MC34063을 사용한 5V 입력 12V 150mA 출력 승압 회로를 만들어 봅시다.
(Boost Step Up 5V to 12V 150mA Converter using MC34063)
MC34063은 강압 및 승압 회로에 사용되는 DC-DC 컨버터 IC 랍니다.
데이터 시트를 대략적으로 살펴보면 입력 전원의 범위는 3.0V~40Vdc이고, 적절한 출력 스위칭 트랜지스터를 추가하면 1.5A의 높은 출력 스위치 전류를 생성할 수 있답니다.
회로는 MC34063의 스위칭 주파수를 결정하는 캐패시터(C2)와 스위칭용 인덕터(L1), 출력을 평활하기 위한 다이오드(D1)와 캐패시터(C3), 출력 전압을 안정화하기 위한 분압 회로(R3,R7,R4), 출력 전류를 제어하기 위한 피크 전류 검출 저항(R2)으로 구성된답니다.
회로도
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이러한 회로 구성은 MC34063의 데이터 시트에 서술 되어 있는 디자인 공식 테이블(Figure 14. Design Formula Table)에 의해 계산한답니다.
우리는 여기서 5V 입력으로 12V 150mA 출력의 승압회로(Step-Up)를 만들 것이므로 데이터 시트의 Design Formula Table의 항목을 계산하여 MC34063에 부가되는 부품을 계산 해 낼 수 있습니다.
참조 : MC34063의 데이터 시트
그럼 이제부터 해당 구성 요소값을 계산해 봅시다.
MC34063의 데이터 시트의 공식에 의해 Ton/Toff, (Ton+Toff), Toff, Ton, Ct, Ipk, Rsc, Lmin, Cout, 저항 분압회로를 계산합니다.
Ton/Toff = (Vout+Vf-Vin_min)/(Vin_min-Vsat)
여기서 Vf는 다이오드의 순방향 전압인데, 데이터 시트에서 사용된 1N5819의 순방향 전압(Vf)은 0.6V(if=1.0A 일 경우)입니다(다이오드 1n5819 데이터 시트 전기적 특성(Electrical Characteristics)을 참고 하세요).
출력 스위치 포화 전압 Vsat는 MC34063 데이터 시트의 전기적 특성(Electrical Characteristics)에 따라 Vsat=0.45V, 입력 최소 전압 Vin_min을 4.7V로 설정하면
Ton/Toff = (Vout+Vf-Vin_min)/(Vin_min-Vsat) =(12+0.6-4.7)/(4.5-0.45)≒1.86
(Ton+Toff) = 1/f
스위칭 주파수 f는 데이터 시트의 전기적 특성(Electrical Characteristics)에 따라 24~42KHz 사이를 선택합니다. 여기서는 스위칭 주파수를 25KHz로 적용했습니다.
(Ton+Toff) = 1/f = 1/25KHz = 40uS
Toff = ((Ton+Toff) / (Ton/Toff)+1) = 40uS/(1.86+1) ≒ 13.99uS
Ton = (Ton+Toff) - Toff = 40uS - 13.99uS = 26uS
Ct = 4.0 * 10^-5 * Ton
스위칭 주파수를 만들기 위한 타이밍 커패시터 Ct를 계산합니다.
Ct = 4.0 x 10^-5 x 26uS ≒ 0.001uF = 1000pF = 102
Ipk = 2 x Iout(max) x ((Ton/Toff )+1)
여기서 우리는 출력 전류를 150mA로 설정 하였으므로, 최대 출력 전류를 200mA를 적용합니다.
Ipk = 2 x 0.2A x (1.86+1) = 1.144A
Rsc = 0.3/Ipk = 0.3/1.144 ≒ 0.26 ohm
Lmin = ((Vin_min - Vsat/Ipk)) x (Ton(max)) = (4.7-0.45/1.2)) x (26x10^-6) ≒ 92uH
Cout = 9*((Iout*Ton)/Vrip_pp)
부스트 출력의 리플값(Vrip_pp)을 200mV로 설정하면
Cout = 9*((Iout*Ton)/Vrip_pp)= 9 x ((0.2* 26uS)/0.2) = 234uF
Vout = 1.25 x (1 + R2/R1), Vout = 12V 이므로
R2 = ((Vout/1.25) -1) x R1 = ((12/1.25)-1) x R1 = 8.6 * R1
여기서 R1을 1.2k로 설정하면
R2 = 8.6 x 1.2 = 10.32kohm
위 계산된 값으로 5V 입력 12V 출력 승압 회로를 설계합니다.
여기서 Cout은 리플 억제를 위해 계산 된 값보다 큰 470uF 용량을 사용하였고, 저항 분압회로의 R2는 10kΩ과 200Ω을 직렬로 연결하여 사용하였답니다.
또한 인덕터는 계산치 보다 큰 100uH를 사용하였고, 전류 검출 저항은 0.15Ω을 적용했습니다.
부품을 준비해 봅시다
| 품명 | 형명 | 적용 | 수량 | 비고 |
| 콘덴서 | 100uF 16V | C1 | 1 | 전해 콘덴서 |
| 콘덴서 | 0.001uF(1000pF) | C2 | 1 | 102 |
| 콘덴서 | 470uF 24V | C3 | 1 | 전해콘덴서 |
| 다이오드 | 1N5819 | D1 | 1 | |
| 커넥터 | 5045-2 | J1 | 1 | 또는 동등품 |
| 커넥터 | 5267-2 | J2 | 1 | 또는 동등품 |
| LED | RED 5mm | LD1 | 1 | |
| LED | GRN 5mm | LD2 | 1 | |
| 인덕터 | 100uH | L1 | 1 | |
| 전압계 | FND_3_Volt_Metter | METER1 | 1 | 선택 |
| 저항 | 180 | R1 | 1 | |
| 저항 | 0.26 | R2 | 1 | |
| 저항 | 10k | R3 | 1 | |
| 저항 | 1.2k | R4,R6 | 2 | |
| 저항 | 680 | R5 | 1 | |
| 저항 | 200 | R7 | 1 | |
| IC | MC34063A | U1 | 1 | |
| 스위치 | SW SLIDE-DPDT | SW2 | 1 | |
| 스위치 | SW SLIDE-DPDT | SW1 | 1 | 선택 |
| 패턴 와이어 | 단선 | 패턴용 | 필요량 | 0.3mm, 주석도금, |
| 전선 | 연선 | 배선용 | 필요량 | AWG24~26 |
| PCB | 만능 PCB |
부품이 준비되었으면 만들어 봅시다.
부품 배치도와 패턴도
완성품
