Circuito convertidor de 12 V a 5 V:convertidores elevadores y reductores

Circuito convertidor de 12 V a 5 V:conversión reductora CC-CC 

No siempre tenemos una batería de 5 V disponible y, a veces, necesitamos un voltaje más alto y más bajo al mismo tiempo para impulsar diferentes partes del mismo circuito. Para resolver este problema, usamos un voltaje más alto, que en nuestro caso es una batería de 12 V como fuente de alimentación principal y reducimos este voltaje para obtener un voltaje más bajo, digamos 5 V donde sea necesario. Para lograr esto, se utiliza un circuito CONVERTIDOR BUCK en muchos dispositivos electrónicos y aplicaciones que bajan el voltaje para que coincida con el requisito de la carga.

Primero, déjame hablarte sobre los convertidores. En términos generales, hay tres tipos de convertidores, el primero es el convertidor Buck que reduce el voltaje de una fuente de voltaje más alta. En segundo lugar, el convertidor Boost, que aumenta el voltaje desde una fuente de voltaje más baja. Además, hay otro convertidor que es una combinación de los dos dispuestos de alguna forma, el más popular es el convertidor Buck-Boost que primero reduce el voltaje y luego aumenta al valor requerido. Intentaré explicar cada uno de los convertidores mencionados anteriormente con cierto detalle para que la comprensión de los próximos circuitos tenga más sentido.

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¿Qué es un convertidor Buck?

Un convertidor reductor (también conocido como convertidor reductor) es un convertidor de CC a CC , que reduce el voltaje de la entrada a su salida. El convertidor reductor logra su salida utilizando dispositivos de conmutación de semiconductores, que generalmente son diodos y transistores dispuestos en un orden particular y cada uno conmutado durante ciertos momentos para finalmente dar la salida requerida. Los convertidores reductores pueden ser muy eficientes, a veces hasta en un 90 %.

El circuito convertidor Buck básico consta del transistor de conmutación, junto con el circuito del volante. Cuando el transistor está en estado ON, la corriente fluye a través de la carga a través del inductor. El inductor se opone a los cambios en la dirección del flujo de corriente y también almacena energía en el proceso. El diodo, que está conectado en paralelo a la carga, ahora no está operativo ya que está en polarización inversa.

La corriente que fluye en el circuito también carga el capacitor. Ahora, cuando el transistor se apaga, el capacitor cargado y el inductor aplican un voltaje a través de la carga debido a la fuerza contraelectromotriz. ahora que no hay fuente de voltaje en el circuito. La energía almacenada en el inductor es suficiente para al menos una parte del tiempo que el interruptor está abierto. Si cambia el tiempo durante el cual el interruptor se mantiene encendido y apagado, a su vez, cambia el voltaje de CC de salida entre 0 V y V_in .

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El siguiente diagrama muestra una operación simple de conversión Buck.

¿Qué es un convertidor Boost?

Similar a un convertidor Buck, un convertidor boost (también conocido como convertidor elevador) es también una clase de convertidores de fuente de alimentación de modo de conmutación. Pero el funcionamiento de un convertidor Boost es exactamente el contrario al de un convertidor Buck. El convertidor Buck reduce el voltaje desde un valor de suministro más alto al valor requerido, mientras que el convertidor Boost aumenta el voltaje desde un valor de suministro más bajo.

El principio básico de un convertidor Boost consta de dos estados distintos. En el primer estado, el estado ENCENDIDO es cuando el inductor conectado al lado de la fuente se carga cuando el interruptor está ENCENDIDO. Luego, cuando el interruptor está APAGADO, el único camino ofrecido para que fluya la corriente del inductor es el diodo de retorno, el capacitor y la carga. Esto da como resultado la transferencia de energía que se acumuló en el estado ENCENDIDO hacia el capacitor. Si el ciclo del interruptor es bastante rápido, el inductor no se descargará completamente entre los estados de carga. Por lo tanto, el voltaje en la carga siempre será mayor que el de la fuente de entrada cuando el interruptor está APAGADO.

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El siguiente diagrama muestra una operación simple del convertidor Boost.

Convertidor Buck-Boost

El convertidor Buck-Boost es un tipo de convertidor CC-CC. Tiene una magnitud de voltaje de salida mayor o menor que su magnitud de voltaje de entrada.

Inversión del convertidor buck-boost que tiene un principio muy básico. Mientras está en estado ON, la operación es similar a la de un convertidor Boost, donde el inductor almacena energía. Un capacitor suministra energía a la carga durante este tiempo para conectarse a través de la carga. Mientras está en estado APAGADO, el inductor está conectado a la carga de salida y al capacitor, por lo que la energía almacenada en el inductor se entrega al capacitor y la carga. El condensador se carga durante este tiempo.

Un diagrama simple a continuación muestra el principio de funcionamiento de un convertidor Buck-Boost.

Ahora, hay muchas maneras de lograr nuestro CONVERTIDOR BUCK requerido, pero usamos el regulador de conmutación más popular disponible en este segmento, usando el IC MC34063. El otro método popular es usar un circuito de MOSFET conmutados según un patrón fijo.

Componentes necesarios

1. IC del regulador de conmutación MC34063
2. 1N5819 diodo schottky
3. 2k resistencias
4. 6.2k resistencias
5. Resistencias de 26 ohmios
6. Inductor de 62 uH, 1,5 A
7. Condensador de 100uF, 25V y 359uF, 25V
8. Condensadores de disco cerámico de 428pF
9. Fuente de alimentación de 12 V con clasificación de 1,5 A
10. Cables de conexión

IC MC34063

MC34063 es un circuito de control monolítico que tiene todas las funciones necesarias para la construcción de convertidores de CC a CC. Consta de múltiples funciones, que son comparador, oscilador, interruptor de salida de alta corriente y límite de corriente pico activo. MC34063 está disponible en paquetes DIP, SOIC e SON. Hay ocho pines en cada uno. La tabla de la cual se da a continuación.

Distribución de pines MC34063
Número de patilla	Nombre de PIN	Descripción
1	Cambiar colector	Entrada de colector de interruptor interno de alta corriente
2	Emisor de interruptor	Entrada de emisor de interruptor interno de alta corriente
3	Condensador de temporización	Adjuntar un condensador de tiempo a una frecuencia de conmutación variable
4	Tierra (GND)	Tierra (GND)
5	Comparador de entrada de inversión	Adjunte una red divisora ​​de resistencias para crear un circuito de retroalimentación
6	Voltaje (Vcc)	Tensión de alimentación lógica
7	Yopk	Entrada de detección de límite de corriente
8	Coleccionista de controladores	Entrada de colector de transistor de conducción de par Darlington

Algunas de las características del IC MC34063 son los siguientes:

1. Referencia de temperatura compensada
2. Circuito de límite de corriente
3. Oscilador de ciclo de trabajo controlado con un interruptor de salida de controlador activo de alta corriente
4. Acepta 3,0 V a 40,0 V CC
5. Puede funcionar a una frecuencia de conmutación de 100 KHz con una tolerancia del 2 %
6. Corriente de reserva muy baja
7. Voltaje de salida ajustable

Además, este IC está ampliamente disponible y es mucho más rentable que los otros IC disponibles en este segmento. Es por eso que vamos a usar este IC para nuestro circuito.

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La disposición de pines de MC34063 es como se indica a continuación.

Hay muchas aplicaciones asociadas con MC34063, algunas de ellas son interfaz hombre-máquina (HMI), dispositivo portátil, medición y prueba, analizador de gases y sangre, computación, telecomunicaciones, cable soluciones, etc.

1N5819

El 1N5819 es un diodo de potencia de metal a silicio, también denominado rectificador Schottky, que aplica el principio de barrera de Schottky. Se utiliza principalmente como rectificadores en inversores de baja tensión y alta frecuencia, diodos de protección de polaridad y diodos de rueda libre. También se le llama diodo de barrera superficial, diodo de electrones calientes o diodo portador caliente. Es un poco diferente de los diodos de unión PN normales donde se usa metal como platino o aluminio en lugar de semiconductores de tipo P. En el diodo Schottky, el semiconductor y el metal se unieron, formando una unión metal-semiconductor donde el lado del semiconductor actúa como cátodo y el lado del metal actúa como ánodo. Cuando la unión metal-semiconductor se forma entre el metal y los semiconductores, dan como resultado una capa de agotamiento también conocida como barrera de Schottky.

Schottky viene con una carga almacenada baja y presenta una menor pérdida de energía y características mecánicas de mayor eficiencia. Está fabricado de tal manera que todas las superficies externas son resistentes a la corrosión y los terminales se pueden soldar fácilmente donde la corriente fluye en una sola dirección y detiene el flujo de corriente en la otra dirección. La caída de potencia que ocurre en este diodo es menor que la de los diodos de unión PN. Cuando se aplica voltaje a través de los terminales del diodo, la corriente comienza a fluir, lo que resulta en una pequeña caída de voltaje a través de los terminales. Las caídas de voltaje más bajas dan como resultado una mayor eficiencia y una mayor velocidad de conmutación.

El diagrama esquemático anterior muestra el símbolo eléctrico de un diodo Schottky.

Diagrama del circuito de 12 V – 5 V

El diagrama de circuito anterior muestra el circuito junto con todos los valores calculados para nuestra operación requerida.

Funcionamiento del circuito de 12V a 5V

Conecte correctamente el circuito como se indica en el diagrama del circuito. Primero para alimentar este chip conectamos +V al pin 6 y el pin 4 a tierra. Al mismo tiempo, conectamos un condensador CIN para filtrar el exceso de ruido de la fuente de alimentación. El pin 3 está conectado a CT, que determina la velocidad de conmutación del circuito. El pin 5 es el terminal inversor del comparador. El voltaje de la terminal no inversora es de 1.25 V del regulador de voltaje interno. Al terminal inversor, colocamos una red de resistencias compuesta por dos resistencias. Estos deciden la ganancia del comparador de amplificador operacional. De esta manera, creamos un convertidor Buck que ahora reduce nuestra entrada de 12 V CC a 5 V CC.

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Aplicaciones

Hay muchas aplicaciones en nuestra vida diaria, que solo requieren entradas de bajo voltaje. También necesitan un 5V regulado por seguridad. Por ejemplo, cargadores de batería, módulos Wi-Fi, módulos Arduino, etc. El circuito anterior satisface las necesidades de entrada de todas las aplicaciones mencionadas anteriormente y muchas más.

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