mc34063を使用した3.7Vから5vへのブーストコンバータ回路

現代では、リチウム電池はエレクトロニクスの世界を豊かにしています。それらは非常に速く充電でき、優れたバックアップを提供します。これは、製造コストが低いことに加えて、リチウム電池をポータブルデバイスに最も適した選択肢にします。単セルリチウム電池の電圧範囲は最小3.2電圧から4.2Vであるため、5V以上を必要とする回路に電力を供給することは困難です。このような場合、入力電圧よりも、負荷要件に従って電圧をブーストするブーストコンバータが必要です。

このセグメントでは多くの選択肢があります。MC34063は、このようなセグメントで最も人気のあるスイッチングレギュレータです。MCP34063は、バック、ブースト、反転の3つの操作で構成できます。スイッチングブーストレギュレータとしてMC34063を使用し、500mAの出力電流機能で3.7Vのリチウム電池電圧を5.5Vにブーストします。以前、電圧を下げるためにバックコンバータ回路を構築しました。ここでは、多くの興味深いパワーエレクトロニクスプロジェクト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-

温度補償リファレンス
電流制限回路
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。
3.0V〜40VDCを受け入れます。
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。
非常に低いスタンバイ電流
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。

MC34063を使用して、3.7Vのリチウム電池電圧を5.5Vにブーストするステップアップ回路を設計しましょう。

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。

次に、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/Collateral/MC34063%20DWS.XLS

これらのコンポーネント値を計算する手順

ステップ1：-最初に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。データシートによると、1Aの順方向電流では、ダイオードの順方向電圧は0.60Vになります。

ステップ2：-式を使用して計算します

このため、Voutは5.5V、ダイオードの順方向電圧（Vf）は0.60Vです。最小電圧Vin（min）は3.2Vです。これは、シングルセルバッテリーからの最低許容電圧です。また、出力スイッチの飽和電圧（Vsat）は、1V（データシートでは1V）です。これをすべてまとめると、

（5.5 + 0.60-3.2 / 3.2-1）= 0.9したがって、t _ON / t _OFF = 1.31

ステップ3：-いいえ、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、50Khzを選択します。

つまり、Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20usですから、Ton + Toffは20uSです。

ステップ4：-次に、T_オフ時間を計算します。

T_オフ=（T_オン+ T_オフ/（T_オン/ T_オフ）+1）

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。

Toff = 20us / 1.31 + 1 = 8.65us

ステップ5：-次のステップはトンを計算することです、

T_オン=（T_オン+ T_オフ）-T_オフ= 20us – 8.65us = 11.35us

ステップ6：-タイミングコンデンサCtを選択する必要があります。これは、目的の周波数を生成するために必要です。CT = 4.0×10 ^-5 Xトン= 4.0×10 ^-5 X 11.35uS = 454pF

ステップ7：-次に、平均インダクタ電流を計算する必要があります。

IL（平均）。IL（avg）= Iout（max）x（（T _on / T _off）+1）

最大出力電流は500mAになります。したがって、平均インダクタ電流は.5A x（1.31 + 1）= 1.15Aになります。

ステップ8：- 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、1.15 * 30％= 0.34Aになります。

ステップ9：-スイッチングピーク電流はIL（avg）+ Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32Aになります

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： -500mA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 / 1.32 =.22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250mV（ピークツーピーク）のリップル値を選択できます。

したがって、Cout = 9 *（0.5 * 11.35us / 0.25）= 204.3uF

220uF、12V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。Vout = 1.25（1 + R2 / R1）

R1値2kを選択するため、R2値は5.5 = 1.25（1 + R2 / 2k）= 6.8kになります。

すべての値を計算しました。したがって、以下が最終的な回路図です。

ブーストコンバータ回路図

必要なコンポーネント

入力および出力用のリリメートコネクタ-2つの番号
2k抵抗-1個
6.8k抵抗-1個
1N5819-1nos
100uF、12Vおよび194.94uF、12Vコンデンサ（220uF、12Vが使用され、近い値が選択されています）各1個。
18.91uHインダクタ、1.5A-1個（33uH 2.5Aが使用されており、私たちの場所ですぐに入手できました）
454pF（470pF使用）セラミックディスクコンデンサ1個
1リチウムイオンまたはリチウムポリマーバッテリー必要なプロジェクトのバックアップ関連の問題のバッテリー容量に応じて、シングルセルまたはパラレルセル。
MC34063スイッチングレギュレータIC
.24オームの抵抗（.3R、2Wを使用）
1つのベロボード（点線または接続されたベロを使用できます）。
はんだごて
はんだ付けフラックスとはんだ付けワイヤー。
必要に応じて追加のワイヤー。

注：定格電流2.5Aのローカルベンダーで簡単に入手できる33uhインダクタを使用しました。 また、 .22Rの代わりに.3R抵抗を使用しました。

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

はんだ付けが完了しました。

ブースト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

最大500mAのさまざまな負荷での出力リップルと電圧。
回路の効率。
回路のアイドル消費電流。
回路の短絡状態。
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25度です。

上の画像では、DC負荷を確認できます。これは抵抗性負荷であり、ご覧のとおり、並列接続された10個の1オーム抵抗器がMOSFET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、これらの負荷結果には、負荷自体の消費電力が含まれているため、負荷が発生していない場合は、デフォルトの70mAの負荷電流が表示されます。他の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。電流検出モードのマルチメータを使用して、電流を測定します。メーターはDC負荷と直列に接続されているため、マルチメーター内のシャント抵抗の電圧降下により、負荷表示は正確な結果を提供しません。メーターの結果を記録します。

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、ブースト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ています。ブースト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。18650リチウム電池（1S2P - 3.7V 4400mAH）は、入力電圧を提供しています。

出力から.48Aまたは480-70 = 410mAの電流を引き出しています。出力電圧は5.06V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260mV（pk-pk）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	5.54	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

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。530mA（.53A）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500mAまで、出力電圧は.46V低下しました。

ベンチ電源を使用した回路のテスト

バッテリー電圧を制御できないため、可変ベンチ電源ユニットを使用して、最小および最大入力電圧（3.3〜4.7V）での出力電圧をチェックし、動作しているかどうかをチェックしました。

上の画像では、ベンチ電源が3.3Vの入力電圧を供給します。負荷表示は、スイッチング電源からの350mAの電流引き込みで5.35Vの出力を示しています。負荷はベンチ電源から電力が供給されるため、負荷の表示は正確ではありません。電流引き込みの結果（347mA）は、負荷自体によるベンチ電源からの電流引き込みも含みます。負荷はベンチ電源（12V / 60mA）を使用して電力が供給されます。したがって、MC34063出力から引き出される実際の電流は347-60 = 287mAです。

負荷を変えて3.3Vでの効率を計算しました。結果は次のとおりです。

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）
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

これで、電圧を4.2V入力に変更しました。357 – 60 = 297mAの負荷を引き出すと、出力として5.41Vが得られます。

また、効率をテストしました。前の結果より少し良くなっています。

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
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

回路のアイドル消費電流は、負荷が0のときのすべての条件で3.47mAと記録されます。

また、短絡をチェックし、正常な動作が観察されました。最大出力電流しきい値の後、出力電圧は大幅に低下し、一定時間後にゼロに近づきます。

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。