mc34063を使用した12Vから5vへのバックコンバータ回路

前のチュートリアルでは、MC34063を使用したブーストコンバーターの詳細な設計を示しました。ここでは、3.7Vから5Vへのブーストコンバーターが設計されています。ここでは、12Vを5Vに変換する方法を説明します。正確な5Vバッテリーが常に利用できるとは限らず、回路のさまざまな部分を駆動するために同時に高電圧と低電圧が必要になる場合があるため、主電源として高電圧（12v）電源を使用し、これを降圧します。必要に応じて、電圧を下げて電圧（5v）にします。この目的のために、負荷要件に従って入力電圧を下げる多くの電子機器アプリケーションでバックコンバータ回路が使用されています。

このセグメントには多くの選択肢があります。前のチュートリアルで見たように、MC34063はそのようなセグメントで利用可能な最も人気のあるスイッチングレギュレータの1つです。MC34063は、バック、ブースト、および反転の3つのモードで構成できます。Buck構成を使用して、12VDCソースを1A出力電流機能を備えた5VDCに変換します。以前、MOSFETを使用して単純な降圧コンバータ回路を構築しました。ここで、さらに多くの便利なパワーエレクトロニクス回路を確認することもできます。

IC MC34063

MC34063のピン配置図を下の画像に示します。左側にはMC34063の内部回路が示され、反対側にはピン配置図が示されています。

MC34063は1です。5A DC電圧変換特性により、レギュレータをステップ アップまたはステップ ダウンまたは反転し ます。MC34063はDC-DCコンバータICです。

このICは、8ピンパッケージで次の機能を提供します-

1. 温度補償リファレンス
2. 電流制限回路
3. アクティブな大電流ドライバ出力スイッチを備えた制御デューティサイクル発振器。
4. 3.0V〜40VDCを受け入れます。
5. 2％の許容誤差で100KHzのスイッチング周波数で動作できます。
6. 非常に低いスタンバイ電流
7. 調整可能な出力電圧

また、これらの機能にもかかわらず、広く利用可能であり、そのようなセグメントで利用可能な他のICよりもはるかにコスト効率が高いです。

前のチュートリアルでは、MC34063を使用して電圧ステップアップ回路を設計し、3.7Vのリチウム電池電圧を5.5Vにブーストしました。このチュートリアルでは、12Vから5Vのバックコンバーターを設計します。

ブーストコンバーターのコンポーネントの値の計算

データシートを確認すると、要件に従って必要な値を計算するための完全な数式チャートが存在することがわかります。これはデータシート内で利用可能な式シートであり、ステップアップ回路も示されています。

ここで これらのコンポーネントの値、無し概略 でさらに使用される MC34063は。

設計に必要な値を計算します。データシートに記載されている計算式から計算することも、オン・セミコンダクターのウェブサイトに記載されているエクセルシートを使用することもできます。

こちらがエクセルシートのリンクです。

https://www.onsemi.com/pub/Collat​​eral/MC34063%20DWS.XLS

それらのコンポーネント値を計算する手順-

ステップ1： -まず、ダイオードを選択する必要があります。広く入手可能なダイオード1N5819を選択します。データシートに従って、に1Aの電流順方向ダイオードの順方向電圧はなり0.60 V.

ステップ2： -さらに計算する必要があるため、最初にインダクタとスイッチング電流を計算します。平均インダクタ電流がピークインダクタ電流になります。したがって、この場合のインダクタ電流は次のとおりです。

IL（avg）= 1A

ステップ3： -インダクタのリップル電流の時間です。一般的なインダクタは、平均出力電流の20〜40％を使用します。したがって、インダクタのリップル電流を30％にすると、1A * 30％= 0.30Aになります。

ステップ4： -スイッチングピーク電流はIL（avg）+ Iripple / 2 = 1 +.30 / 2 = 1.15Aになります

ステップ5： -以下の式を使用してt _ON / _tOFFを計算します

このため、Voutは5Vで、ダイオードの順方向電圧（Vf）は0.60Vです。最小入力電圧Vin（min）は12Vで、飽和電圧は1V（データシートでは1V）です。これをすべてまとめると、

（5 + 0.60）/（12-1-5）= 0.93したがって、t _ON / t _OFF = .93uS

ステップ6： -ここで、式Ton + Toff = 1 / fに従って、Ton + Toff時間を計算します。

より低いスイッチング周波数40Khzを選択します。

したがって、Ton + Toff = 1 / 40Khz = 25us

ステップ7： -次に、Toff時間を計算します。以前にTon + ToffとTon / Toffを計算したので、計算が簡単になります。

ステップ8： -次のステップはトンを計算することです、

トン=（トン+トフ）–トフ= 25us – 12.95us = 12.05us

ステップ9： -目的の周波数を生成するために必要となるタイミングコンデンサCtを選択する必要があります。

CT = 4.0×10 ^-5 Xトン= 4.0×10 ^-5 X 12.05uS = 482pF

ステップ10： -これらの値に応じて、インダクタ値を計算します

ステップ11： -1A電流の場合、Rsc値は0.3 / Ipkになります。したがって、私たちの要件では、Rsc =.3 / 1.15 =.260オームになります

ステップ12： -出力コンデンサの値を計算してみましょう。ブースト出力から100mV（ピークツーピーク）のリップル値を選択できます。

470uF、25Vを選択します。使用するコンデンサが多いほど、リップルが減少します。

ステップ13： -最後に、電圧フィードバック抵抗値を計算する必要があります。R1値2kを選択するので、R2値は次のように計算されます。

Vout = 1.25（1 + R2 / R1） 5 = 1.25（1 + R2 / 2K） R2 = 6.2k

降圧コンバータの回路図

したがって、すべての値を計算した後。これが更新された回路図です

必要なコンポーネント

1. 入力および出力用の2つのnosrelimateコネクタ
2. 2k抵抗-1個
3. 6.2k抵抗-1個
4. 1N5819-1番号
5. 100uF、25Vおよび359.37uF、25Vコンデンサ（470uF、25Vを使用、近い値を選択）-それぞれ1個。
6. 62.87uHインダクタ、1.5A1個 （100uH 2.5Aが使用され、市場で容易に入手可能でした）
7. 482pF（470pF使用）セラミックディスクコンデンサ-1個
8. 1.5A定格の12V電源ユニット。
9. MC34063スイッチングレギュレータIC
10. .26オームの抵抗（.3R、2Wを使用）
11. 1つのnosベロボード（点線または接続されたベロを使用できます）。
12. はんだごて
13. はんだ付けフラックスとはんだ付けワイヤー。
14. 必要に応じて追加のワイヤー。

コンポーネントを配置した後、パフォーマンスボードにコンポーネントをはんだ付けします

降圧コンバータ回路のテスト

回路をテストする前に、DC電源から電流を引き出すための可変DC負荷が必要です。回路をテストしている小さな電子機器ラボでは、テストの許容誤差がはるかに高く、そのため、測定精度が基準に達していないものはほとんどありません。

オシロスコープは適切に校正されていますが、人工ノイズ、EMI、RFもテスト結果の精度を変える可能性があります。また、マルチメータの許容誤差は+/- 1％です。

ここでは、以下のことを測定します

1. 最大1000mAのさまざまな負荷での出力リップルと電圧。また、この全負荷で出力電圧をテストします。
2. 回路の効率。
3. 回路のアイドル消費電流。
4. 回路の短絡状態。
5. また、出力をオーバーロードするとどうなりますか？

回路をテストしたときの室温は摂氏26度です。

では上記の画像は、我々はDC負荷を見ることができます。これは抵抗性の負荷であり、ご覧のとおり、10個ありません。並列接続された1オームの抵抗器のうち、MOS-FETの両端に接続された実際の負荷です。MOSFETゲートを制御し、抵抗器に電流を流します。これらの抵抗器は、電力を熱に変換します。結果は5％の許容誤差で構成されます。また、これらの負荷の結果には、負荷自体の消費電力が含まれるため、負荷が接続されておらず、外部電源を使用して電力が供給されている場合、デフォルトの70mAの負荷電流が表示されます。この場合、外部ベンチ電源から負荷に電力を供給し、回路をテストします。最終出力は（結果– 70mA）になります。

以下はテストのセットアップです。回路の両端に負荷を接続し、降圧レギュレータの両端の出力電流とその出力電圧を測定します。降圧コンバータの両端にもオシロスコープが接続されているので、出力電圧も確認できます。我々は提供している12V、当社のベンチ電源ユニットからの入力を。

描いています。88Aまたは952mA-70mA =出力からの882mAの電流。出力電圧は5.15Vです。

この時点で、オシロスコープでピークツーピークリップルを確認するとします。出力波を見ることができ、リップルは60mV（pk-pk）です。これは、12Vから5Vへのスイッチングバックコンバータに適しています。

出力波形は次のようになります。

これが出力波形の時間枠です。これは、1目盛りあたり500mV、500uSの時間枠です。

これが詳細なテストレポートです

時間 （秒）	負荷（mA）	電圧（V）	リップル（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

負荷を変更し、各ステップで約3分間待って、結果が安定しているかどうかを確認しました。982mAの負荷の後、電圧は大幅に低下しました。その他の場合、0負荷から940 mAまで、低下した出力電圧は約.02Vであり、これは全負荷で非常に良好な安定性です。また、その982mAの負荷の後、出力電圧は大幅に低下します。.26Rが必要な場合は.3R抵抗を使用しました。そのため、982mAの負荷電流を引き出すことができます。MC34063の電源は、我々が.26R代わり.3Rを使用するように完全1A負荷で適切な安定性を提供することができません。しかし、982mAは1A出力に非常に近いです。また、地元の市場で最も一般的に入手可能な5％の許容誤差の抵抗を使用しました。

12V固定入力で負荷を変えて効率を計算しました。これが結果です

入力電圧（V）	入力電流（A）	入力 電力（W）	出力 電圧（V）	出力 電流（A）	出力電力（W）	効率（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 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

ご覧のとおり、平均効率は約75％であり、この段階では良好な出力です。

回路のアイドル消費電流は、負荷が0のときに3.52mAと記録されます。

また、短絡をチェックし、短絡時に正常を観察しました。

最大出力電流しきい値の後、出力電圧は大幅に低下し、一定時間後、ゼロに近づきます。

この回路を改善することができます。低ESRの高い値のコンデンサを使用して、出力リップルを減らすことができます。また、適切なPCB設計が必要です。