12V naar 5V Converter Circuit - Boost en Buck Converters

12V naar 5V convertercircuit – DC-DC step-down conversie 

We hebben niet altijd een 5V-batterij direct beschikbaar, en soms hebben we tegelijkertijd een hogere spanning en een lagere spanning nodig om verschillende delen van hetzelfde circuit aan te drijven. Om dit probleem op te lossen, gebruiken we een hogere spanning, in ons geval een 12V-batterij als hoofdstroombron, en verlagen deze spanning om een ​​lagere spanning te krijgen, zeg 5V waar nodig. Om dit te bereiken, wordt een BUCK CONVERTER-circuit gebruikt in veel elektronische gadgets en toepassingen die de spanning verlagen om aan de vereisten van de belasting te voldoen.

Laat me je eerst vertellen over converters. In het algemeen zijn er drie soorten converters, de eerste is Buck-converter die de spanning van een hogere bronspanning verlaagt. Ten tweede, Boost-converter, die de spanning verhoogt vanaf een lagere bronspanning. Daarnaast is er nog een andere converter die een combinatie is van de twee die in een of andere vorm zijn gerangschikt, de meer populaire is de Buck-Boost-converter die eerst de spanning verlaagt en vervolgens naar de vereiste waarde gaat. Ik zal proberen elk van de bovengenoemde converters in enig detail uit te leggen, zodat het begrip van de aanstaande circuits logischer is.

• Gerelateerde post:automatische deurbel met objectdetectie door Arduino

Wat is een Buck Converter?

Een buck-converter (ook bekend als step-down-converter) is een DC-naar-DC-converter , die de spanning van de ingang naar de uitgang verlaagt. Buck-converter bereikt zijn output met behulp van halfgeleider-schakelapparaten, die over het algemeen diodes en transistors zijn die in een bepaalde volgorde zijn gerangschikt en elk gedurende bepaalde tijden worden geschakeld om uiteindelijk de vereiste output te geven. Buck-converters kunnen zeer efficiënt zijn, soms wel 90%.

Het basis Buck-convertercircuit bestaat uit de schakeltransistor, samen met het vliegwielcircuit. Wanneer de transistor in de AAN-status staat, vloeit de stroom door de belasting via de inductor. De inductor verzet zich tegen veranderingen in de stroomrichting en slaat ook energie op in het proces. De diode, die parallel aan de belasting is aangesloten, is nu niet operationeel omdat deze in de omgekeerde voorspanning staat.

De stroom die in het circuit vloeit, laadt ook de condensator op. Nu, wanneer de transistor is uitgeschakeld, passen de geladen condensator en de inductor een spanning toe over de belasting vanwege de back-e.m.f. nu er geen spanningsbron in het circuit is. De in de spoel opgeslagen energie is voldoende voor tenminste een deel van de tijd dat de schakelaar open is. Als de tijden waarin de schakelaar AAN en UIT wordt gehouden veranderen, verandert deze op zijn beurt de uitgangsgelijkspanning tussen 0V en V_in .

• Gerelateerde post:Analoog naar digitaal converter (ADC) - blokdiagram, factoren en toepassingen

Het onderstaande diagram toont een eenvoudige Buck-conversiebewerking.

Wat is een Boost Converter?

Vergelijkbaar met een Buck-converter, een boost-converter (ook bekend als step-up-converter) is ook een klasse van schakelende voedingsconverters. Maar de werking van een Boost converter is precies het tegenovergestelde van die van een Buck converter. De Buck-converter verlaagt de spanning van een hogere voedingswaarde naar de vereiste waarde, terwijl de Boost-converter de spanning verhoogt vanaf een lagere voedingswaarde.

Het basisprincipe van een Boost-converter bestaat uit twee verschillende statussen. In de eerste toestand is de AAN-toestand wanneer de inductor die is aangesloten op de bronzijde wordt opgeladen wanneer de schakelaar AAN is. Wanneer de schakelaar UIT is, is het enige pad dat wordt aangeboden aan de inductorstroom om door te stromen de flyback-diode, de condensator en de belasting. Dit resulteert in de overdracht van energie die was geaccumuleerd in de AAN-toestand naar de condensator. Als de cyclus van de schakelaar vrij snel is, zal de inductor niet volledig ontladen tussen de oplaadstatussen. Daarom zal de spanning over de belasting altijd groter zijn dan die van de ingangsbron wanneer de schakelaar UIT staat.

• Gerelateerde post: Smart Home Automation-systeem - Circuit- en broncode

Het onderstaande diagram toont een eenvoudige Boost-converterbewerking.

Buck-Boost Converter

Buck-Boost-converter is een type DC-DC-converter. Het heeft een grotere of kleinere grootte van de uitgangsspanning dan de grootte van de ingangsspanning.

Omgekeerde buck-boost-converter met een heel basisprincipe. In de AAN-status is de werking vergelijkbaar met die van een Boost-converter, waarbij de inductor energie opslaat. Een condensator levert gedurende deze tijd energie aan de belasting om over de belasting te verbinden. In de UIT-stand is de inductor verbonden met de uitgangsbelasting en de condensator, zodat de energie die in de inductor is opgeslagen, wordt gegeven aan de condensator en de belasting. De condensator wordt gedurende deze tijd opgeladen.

Een eenvoudig diagram hieronder toont het werkingsprincipe van een Buck-Boost-converter.

Er zijn nu veel manieren om onze vereiste BUCK CONVERTER te bereiken, maar we gebruiken de meest populaire schakelregelaar die beschikbaar is in dit segment, met behulp van de IC MC34063. De andere populaire methode is door een circuit van MOSFET's te gebruiken die volgens een vast patroon worden geschakeld.

Vereiste componenten

1. MC34063 schakelregelaar IC
2. 1N5819 schottky-diode
3. 2k weerstanden
4. 6.2k weerstanden
5. 26 Ohm weerstanden
6. 62 uH-spoel, 1,5 A
7. 100uF, 25V en 359uF, 25V condensator
8. 428pF keramische schijfcondensatoren
9. 12V-voedingseenheid met 1,5A-classificatie
10. Draden aansluiten

IC MC34063

MC34063 is een monolithische besturingsschakeling met alle functies die nodig zijn voor de constructie van DC-naar-DC-converters. Het bestaat uit meerdere functies, namelijk comparator, oscillator, schakelaar voor hoge stroomuitgang en actieve piekstroomlimiet. MC34063 is beschikbaar in DIP-, SOIC- en SON-pakketten. Er zijn acht pinnen in elk. De tabel hiervan wordt hieronder gegeven.

Enkele van de IC MC34063-functies zijn als volgt:

1. Temperatuurgecompenseerde referentie
2. Stroomlimietcircuit
3. Gecontroleerde duty cycle-oscillator met een actieve high-current driver-uitgangsschakelaar
4. Accepteert 3,0 V tot 40,0 V DC
5. Kan worden gebruikt met een schakelfrequentie van 100 KHz met een tolerantie van 2%
6. Zeer lage stand-bystroom
7. Instelbare uitgangsspanning

Deze IC is ook overal verkrijgbaar en is een stuk kostenefficiënter dan de andere IC's die in dit segment verkrijgbaar zijn. Daarom gaan we dit IC gebruiken voor onze schakeling.

• Gerelateerde post: Autosnelheidsdetectiecircuit – werk- en broncode

De pin-out van MC34063 is zoals hieronder weergegeven.

Er zijn veel toepassingen verbonden aan MC34063, een paar daarvan zijn Human Machine Interface (HMI), Draagbaar apparaat, Meten en testen, Gas- en bloedanalysator, Informatica, Telecommunicatie, Kabel oplossingen, enz.

1N5819

De 1N5819 is een metaal-naar-silicium voedingsdiode, ook wel Schottky Rectifier genoemd, die het Schottky-barrièreprincipe toepast. Het wordt voornamelijk gebruikt als gelijkrichters in hoogfrequente laagspanningsomvormers, polariteitsbeveiligingsdiodes en vrijloopdiodes. Het wordt ook wel een oppervlaktebarrièrediode, hete-elektrondiode of hete dragerdiode genoemd. Het is een beetje anders dan normale PN-junctiediodes waarbij metaal zoals platina of aluminium wordt gebruikt in plaats van P-type halfgeleider. In Schottky-diode, halfgeleider en metaal samengevoegd, vormen een metaal-halfgeleiderovergang waar de halfgeleiderzijde fungeert als een kathode en de metalen zijde fungeert als een anode. Wanneer metaal-halfgeleiderovergangen worden gevormd tussen metaal en halfgeleiders, resulteren ze in een uitputtingslaag die ook wel de Schottky-barrière wordt genoemd.

Schottky wordt geleverd met een lage opgeslagen lading en vertoont een lager stroomverlies en mechanische eigenschappen met een hoger rendement. Het is zo vervaardigd dat alle externe oppervlakken corrosiebestendig zijn en dat de terminals gemakkelijk kunnen worden gesoldeerd waar de stroom maar in één richting vloeit en het de stroom in de andere richting stopt. De vermogensdaling die in deze diode optreedt, is lager dan bij PN-junctiediodes. Wanneer er spanning over de diodeklemmen wordt aangelegd, begint er stroom te vloeien, wat resulteert in een kleine spanningsval over de klemmen. De lagere spanningsdalingen resulteren in een hoger rendement en een hogere schakelsnelheid.

Het bovenstaande schematische diagram toont het elektrische symbool voor een Schottky-diode.

12V – 5V schakelschema

Het bovenstaande schakelschema toont het circuit samen met alle berekende waarden voor onze vereiste bewerking.

Werking van 12V tot 5V circuit

Sluit de schakeling zoals aangegeven in het schakelschema goed aan. Om deze chip van stroom te voorzien, verbinden we eerst +V met pin 6 en pin 4 met aarde. Tegelijkertijd sluiten we een condensator CIN aan om overtollige ruis van de voeding te filteren. Pin 3 is verbonden met CT die de schakelsnelheid van het circuit bepaalt. Pin 5 is de inverterende terminal van de comparator. De spanning van de niet-inverterende klem is 1,25 V van de interne spanningsregelaar. Op de inverterende terminal plaatsen we een weerstandsnetwerk bestaande uit twee weerstanden. Deze bepalen de versterking van de op-amp-comparator. Op deze manier maken we een Buck-converter die nu onze ingang van 12V DC naar 5V DC verlaagt.

• Gerelateerde post: Regenalarmcircuit - Sneeuw-, water- en regendetectorproject

Toepassingen

Er zijn veel toepassingen in ons dagelijks leven, waarvoor alleen laagspanningsingangen nodig zijn. Ze hebben ook een gereguleerde 5V nodig voor de veiligheid. Bijvoorbeeld batterijladers, wifi-modules, Arduino-modules enzovoort. Het bovenstaande circuit voldoet aan de invoerbehoeften van alle bovengenoemde en nog veel meer toepassingen.

Gerelateerde projecten:

• Automatisch bewaterings- en irrigatiesysteem voor planten - circuit-, code- en projectrapport
• Regenalarmcircuit - Sneeuw-, water- en regendetectorproject
• Circuitdiagram waterniveau-indicator - twee eenvoudige projecten
• Meer elektrische en elektronische engineeringprojecten