mesure ne sont pas à la hauteur.

L'oscilloscope est correctement calibré mais les bruits artificiels, EMI, RF peuvent également modifier la précision du résultat du test. De plus, le multimètre a des tolérances de +/- 1%.

Ici, nous mesurerons les choses suivantes

Ondulation et tension de sortie à diverses charges jusqu'à 1000 mA. Testez également la tension de sortie à cette pleine charge.
L'efficacité du circuit.
Consommation de courant au repos du circuit.
Condition de court-circuit du circuit.
Aussi, que se passera-t-il si nous surchargons la sortie?

Notre température ambiante est de 26 degrés Celsius lorsque nous avons testé le circuit.

Dans l' image ci - dessus, nous pouvons voir la charge CC. C'est une charge résistive et comme nous pouvons le voir, dix non. des résistances de 1 ohm en connexion parallèle sont la charge réelle, qui est connectée à travers un MOS-FET, nous contrôlerons la porte MOSFET et laisserons le courant circuler à travers les résistances. Ces résistances convertissent les puissances électriques en chaleur. Le résultat consiste en une tolérance de 5%. En outre, ces résultats de charge incluent la consommation électrique de la charge elle-même, donc lorsqu'aucune charge n'est connectée à travers celle-ci et alimentée à l'aide d'une alimentation externe, elle affichera 70 mA de courant de charge par défaut. Dans notre cas, nous allons alimenter la charge à partir d'une alimentation externe de banc et tester le circuit. La sortie finale sera (Résultat - 70 mA).

Voici notre configuration de test; nous avons connecté la charge à travers le circuit, nous mesurons le courant de sortie à travers le régulateur abaisseur ainsi que la tension de sortie de celui-ci. Un oscilloscope est également connecté aux bornes du convertisseur abaisseur, nous pouvons donc également vérifier la tension de sortie. Nous fournissons une entrée 12V à partir de notre bloc d'alimentation de table.

Nous dessinons. 88A ou 952mA-70mA = 882mA de courant de la sortie. La tension de sortie est 5.15V.

À ce stade, si nous vérifions l'ondulation crête à crête dans l'oscilloscope. Nous pouvons voir l'onde de sortie, l'ondulation est de 60mV (pk-pk). Ce qui est bon pour un convertisseur abaisseur de commutation 12V à 5V.

La forme d'onde de sortie ressemble à ceci:

Voici la période de temps de la forme d'onde de sortie. C'est 500mV par division et 500uS.

Voici le rapport de test détaillé

Temps (sec)	Charge (mA)	Tension (V)	Ondulation (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

Nous avons changé la charge et attendu environ 3 minutes, à chaque étape, pour vérifier si les résultats sont stables ou non. Après une charge de 982 mA, la tension a considérablement chuté. Dans d'autres cas, de 0 charges à 940 mA, la tension de sortie a chuté d'environ 0,02 V, ce qui est une assez bonne stabilité à pleine charge. De plus, après cette charge de 982 mA, la tension de sortie diminue considérablement. Nous avons utilisé une résistance.3R où.26R était nécessaire, à cause de cela, nous pouvons tirer 982mA de courant de charge. Le bloc d' alimentation MC34063 est incapable de fournir une stabilité appropriée à pleine charge de 1A car nous avons utilisé.3R à la place.26R. Mais 982mA est très proche de la sortie 1A. De plus, nous avons utilisé des résistances avec des tolérances de 5% qui sont le plus souvent disponibles sur le marché local.

Nous avons calculé le rendement à une entrée fixe de 12V et en changeant la charge. Voici le résultat

Tension d'entrée (V)	Courant d'entrée (A)	Puissance d' entrée (W)	Tension de sortie (V)	Courant de sortie (A)	Puissance de sortie (W)	Efficacité (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

Comme nous pouvons le voir, le rendement moyen est d'environ 75%, ce qui est un bon rendement à ce stade.

La consommation de courant au repos du circuit est enregistrée à 3,52 mA lorsque la charge est de 0.

Aussi, nous avons vérifié le court-circuit, et nous observons Normal en court-circuit.

Après le seuil de courant de sortie maximal, les tensions de sortie diminuent considérablement et après un certain temps, elles se rapprochent de zéro.

Des améliorations peuvent être apportées à ce circuit; nous pouvons utiliser un condensateur de valeur ESR plus faible pour réduire l'ondulation de sortie. En outre, une conception appropriée des circuits imprimés est nécessaire.