Mc34063 का उपयोग करते हुए 3.7 वी से 5 वी बूस्टर कनवर्टर सर्किट

आधुनिक दिनों में, लिथियम बैटरी इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया को समृद्ध कर रही है। उन्हें बहुत तेजी से चार्ज किया जा सकता है और अच्छा बैकअप प्रदान किया जा सकता है, जो उनके कम विनिर्माण लागत के साथ-साथ लिथियम बैटरी को पोर्टेबल उपकरणों के लिए सबसे बेहतर विकल्प बनाता है। एक एकल सेल लिथियम बैटरी वोल्टेज के रूप में न्यूनतम 3.2 वोल्टेज से 4.2 वी तक होता है, उन सर्किट को बिजली देना मुश्किल होता है जिनके लिए 5 वी या अधिक की आवश्यकता होती है । ऐसे मामले में हमें एक बूस्ट कन्वर्टर की आवश्यकता होती है, जो वोल्टेज की लोड आवश्यकता के अनुसार बढ़ाएगा, यह इनपुट वोल्टेज से अधिक होगा।

इस सेगमेंट में बहुत सारे विकल्प उपलब्ध हैं; MC34063 ऐसे सेगमेंट में सबसे लोकप्रिय स्विचिंग रेगुलेटर है। MCP34063 तीन ऑपरेशन, में विन्यस्त किया जा सकता बक, बूस्ट और Inverting । हम बूस्टिंग रेगुलेटर को स्विच करने के रूप में MC34063 का उपयोग करते हैं और 500V आउटपुट करंट क्षमताओं के साथ 5.5V तक 3.7V लिथियम बैटरी वोल्टेज को बढ़ावा देंगे । हमने पहले वोल्टेज को कम करने के लिए बक कन्वर्टर सर्किट बनाया है; आप यहां कई दिलचस्प पावर इलेक्ट्रॉनिक्स प्रोजेक्ट भी देख सकते हैं।

आईसी MC34063

नीचे की छवि में MC34063 पिनआउट आरेख दिखाया गया है। बाईं ओर MC34063 का आंतरिक सर्किट दिखाया गया है, और दूसरी तरफ पिनआउट आरेख दिखाया गया है।

MC34063 एक 1 है । 5A डीसी वोल्टेज रूपांतरण संपत्ति के कारण स्टेप अप या स्टेप डाउन या इनवर्टिंग रेगुलेटर, MC34063 DC-DC कनवर्टर IC है।

यह आईसी अपने 8 पिन पैकेज में निम्नलिखित विशेषताएं प्रदान करता है-

1. तापमान ने संदर्भ की भरपाई की
2. वर्तमान सीमा सर्किट
3. एक सक्रिय उच्च वर्तमान चालक आउटपुट स्विच के साथ नियंत्रित चक्र थरथरानवाला।
4. 3.0V से 40V DC को स्वीकार करें।
5. 2% सहिष्णुता के साथ 100 KHz स्विचिंग आवृत्ति पर संचालित किया जा सकता है।
6. बहुत कम स्टैंडबाय वर्तमान
7. एडजस्टेबल आउटपुट वोल्टेज

इसके अलावा, इन सुविधाओं के बावजूद, यह व्यापक रूप से उपलब्ध है और यह इस तरह के सेगमेंट में उपलब्ध अन्य आईसी की तुलना में बहुत अधिक कुशल है।

चलो 3.7V लिथियम बैटरी वोल्टेज को 5.5V तक बढ़ाने के लिए MC34063 का उपयोग करके हमारे स्टेप-अप सर्किट को डिजाइन करें ।

बूस्ट कन्वर्टर के लिए अवयवों के मूल्यों की गणना

यदि हम डेटाशीट की जांच करते हैं, तो हम देख सकते हैं कि हमारी आवश्यकता के अनुसार वांछित मानों की गणना करने के लिए पूर्ण सूत्र चार्ट मौजूद है। यहां डेटाशीट के अंदर फॉर्मूला शीट उपलब्ध है, और स्टेप अप सर्किट भी दिखाया गया है।

यहां उन घटकों के मूल्य के बिना योजनाबद्ध है, जो MC34063 के साथ अतिरिक्त रूप से उपयोग किए जाएंगे ।

अब हम उन मूल्यों की गणना करेंगे जो हमारे डिजाइन के लिए आवश्यक हैं। हम डेटाशीट में दिए गए सूत्रों से गणना कर सकते हैं या हम ON सेमीकंडक्टर की वेबसाइट द्वारा प्रदान की गई एक्सेल शीट का उपयोग कर सकते हैं। यहां एक्सेल शीट का लिंक दिया गया है।

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

उन घटक मूल्यों की गणना करने के लिए कदम

चरण 1: - सबसे पहले हमें डायोड का चयन करना होगा। हम व्यापक रूप से उपलब्ध डायोड 1N5819 का चयन करेंगे। डेटशीट के अनुसार, 1A आगे वर्तमान में डायोड का आगे का वोल्टेज 0.60 V होगा।

चरण 2: - हम सूत्र का उपयोग करके गणना करेंगे

इसके लिए, हमारा Vout 5.5V है, डायोड (Vf) का फॉरवर्ड वोल्टेज 0.60V है। हमारा न्यूनतम वोल्टेज विन (न्यूनतम) 3.2V है क्योंकि यह एकल सेल बैटरी से सबसे कम स्वीकार्य वोल्टेज है। और आउटपुट स्विच (वीसैट) के संतृप्ति वोल्टेज के लिए, यह 1 वी (डेटाशीट में 1 वी) है। द्वारा, यह सब एक साथ डाल हम प्राप्त करते हैं

(5,5 + 0.60-3.2 / 3.2-1) = 0,9 तो, टी _पर / टी _बंद = 1.31

चरण 3: - नहीं, हम सूत्र + टन / 1 / एफ के अनुसार, टन + टॉफ समय की गणना करेंगे

हम कम स्विचिंग आवृत्ति, 50Khz का चयन करेंगे।

तो, टोन + टॉफ = 1 / 50Khz = 20us तो हमारा टन + टॉफ 20uS है

चरण 4: - अब हम T _बंद समय की गणना करेंगे ।

टी _ऑफ = (टी _पर + टी _ऑफ / / (टी _ऑन / टी _ऑफ) +1)

जैसा कि हमने पहले टोन + टॉफ और टन / टॉफ की गणना की थी, अब गणना आसान हो जाएगी, टॉफ = 20us / 1.31 + 1 = 8.65us

चरण 5: - अब अगला कदम टन की गणना करना है, टी _पर = (टी _पर + टी _ऑफ) - टी _ऑफ = 20us - 8.65us = 11.35us

चरण 6: - हमें समय कैपेसिटर सीटी चुनने की आवश्यकता होगी, जिसे वांछित आवृत्ति का उत्पादन करने के लिए फिर से शुरू किया जाएगा। सीटी = 4.0 x 10 ^-5 x टन = 4.0 x 10 ^-5 x 11.35uS = 454pF

चरण 7: - अब हमें औसत इंडक्टर चालू या गणना करने की आवश्यकता है

आईएल (एवीजी)। आईएल (औसत) = Iout (अधिकतम) एक्स ((टी _पर / टी _बंद) +1)

हमारा अधिकतम आउटपुट करंट 500mA होगा। तो, औसत इंडक्टर करंट होगा.5A x (1.31 + 1) = 1.15A।

चरण 8: - अब यह प्रारंभ करनेवाला के तरंग वर्तमान का समय है। एक सामान्य प्रारंभ करनेवाला औसत उत्पादन वर्तमान के 20-40% का उपयोग करता है। इसलिए, यदि हम प्रारंभ करनेवाला तरंग वर्तमान 30% चुनते हैं, तो यह 1.15 * 30% = 0.34A होगा

चरण 9: - स्विचिंग पीक करंट IL (avg) + Iripple / 2 = 1.15 +.34 / 2 = 1.32A होगा

चरण 10: - उन मूल्यों के आधार पर हम इंडक्टर मूल्य की गणना करेंगे

चरण 11: - 500mA वर्तमान के लिए, रुपये का मूल्य 0.3 / Ipk होगा। तो, हमारी आवश्यकता के लिए यह रु। =.3 / 1.32 =.22 ओम होगा

चरण 12: - आउटपुट संधारित्र मानों की गणना करते हैं

हम बूस्ट आउटपुट से 250mV (पीक टू पीक) का एक रिपल मूल्य चुन सकते हैं।

तो, Cout = 9 * (0.5 * 11.35us / 0.25) = 204.3uF

हम 220uF, 12V चुनेंगे । जितना अधिक संधारित्र का उपयोग किया जाएगा उतनी अधिक तरंग इसे कम करेगी।

चरण 13: - अंतिम बार हमें वोल्टेज फीडबैक रेसिस्टर्स मान की गणना करने की आवश्यकता है। Vout = 1.25 (1 + R2 / R1)

हम R1 मान 2k को चुनेंगे, इसलिए, R2 मान 5.5 = 1.25 (1 + R2 / 2k) = 6.8k होगा

हमने सभी मूल्यों की गणना की। तो नीचे अंतिम योजनाबद्ध है:

बूस्ट कन्वर्टर सर्किट डायग्राम

आवश्यक घटक

1. इनपुट और आउटपुट के लिए संबंधक संबंधक- 2 नग
2. 2k रोकनेवाला- 1 नग
3. 6.8k रोकनेवाला- 1 नग
4. 1 एन 5819- 1 एनोस
5. 100uF, 12V और 194.94uF, 12V कैपेसिटर (220uF, 12V का उपयोग किया जाता है, करीब मूल्य चयनित) 1 nos प्रत्येक।
6. 18.91uH प्रारंभ करनेवाला, 1.5A - 1 नग। (33uH 2.5A का उपयोग किया जाता है, यह हमारे स्थान पर आसानी से उपलब्ध था)
7. 454pF (470pF प्रयुक्त) सिरेमिक डिस्क कैपेसिटर 1 नग
8. 1 आवश्यक परियोजनाओं में बैकअप से संबंधित मुद्दे के लिए बैटरी की क्षमता के आधार पर लिथियम आयन या लिथियम पॉलिमर बैटरी एकल सेल या समानांतर सेल।
9. MC34063 स्विचिंग नियामक आईसी
10. .24ohm रोकनेवाला (.3R, 2W इस्तेमाल किया)
11. 1 नग वेरोबर्ड (डॉटेड या कनेक्टेड वर्नो का उपयोग किया जा सकता है)।
12. सोल्डरिंग आयरन
13. सोल्डरिंग फ्लक्स और सोल्डरिंग वायर।
14. यदि आवश्यक हो तो अतिरिक्त तार।

नोट: हमने 33uh प्रारंभ करनेवाला का उपयोग किया है क्योंकि यह 2.5A वर्तमान रेटिंग के साथ स्थानीय विक्रेताओं के साथ आसानी से उपलब्ध है। इसके अलावा हमने.22R के बजाय.RR का उपयोग किया है।

घटकों की व्यवस्था करने के बाद, घटकों को परफेक्ट बोर्ड पर मिलाप करें

सोल्डरिंग पूरी हो गई है।

बूस्ट कनवर्टर सर्किट का परीक्षण

सर्किट का परीक्षण करने से पहले हमें डीसी पावर सप्लाई से करंट खींचने के लिए वेरिएबल डीसी लोड की जरूरत होती है। छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स लैब में जहां हम सर्किट का परीक्षण कर रहे हैं, परीक्षण सहिष्णुता बहुत अधिक है और उसके कारण, कुछ मापन सटीकताएं निशान तक नहीं हैं।

ऑसिलोस्कोप को ठीक से कैलिब्रेट किया गया है लेकिन कृत्रिम शोर, ईएमआई, आरएफ भी परीक्षा परिणाम सटीकता को बदल सकते हैं। इसके अलावा, मल्टीमीटर में +/- 1% सहनशीलता है।

यहां हम निम्नलिखित बातों को मापेंगे

1. 500mA तक विभिन्न भारों पर आउटपुट तरंग और वोल्टेज।
2. सर्किट की दक्षता।
3. सर्किट की निष्क्रिय वर्तमान खपत।
4. शॉर्ट सर्किट की स्थिति सर्किट।
5. इसके अलावा, अगर हम आउटपुट को ओवरलोड करते हैं तो क्या होगा?

हमारे कमरे का तापमान 25 डिग्री सेल्सियस है जहां हमने सर्किट का परीक्षण किया।

उपरोक्त छवि में हम डीसी लोड देख सकते हैं। यह एक प्रतिरोधक भार है और जैसा कि हम देख सकते हैं, समानांतर कनेक्शन में 10pcs 1 ओम प्रतिरोधक एक MOSFET भर में जुड़े वास्तविक भार हैं, हम MOSFET गेट को नियंत्रित करेंगे और वर्तमान को प्रतिरोधों के माध्यम से प्रवाह करने की अनुमति देंगे। वे प्रतिरोधक तापों को विद्युत शक्तियों में परिवर्तित करते हैं। परिणाम में 5% सहिष्णुता है। साथ ही इन लोड परिणामों में लोड का पावर ड्रॉ शामिल होता है, इसलिए जब कोई लोड इसके द्वारा नहीं निकाला जा रहा है, तो यह डिफ़ॉल्ट 70mA लोड करंट को दिखाएगा। हम अन्य बिजली आपूर्ति से लोड को बिजली देंगे और सर्किट का परीक्षण करेंगे। अंतिम आउटपुट होगा (परिणाम - 70mA )। हम मल्टीमीटर का उपयोग सेंसिंग मोड के साथ करेंगे और करंट को मापेंगे। जैसा कि मीटर डीसी लोड के साथ श्रृंखला में है, लोड डिस्प्ले मल्टीमीटर के अंदर शंट रेसिस्टर्स वोल्टेज ड्रॉप के कारण सटीक परिणाम प्रदान नहीं करेगा। हम मीटर के परिणाम को रिकॉर्ड करेंगे।

नीचे हमारा परीक्षण सेटअप है; हमने सर्किट में लोड को कनेक्ट किया है, हम आउटपुट रेगुलेटर के साथ-साथ इसके आउटपुट वोल्टेज को भी माप रहे हैं। एक आस्टसीलस्कप भी बूस्टर कनवर्टर से जुड़ा हुआ है, इसलिए हम आउटपुट वोल्टेज की जांच भी कर सकते हैं। एक 18650 लिथियम बैटरी (1S2P - 3.7V 4400mAH) इनपुट वोल्टेज प्रदान कर रहा है।

हम आरेखण कर रहे हैं ।48A या 480-70 = 410mA वर्तमान से उत्पादन। आउटपुट वोल्टेज 5.06V है।

इस बिंदु पर, अगर हम आस्टसीलस्कप में शिखर से शिखर तक की जांच करते हैं। हम आउटपुट वेव देख सकते हैं, तरंग 260mV (pk-pk) है।

यहाँ विस्तृत परीक्षण रिपोर्ट है

समय (सेकंड)	लोड (mA)	वोल्टेज (V)	रिपल (पीपी) (एमवी)
180	०	5.54 है	180
180	100	५.४६	196
180	200 रु	5.32	208
180	300	5.36 है	220
180	400	5.16	243
180	500	5.08 है	258
180	600	४.२ ९	325

हमने लोड को बदल दिया और प्रत्येक चरण पर 3 मिनट के लिए प्रतीक्षा की कि जाँच करें कि परिणाम स्थिर हैं या नहीं। 530mA (.53A) लोड के बाद, वोल्टेज में काफी गिरावट आई। अन्य मामलों में 0 लोड से 500mA तक आउटपुट वोल्टेज गिरा ।46 वी।

बेंच पावर सप्लाई के साथ सर्किट का परीक्षण

जैसा कि हम बैटरी वोल्टेज को नियंत्रित नहीं कर सकते हैं, हमने यह जांचने के लिए कि क्या यह काम कर रहा है या नहीं, न्यूनतम और अधिकतम इनपुट वोल्टेज (3.3-4.7V) पर आउटपुट वोल्टेज की जांच करने के लिए एक चर बेंच पॉवर सप्लाई यूनिट का उपयोग किया ।

उपरोक्त छवि बेंच में विद्युत आपूर्ति 3.3V इनपुट वोल्टेज प्रदान करती है। स्विच डिस्प्ले बिजली की आपूर्ति से 350mA वर्तमान ड्रा में 5.35V आउटपुट दिखा रहा है। के रूप में लोड बेंच बिजली की आपूर्ति द्वारा संचालित है, लोड प्रदर्शन सटीक नहीं है। वर्तमान ड्रॉ रिजल्ट (347mA) में लोड द्वारा ही बेंच पावर सप्लाई से करंट ड्रॉ होता है। भार बेंच बिजली की आपूर्ति (12V / 60mA) का उपयोग करके संचालित होता है। तो MC34063 आउटपुट से खींची जाने वाली वास्तविक धारा 347-60 = 287mA है।

हमने लोड बदलकर 3.3V पर दक्षता की गणना की, यहां परिणाम है

इनपुट वोल्टेज (V)	इनपुट करंट (A)	इनपुट पावर (W)	आउटपुट वोल्टेज (V)	आउटपुट करंट (A)	आउटपुट पावर (W)	दक्षता (n)
३.३	0.46	1.518 है	५.४ ९	0.183	1.00467 है	66.1837945
३.३	0.65	२.१४५	5.35 है	0.287	1.53545 है	71.5827506 है
३.३	0.8	२.६४	5.21	0.349 है	१. 1.8१२ ९	68.8746212
३.३	1	३.३	5.12	0.451	२.३० ९ १२	69.9733333
३.३	1.13	३..२ ९	5.03 है	0.52 है	2.6156 है	70.1421293 है

अब हमने वोल्टेज को 4.2V इनपुट में बदल दिया है। जब हम 357 - 60 = 297mA लोड करते हैं तो हमें आउटपुट के रूप में 5.41V मिल रहा है।

हमने दक्षता का परीक्षण भी किया। यह पिछले परिणाम की तुलना में थोड़ा बेहतर है।

इनपुट वोल्टेज (V)	इनपुट करंट (A)	इनपुट पावर (W)	आउटपुट वोल्टेज (V)	आउटपुट करंट (A)	आउटपुट पावर (W)	दक्षता
4.2	0.23	0.966	5.59 है	0.12	0.6708 है	69.4409938 है
4.2	0.37	1.554	५.४६	0.21	1.1466	73.7837838 है
4.2	0.47	1.974 है	5.41	0.28	1.5148 है	76.7375887 है
4.2	0.64	2.688 है	5.39	0.38 है	2.0482 है	76.1979167 है
4.2	0.8	३.३६	5.23 है	0.47	२.४५ 2.१	73.1577381 है

सर्किट की निष्क्रिय वर्तमान खपत सभी स्थिति में 3.47mA दर्ज की जाती है जब लोड 0 होता है ।

इसके अलावा, हमने शॉर्ट-सर्किट की जांच की, नॉर्मल ऑपरेशन देखा। अधिकतम आउटपुट करंट थ्रेशोल्ड के बाद आउटपुट वोल्टेज काफी कम हो रहा है और एक निश्चित समय के बाद यह शून्य के करीब हो रहा है।

इस सर्किट में सुधार किए जा सकते हैं; आउटपुट तरंग को कम करने के लिए कम ESR उच्च मूल्य संधारित्र का उपयोग किया जा सकता है। इसके अलावा उचित पीसीबी डिजाइनिंग आवश्यक है।