基于MC34063的3.7V至5V升壓轉(zhuǎn)換器電路

在現(xiàn)代，鋰電池正在豐富電子世界。它們可以非?？焖俚爻潆姴⑻峁┝己玫膫浞?，再加上它們的低制造成本，使鋰電池成為便攜式設(shè)備最可取的選擇。由于單節(jié)鋰電池的電壓范圍從最低3.2電壓到4.2V，因此很難為那些需要5V或更高的電路供電。在這種情況下，我們需要一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，它將根據(jù)負(fù)載要求提升電壓，超過(guò)其輸入電壓。

該細(xì)分市場(chǎng)有很多選擇;MC34063是該細(xì)分市場(chǎng)中最受歡迎的開關(guān)穩(wěn)壓器。MCP34063可配置為三種操作：降壓、升壓和反相。我們使用MC34063作為開關(guān)升壓穩(wěn)壓器，將3.7V鋰電池電壓升壓至5.5V，具有500mA輸出電流能力。

集成電路 MC34063

MC34063引腳排列圖如下圖所示。左側(cè)顯示MC34063的內(nèi)部電路，另一側(cè)顯示引腳排列圖。

MC34063是1.5A升壓或降壓或反相穩(wěn)壓器，由于直流電壓轉(zhuǎn)換特性，MC34063是一款DC-DC轉(zhuǎn)換器IC。

該 IC 在其 8 引腳封裝中提供以下特性-

溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)

限流電路

受控占空比振蕩器，帶有源高電流驅(qū)動(dòng)器輸出開關(guān)。

接受 3.0V 至 40V DC。

可在 100 KHz 開關(guān)頻率下工作，容差為 2%。

極低的待機(jī)電流

可調(diào)輸出電壓

此外，盡管具有這些特性，但它是廣泛使用的，并且比此類細(xì)分市場(chǎng)中可用的其他IC更具成本效益。

我們?cè)O(shè)計(jì)升壓電路，使用MC34063將3.7V鋰電池電壓提升至5.5V。

計(jì)算升壓轉(zhuǎn)換器的元件值

如果我們檢查數(shù)據(jù)表，我們可以看到完整的公式圖表存在，以根據(jù)我們的要求計(jì)算所需的所需值。這是數(shù)據(jù)表中提供的公式表，還顯示了升壓電路。

以下是不含這些元件值的原理圖，將與MC34063一起使用。

現(xiàn)在我們將計(jì)算設(shè)計(jì)所需的值。我們可以根據(jù)數(shù)據(jù)表中提供的公式進(jìn)行計(jì)算，也可以使用安森美半導(dǎo)體網(wǎng)站提供的Excel表進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算這些分量值的步驟

第 1 步：-首先，我們需要選擇二極管。我們將選擇廣泛使用的二極管1N5819。根據(jù)數(shù)據(jù)表，在1A正向電流下，二極管的正向電壓為0.60 V。

第 2 步：-我們將使用公式計(jì)算

為此，我們的Vout為5.5V，二極管的正向電壓（Vf）為0.60V。我們的最小電壓Vin（最小值）為3.2V，因?yàn)檫@是單節(jié)電池可接受的最低電壓。對(duì)于輸出開關(guān)（Vsat）的飽和電壓，為1V（數(shù)據(jù)手冊(cè)中的1V）。通過(guò)，把這一切放在一起，我們得到

(5.5+0.60-3.2 / 3.2-1) = 0.9

So,

tON / tOFF

=

1.31

第 3 步：-不，我們將根據(jù)公式計(jì)算 Ton + Toff 時(shí)間 Ton + Toff = 1 / f

我們將選擇較低的開關(guān)頻率，50Khz。

So, Ton + Toff = 1 / 50Khz = 20us So our Ton + Toff is 20uS

第 4 步：-現(xiàn)在我們將計(jì)算 T關(guān)閉時(shí)間。

Toff = (Ton + Toff / (Ton/Toff )+1)

正如我們之前計(jì)算的 Ton + Toff 和 Ton / Toff 一樣，現(xiàn)在計(jì)算會(huì)更容易，

Toff = 20us / 1.31+1 = 8.65us

第 5 步：-現(xiàn)在下一步是計(jì)算噸，

Ton = (Ton + Toff) - Toff = 20us – 8.65us = 11.35us

第 6 步：-我們需要選擇定時(shí)電容器 Ct，該時(shí)鐘需要產(chǎn)生所需的頻率?？死?= 4.0 x 10-5x 噸 = 4.0 x 10-5x 11.35uS = 454pF

第 7 步：-現(xiàn)在我們需要計(jì)算平均電感電流或

IL(avg). IL(avg) = Iout(max) x ((Ton/Toff )+1)

我們的最大輸出電流為500mA。因此，平均電感電流將為.5A x （1.31 + 1） = 1.15A。

第 8 步：-現(xiàn)在是電感的紋波電流的時(shí)候了。典型電感器使用平均輸出電流的20-40%。因此，如果我們選擇電感紋波電流的30%，它將是1.15 * 30% = 0.34A

第 9 步：-開關(guān)峰值電流將為 IL（平均值） + Iripple/2 = 1.15 + .34/2 = 1.32A

步驟10：-根據(jù)這些值，我們將計(jì)算電感值

步驟11：-對(duì)于500mA電流，Rsc值將為0.3/Ipk。因此，對(duì)于我們的要求，它將是 rsc = .3/1.32 = .22 歐姆

步驟12：-讓我們計(jì)算輸出電容值

我們可以從升壓輸出中選擇250mV（峰峰值）的紋波值。

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

我們將選擇220uF，12V。使用的電容器越多，紋波就越少。

第 13 步：-最后，我們需要計(jì)算電壓反饋電阻值。輸出電壓 = 1.25 （1 + R2 / R1）

我們將選擇 R1 值 2k，因此，R2 值將為 5.5 = 1.25 （1 + R2 / 2k） = 6.8k

我們計(jì)算了所有值。所以下面是最終的原理圖：

升壓轉(zhuǎn)換器電路圖

必需組件

用于輸入和輸出的可靠連接器 - 2 個(gè)常開

2k 電阻 - 1 常開

6.8k 電阻 - 1 常開

1N5819- 1 否

100uF，12V和194.94uF，12V電容器（使用220uF，12V，選擇接近值）各1個(gè)。

18.91uH 電感器，1.5A - 1 個(gè) （使用 33uH 2.5A，在我們的地方很容易買到）

454pF（470pF二手）陶瓷盤式電容器 1 否

1 鋰離子或鋰聚合物電池 單節(jié)或并聯(lián)電池取決于電池容量，用于所需項(xiàng)目中的備用相關(guān)問(wèn)題。

MC34063 開關(guān)穩(wěn)壓器 IC

.24歐姆電阻（.3R，2W使用）

1 nos Veroboard（可以使用虛線或連接的Vero）。

烙鐵

助焊劑和焊絲。

如果需要，還可以使用其他電線。

注意：我們使用33uh電感器，因?yàn)樗苋菀自陬~定電流為2.5A的本地供應(yīng)商處獲得。 此外，我們還使用.3R電阻代替.22R。

排列組件后，將組件焊接在 Perf 板上

焊接完成。

測(cè)試升壓轉(zhuǎn)換器電路

在測(cè)試電路之前，我們需要可變直流負(fù)載來(lái)從直流電源吸收電流。在我們測(cè)試電路的小型電子實(shí)驗(yàn)室中，測(cè)試公差要高得多，因此，很少有測(cè)量精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。

示波器經(jīng)過(guò)正確校準(zhǔn)，但人工噪聲、EMI、RF 也會(huì)改變測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，萬(wàn)用表具有 +/-1% 的容差。

在這里，我們將測(cè)量以下內(nèi)容

在高達(dá) 500mA 的各種負(fù)載下輸出紋波和電壓。

電路的效率。

電路的空閑電流消耗。

電路的短路情況。

另外，如果我們使輸出過(guò)載會(huì)發(fā)生什么？

我們的室溫是25攝氏度，我們測(cè)試了電路。

在上圖中，我們可以看到直流負(fù)載。這是一個(gè)阻性負(fù)載，正如我們所看到的，并聯(lián)的 10 個(gè) 1 歐姆電阻是連接在 MOSFET 上的實(shí)際負(fù)載，我們將控制 MOSFET 柵極并允許電流流過(guò)電阻器。這些電阻器將電能轉(zhuǎn)化為熱量。結(jié)果包括 5% 的容差。此外，這些負(fù)載結(jié)果還包括負(fù)載本身的功耗，因此當(dāng)它沒(méi)有負(fù)載時(shí)，它將顯示默認(rèn)的70mA負(fù)載電流。我們將從其他電源為負(fù)載供電并測(cè)試電路。最終輸出為（結(jié)果 – 70mA）。我們將使用具有電流檢測(cè)模式的萬(wàn)用表并測(cè)量電流。由于儀表與直流負(fù)載串聯(lián)，由于萬(wàn)用表內(nèi)的分流電阻器壓降，負(fù)載顯示將無(wú)法提供準(zhǔn)確的結(jié)果。我們將記錄儀表的結(jié)果。

以下是我們的測(cè)試設(shè)置;我們已經(jīng)連接了電路上的負(fù)載，我們正在測(cè)量升壓穩(wěn)壓器兩端的輸出電流以及它的輸出電壓。升壓轉(zhuǎn)換器上還連接了一個(gè)示波器，因此我們還可以檢查輸出電壓。18650鋰電池（1S2P – 3.7V 4400mAH）提供輸入電壓。

我們從輸出端汲取.48A或480-70 = 410mA的電流。輸出電壓為5.06V。

此時(shí)，如果我們檢查示波器中的峰到峰紋波。我們可以看到輸出波，紋波為260mV（pk-pk）。

這是詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告

我們更改了負(fù)載，并在每個(gè)步驟上等待大約 3 分鐘，以檢查結(jié)果是否穩(wěn)定。在530mA （.53A）負(fù)載后，電壓顯著下降。在其他情況下，從0負(fù)載到500mA，輸出電壓下降.46V。

使用臺(tái)式電源測(cè)試電路

由于我們無(wú)法控制電池電壓，我們還使用可變臺(tái)式電源單元來(lái)檢查最小和最大輸入電壓（3.3-4.7V）的輸出電壓，以檢查它是否正常工作，

在上圖中，工作臺(tái)電源提供3.3V輸入電壓。負(fù)載顯示5.35V輸出，350mA電流從開關(guān)電源汲取。由于負(fù)載由臺(tái)式電源供電，因此負(fù)載顯示不準(zhǔn)確。電流消耗結(jié)果（347mA）還包括負(fù)載本身從臺(tái)式電源消耗的電流。負(fù)載使用臺(tái)式電源（12V / 60mA）供電。因此，從MC34063輸出汲取的實(shí)際電流為347-60 = 287mA。

我們通過(guò)改變負(fù)載來(lái)計(jì)算3.3V的效率，這是結(jié)果

現(xiàn)在我們已將電壓更改為4.2V輸入。當(dāng)我們消耗 357 – 60 = 297mA 的負(fù)載時(shí)，我們得到 5.41V 作為輸出。

我們還測(cè)試了效率。它比之前的結(jié)果略好。

當(dāng)負(fù)載為0時(shí)，電路的空閑電流消耗在所有條件下記錄為3.47mA。

此外，我們檢查了短路，觀察到正常運(yùn)行。在最大輸出電流閾值之后，輸出電壓明顯降低，一段時(shí)間后接近零。