Circuit de convertisseur élévateur de 3,7 V à 5 V utilisant le MC34063

De nos jours, les batteries au lithium enrichissent le monde de l'électronique. Ils peuvent être chargés très rapidement et fournir une bonne sauvegarde, ce qui, avec leur faible coût de fabrication, fait des batteries au lithium le choix le plus préférable pour les appareils portables. Comme une tension de batterie au lithium à une seule cellule varie d' une tension minimale de 3,2 à 4,2 V, il est difficile d'alimenter les circuits qui nécessitent 5 V ou plus. Dans ce cas, nous avons besoin d'un convertisseur Boost qui augmentera la tension selon l'exigence de charge, plus que sa tension d'entrée.

Beaucoup de choix disponibles dans ce segment; Le MC34063 est le régulateur de commutation le plus populaire dans ce segment. Le MCP34063 peut être configuré en trois opérations, Buck, Boost et Inverting. Nous utilisons MC34063 comme régulateur Boost de commutation et augmenterons la tension de la batterie au lithium de 3,7 V à 5,5 V avec des capacités de courant de sortie de 500 mA. Nous avons déjà construit un circuit Buck Converter pour abaisser la tension; vous pouvez également consulter de nombreux projets d'électronique de puissance intéressants 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.

Concevons notre circuit élévateur à l' aide du MC34063 pour augmenter la tension de la batterie au lithium de 3,7 V à 5,5 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 allons maintenant calculer les valeurs requises pour 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: - Nous devons d'abord 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 calculerons le en utilisant la formule

Pour cela, notre Vout est de 5,5V, la tension directe de la diode (Vf) est de 0,60V. Notre tension minimale Vin (min) est de 3,2 V car il s'agit de la tension la plus basse acceptable d'une batterie à une seule cellule. Et pour la tension de saturation du commutateur de sortie (Vsat), elle est de 1V (1V dans la fiche technique). En mettant tout cela ensemble, nous obtenons

(5,5 + 0,60-3,2 / 3,2-1) = 0,9 Donc, t _ON / t _OFF = 1,31

Étape 3: - Non, nous calculerons le temps Ton + Toff, selon la formule Ton + Toff = 1 / f

Nous sélectionnerons une fréquence de commutation inférieure, 50Khz.

Donc, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us Donc, notre Ton + Toff est 20uS

Étape 4: - Nous allons maintenant calculer le temps T _off.

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

Comme nous avons calculé le Ton + Toff et Ton / Toff précédemment, le calcul sera plus facile maintenant, Toff = 20us / 1,31 + 1 = 8,65us

Étape 5: - Maintenant, l'étape suivante consiste à calculer la tonne, T _on = (T _on + T _off) - T _off = 20us - 8,65us = 11,35us

Étape 6: - Nous devrons choisir le condensateur de synchronisation Ct, qui sera nécessaire pour produire la fréquence souhaitée. Ct = 4,0 x 10 ^-5 x = 4,0 tonnes x 10 ^-5 x = 454pF 11.35uS

Étape 7: - Nous devons maintenant calculer le courant moyen de l'inducteur ou

IL (moyenne). IL (moy) = Iout (max) x ((T _on / T _off) +1)

Notre courant de sortie maximal sera de 500 mA. Ainsi, le courant d'inductance moyen sera de 0,5 A x (1,31 + 1) = 1,15 A.

Étape 8: - 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 1,15 * 30% = 0,34A

Étape 9: - Le courant de crête de commutation sera IL (moy) + Iripple / 2 = 1,15 + 0,34 / 2 = 1,32A

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

Étape 11: - Pour le courant 500mA, la valeur Rsc sera de 0,3 / Ipk. Donc, pour notre condition, ce sera Rsc =.3 / 1.32 =.22 Ohms

Étape 12: - Calculons les valeurs du condensateur de sortie

Nous pouvons choisir une valeur d'ondulation de 250 mV (crête à crête) à partir de la sortie boost.

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

Nous choisirons 220uF, 12V . Plus le condensateur sera utilisé, plus il réduira d'ondulation.

Étape 13: - Enfin, nous devons calculer la valeur des résistances de retour de tension. Vout = 1,25 (1 + R2 / R1)

Nous choisirons la valeur R1 2k, donc la valeur R2 sera 5,5 = 1,25 (1 + R2 / 2k) = 6,8k

Nous avons calculé toutes les valeurs. Voici donc le schéma final:

Schéma du circuit du convertisseur de suralimentation

Composants requis

Relimate connecteur pour entrée et sortie - 2 nos
Résistance 2k - 1 nos
6,8 k résistance - 1 nos
1N5819- 1nos
Condensateur 100uF, 12V et 194.94uF, 12V (220uF, 12V est utilisé, valeur de fermeture sélectionnée) 1 nos chacun.
Inductance 18.91uH, 1.5A - 1 nos. (33uH 2.5A est utilisé, il était facilement disponible chez nous)
Condensateur à disque céramique 454pF (470pF utilisé) 1 nos
1 Batterie au lithium-ion ou au lithium polymère Cellule unique ou cellule parallèle en fonction de la capacité de la batterie pour les problèmes liés à la sauvegarde dans les projets requis.
IC régulateur de commutation MC34063
Résistance.24ohms (.3R, 2W utilisé)
1 nos Veroboard (un vero pointillé ou connecté peut être utilisé).
Fer à souder
Flux à souder et fils à souder.
Fils supplémentaires si nécessaire.

Remarque: Nous avons utilisé un inducteur de 33uh car il est facilement disponible auprès des fournisseurs locaux avec un courant nominal de 2,5 A. En outre, nous avons utilisé la résistance.3R à la place.22R.

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

La soudure est terminée.

Test du circuit du convertisseur de suralimentation

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 500 mA.
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 25 degrés Celsius où nous avons testé le circuit.

Dans l'image ci-dessus, nous pouvons voir la charge CC. Il s'agit d'une charge résistive et comme nous pouvons le voir, les résistances 10pcs 1 ohm en connexion parallèle sont la charge réelle connectée à travers un MOSFET.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%. De plus, ces résultats de charge incluent la consommation électrique de la charge elle-même, donc quand aucune charge n'est tirée par elle, elle affichera 70mA de courant de charge par défaut. Nous alimenterons la charge à partir d'une autre alimentation et testerons le circuit. La sortie finale sera (Résultat - 70mA ). Nous utiliserons des multimètres avec mode de détection de courant et mesurerons le courant. Comme le compteur est en série avec la charge CC, l'affichage de la charge ne fournira pas le résultat exact en raison de la chute de tension des résistances de shunt à l'intérieur des multimètres. Nous enregistrerons le résultat du compteur.

Voici notre configuration de test; nous avons connecté la charge à travers le circuit, nous mesurons le courant de sortie à travers le régulateur de suralimentation ainsi que la tension de sortie de celui-ci. Un oscilloscope est également connecté aux bornes du convertisseur élévateur, nous pouvons donc également vérifier la tension de sortie. Une batterie au lithium 18650 (1S2P - 3,7 V 4400 mAH) fournit la tension d'entrée.

Nous tirons.48A ou 480-70 = 410mA de courant de la sortie. La tension de sortie est de 5,06 V.

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 260mV (pk-pk).

Voici le rapport de test détaillé

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

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 530 mA (0,53 A), la tension a chuté de manière significative. Dans d'autres cas, de 0 charges à 500 mA, la tension de sortie a chuté de 0,46 V.

Test du circuit avec l'alimentation de banc

Comme nous ne pouvons pas contrôler la tension de la batterie, nous avons également utilisé un bloc d'alimentation de banc variable pour vérifier la tension de sortie à la tension d'entrée minimale et maximale (3,3-4,7 V) pour vérifier si elle fonctionne ou non,

Dans l'image ci-dessus, l'alimentation du banc fournit une tension d'entrée de 3,3 V. L'affichage de la charge indique une sortie de 5,35 V à une consommation de courant de 350 mA de l'alimentation à découpage. Comme la charge est alimentée par l'alimentation du banc, l'affichage de la charge n'est pas précis. Le résultat de la consommation de courant (347 mA) correspond également à la consommation de courant de l'alimentation du banc par la charge elle-même. La charge est alimentée en utilisant l'alimentation du banc (12V / 60mA). Ainsi, le courant réel tiré de la sortie du MC34063 est 347-60 = 287 mA.

Nous avons calculé le rendement à 3,3V 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)
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

Maintenant, nous avons changé la tension à l'entrée 4.2V. Nous obtenons 5,41 V en sortie lorsque nous tirons 357 - 60 = 297 mA de charge.

Nous avons également testé l'efficacité. C'est légèrement meilleur que le résultat précédent.

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
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

La consommation de courant au repos du circuit est enregistrée à 3,47 mA dans toutes les conditions lorsque la charge est de 0 .

En outre, nous avons vérifié le court-circuit, fonctionnement normal observé. Après le seuil de courant de sortie maximal, la tension de sortie diminue considérablement et après un certain temps, elle se rapproche de zéro.

Des améliorations peuvent être apportées à ce circuit; un condensateur de valeur ESR plus faible peut être utilisé pour réduire l'ondulation de sortie. Une conception appropriée des circuits imprimés est également nécessaire.