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In diesem Artikel werden wir uns auf den MC34063 IC konzentrieren, der typischerweise in der DC-Wechselrichterelektronik für die Stromversorgung in Boost- oder Buck-Topologien verwendet wird, und auf der Basis dieses ICs eine Gleichspannungserhöhungsschaltung von 5V auf 12V entwerfen.
Allgemeine Merkmale des integrierten Schaltkreises MC34063
Der MC34063 IC ist der DC/DC-Wandler, der am häufigsten in Buck-Topologie-Wandlern zur Spannungsreduzierung und in Boost-Topologie zur Spannungserhöhung verwendet wird. Der MC34063 IC enthält alle notwendigen Blöcke zum Aufbau von Gleichspannungswandlern, und der Bereich der von diesem IC unterstützten Schaltfrequenzen erreicht 100 kHz. Der MC34063 ist in DC/DC-Wandlerschaltungen aufgrund seiner Spannungswandlerfähigkeiten, seines niedrigen Preises und seiner einfachen Implementierung sehr beliebt. Der Betriebstemperaturbereich dieses ICs reicht von 0*C bis 70*C. Der MC34063 wird häufig in Spannungsreglerschaltungen, Ladegeräten und anderen elektronischen Anwendungen mit nicht standardmäßigem Leistungsbedarf eingesetzt. Der MC34063-Chip ist sowohl in einem 8-poligen DIP-Gehäuse für THT-Montage als auch in einem SOIC-Gehäuse für SMD-Montage erhältlich.
Funktionen des integrierten Schaltkreises MC34063
Der MC34063 IC kann die folgenden Funktionen ausführen:
- Oszillator;
- elektronischer Schalter mit hoher Ausgangsstromkapazität;
- Spitzenstrom-Detektor;
- eine Schaltung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Spannung am Ausgang eines Komparators;
- thermisch kompensierte Referenzspannungsquelle.
Dank der detaillierten Konstruktion der einzelnen Blöcke des MC34063-Chips ist eine minimale Anzahl von Peripheriekomponenten erforderlich, um die oben genannten und viele andere Anwendungen zu realisieren.
MC34063 - Beschreibung der Pinbelegung
Der MC34063 IC ist in einem Gehäuse untergebracht, das sowohl in SMD- als auch in THT-Ausführung hergestellt wird. In beiden Gehäusen befinden sich acht Anschlüsse, die wie folgt funktionieren:
- Kollektor des Schalttransistors
- Kollektor des Schalttransistors
- Externer Kondensator des Zeitschaltkreises des Wechselrichters
- Schaltungsmasse (GND)
- invertierender Komparatoreingang zur Einstellung der Ausgangsspannung
- Hilfsspannungseingang (VCC)
- Laststromerkennung
- Kollektor des Ausgangstransistors des Wechselrichters
Grundlegende Topologien des integrierten Schaltkreises MC34063
Der MC34063 IC hat einen großen Bereich von Eingangsspannungen, d.h. von 3V bis 40V, und kann einen Schaltstrom von bis zu 1,5A am Ausgang liefern, wenn eine Spule mit geeigneter Induktivität hinzugefügt wird. Der Chip bietet eine einstellbare Ausgangsspannung, eine Kurzschlussstrombegrenzung und einen niedrigen Standby-Stromverbrauch. Mit diesem IC können wir einen DC/DC-Wandler in Abwärts-, Aufwärts- und Verpolungstopologien mit einigen zusätzlichen externen Komponenten bauen. DC/DC-Wandler werden häufig eingesetzt, um effizient geregelte Spannungen bereitzustellen, die bei wechselnden Lasten richtig gesteuert werden können. Ein Abwärtswandler erzeugt eine Spannung, die im Verhältnis zur Eingangsspannung verringert wird, während ein Aufwärtswandler eine Spannung erzeugt, die im Verhältnis zur Eingangsspannung erhöht wird.
Boost-Konverter
Das Herzstück der Schaltung ist der Schaltregler IC MC34063A. Die 1N5819 Schottky-Diode hat einen geringen Spannungsabfall über die Leitung und eine hohe Schaltgeschwindigkeit. Sie wird häufig in Hochfrequenzanwendungen wie Wechselrichtern und DC-DC-Wandlern eingesetzt. Da der MC34063A Spannungen bis zu 40V standhält, kann die Schaltung Gleichspannungen von 3,0V bis 40,0V verarbeiten. Er bietet eine einstellbare Ausgangsspannung, Kurzschlussstrombegrenzung und einen niedrigen Standby-Strom.
In diesem Stadium werden wir nun mit dem Aufbau unserer Schaltung fortfahren und die Komponenten mit ihren jeweiligen Werten besprechen, die darin enthalten sein werden.
Nachdem wir den Anwendungshinweis gelesen haben, können wir die vollständige Berechnungsformel erhalten, die wir benötigen, um die gewünschten Werte entsprechend unseren Anforderungen zu ermitteln.
Im Datenblatt finden wir die Berechnungsformeln, die uns helfen, die relevanten Werte zu ermitteln.
Wir werden nun die Berechnungen der für unser Projekt benötigten Werte auf der Grundlage der im Datenblatt verfügbaren Formeln durchführen.
Schritt 1:
Zunächst wählen wir eine Diode für die Berechnung. Wir werden die beliebte Diode 1N5819 verwenden. Laut Datenblatt beträgt die Durchlassspannung der Diode bei einem Strom von 1A 0,49 V.
Schritt 2:
Wir berechnen Ton/Toff nach folgender Formel:
Vout = 12 V,
Leiterspannung der Diode (Vf) = 0,49 V,
Minimale Vin-Spannung (min) = 4,5 V,
Sättigungsspannung des Ausgangsschalters (Vsat) = 0,45 V.
Nachdem wir diese Werte in die Formel eingesetzt haben, erhalten wir:
(12 + 0,49 – 4,5) / (4,5 – 0,45) = 1,97
Folglich Ton/Toff = 1,97
Schritt 3:
Wir werden nun Ton + Toff nach der Formel berechnen:
Ton + Toff = 1 / f
Wobei die Schaltfrequenz 50kHz beträgt, wie in der Application Note angegeben.
Ton + Toff = 1 / 50 kHz = 20us
Schritt 4:
Wir werden dann Toff berechnen:
Toff = (Ton + Toff) / (Ton/Toff + 1)
Gemäß den vorherigen Berechnungen aus Schritt 2 und Schritt 3:
Toff = 20 us / (1.97 + 1) = 6.73 us
Schritt 5:
Wir berechnen Ton:
Ton = (Ton + Toff) – Toff
Ton = 20 us – 6.73 us = 13.27 us
Schritt 6:
Wir wählen den Wert des Kondensators Ct aus, der erforderlich ist, um die gewünschte Frequenz zu erreichen.
Ct = 4,0 x 10^-5 x Ton
Ct = 4,0 x 10^-5 x 13,27 us = 530,8 pF
Auf dem Markt ist ein 560 pF-Kondensator erhältlich, der verwendet werden kann.
Schritt 7:
Wir berechnen den Spitzenstrom:
Ipk = 2 x Iout(max) x (Ton/Toff + 1)
Der maximale Ausgangsstrom beträgt 200 mA.
Ipk = 2 x 0,2 A x (1,97 + 1) = 1,2 A
Schritt 8:
Wir werden den Wert des Messstromwiderstands (Rsc) berechnen:
Rsc = 0,3 / Ipk
Rsc = 0,3 / 1,2 A = 0,25R
Schritt 9:
Wir berechnen die Mindestinduktivität der Spule (Lmin):
Lmin = ((Vin(min) – Vsat) / Ipk) x Ton(max)
Lmin = ((4,5 V – 0,45 V) / 1,2 A) x 13,27 us = 44,8 uH
Schritt 10:
Wir berechnen den Wert des Ausgangskondensators (Cout):
Cout = 9 x (0,2 A x 13,27 us) / 0,2 V
Cout = 119.43 uF
Wir werden einen 120 uF 20 V Kondensator verwenden.
Schritt 11:
Wir werden die Werte der Rückkopplungsspannungswiderstände berechnen:
Vout = 1,25 x (1 + R2 / R1)
Durch die Einstellung Vout = 12 V
Wir wählen R1 = 910 Ohm,
R2 = 8,2 Kiloohm (8,6 x R1)
Wir haben alle erforderlichen Werte. Jetzt müssen wir nur noch die Schaltung anhand des Diagramms aufbauen und sie zum Laufen bringen!
