السلام عليكم ورحمة الله، في هذه التدوينة الجديدة سنتعرف على المتكاملة MC34063، والتي نحتاجها عادة من أجل تصميم دوائر مبدلات الجهد المستمر (DC-to-DC converters)، حيث أنَّ لهذه المتكاملة العديد من الخصائص والمميزات التي تدفعنا إلى تجربتها واستخدامها في الدوائر التي نصممها.
ما هي المتكاملة MC34063؟
إنَّ MC34063 متعددة الاستخدامات، فهي متكاملة يُمكن أن تُستعمل كمحول خافض للجهد (buck converter) أو كمحول رافع للجهد (boost converter)، وهي تُستخدم في العديد من التطبيقات وبصفة شائعة من أجل تنظيم الجهد حيث نجدها على سبيل المثال لا الحصر في شواحن الهواتف الخاصة بالسيارات، وبالإضافة إلى كل هذا فهي متوفرة بالأسواق وبسعر رخيص.
تستطيع المتكاملة MC34063 العمل مع جهد دخل يتراوح بين 3 فولت و40 فولت، وبامكان تيار الخرج أن يصل إلى 1.5 أمبير، كما أن جهد الخرج قابل للتعديل حسب الحاجة (بين 1.25 فولت و40 فولت) وتبلغ Switching frequency الخاصة به 100 كيلوهيرتز.
يمكنك شراء هذه الدائرة المتكاملة من خلال هذا الرابط.
أطراف الدائرة المتكاملة MC34063
للمتكاملة MC34063 ثمانية أطراف كما هو موضح في الصورة التالية:
- الطرف 1: يُمثل هذا الطرف مجمع أحد الترانزستورين الداخليين لهذه الدائرة المتكاملة.
- الطرف 2: وهو يُمثل الباعث الخاص بالترانزستورين الداخليين للمتكاملة.
- الطرف 3: يتم توصيل مكثفة مع هذا الطرف من أجل ضبط سرعة فتح وإغلاق ترانزستور القطع.
- الطرف 4: يتم توصيله مع المأخذ الأرضي.
- الطرف 5: يُستعمل من أجل تحديد جهد الخرج.
- الطرف 6: نقوم بتوصيل هذا الطرف مع مصدر الجهد أو مصدر التغذية.
- الطرف 7: يُستعمل من أجل تحديد تيَّار الخرج.
- الطرف 8: يُمثل هذا الطرف مجمع الترانزستور الداخلي الآخر الخاص بهذه الدائرة المتكاملة.
تصميم دائرة رافع للجهد بواسطة MC34063
من أجل تصميم دائرة تغذية نبضية (Switch Mode Power Supply) خاصة برفع الجهد (Boost converter) بواسطة المتكاملة MC34063 نحتاج إلى بناء الدائرة التالية:
تُستخدم هذه المتكاملة من أجل تصميم دوائر التغذية النبضية كالدوائر الرافعة للجهد والدوائر الخافضة للجهد، نجد هذه المتكاملة عادة في شواحن الهواتف المحمولة المخصصة للإستعمال في السيارت. تحتاج MC34063 إلى عدد أدنى من العناصر الإلكترونية حتى تصبح جاهزة للعمل.
يمكننا حساب جهد الخرج باستعمال العلاقة التالية:
Vout = 1.25 * (1 + R2/R1)
بتطبيق هذه العملية الحسابية على الدائرة السابقة نجد أن جهد الخرج هو: 13.75 فولت.
يمكننا تغيير جهد الخرج (Vout) إلى أي جهد آخر نرغب به، فعلى سبيل المثال:
- إذا كنا نحتاج إلى 9 فولت، يجب أن تكون المقاومة R2 أكبر بـ6.2 مرَّة من المقاومة R1.
- إذا كنا نحتاج إلى 12 فولت، يجب أن تكون المقاومة R2 أكبر بـ8.6 مرَّة من المقاومة R1.
- إذا كنا نحتاج إلى 15 فولت، يجب أن تكون المقاومة R2 أكبر بـ11 مرَّة من المقاومة R1.
- إذا كنا نحتاج إلى 24فولت، يجب أن تكون المقاومة R2 أكبر بـ18.2 مرَّة من المقاومة R1.
شرحنا في الأسطر السابقة لهذه الفقرة كيفية إستخدام الدائرة المتكاملة MC34063 والحصول على جهد الخرج الذي نحتاجه دون الغوص في تفاصيل كثير، حيث أن الداتاشيت الخاص بهذا الـIC هناك العديد من العلاقات الحسابية التي نحتاج إلى فهمها حتى نستطيع إستخدام MC34063 بصورة أفضل.
سنقوم الآن وعبر الأسطر التالية لهذه الفقرة بشرح هذه العلاقات الحسابية واحدة بواحدة، حيث أن هذه العلاقات هي من ستحدد قيمة الملف الكهربائي، المقاومات والمكثفات التي سنستخدمها في هذه الدائرة.
Ton/Toff= (Vout + Vf - Vin (min))/ (Vin (min) - Vsat) = (15 + 0.4 - 4.5)/(4.5 - 0.45) = 2.7 µs
Vout هو جهد الخرج الذي نرغب به، لنقل مثلا أنه 10 فولت، مما يعني أننا نحتاج الآن إلى تحويل جهد الدخل (5 فولت) إلى 15 فولت.
Vf هو نسبة هبوط الجهد (voltage drop) بين طرفي الدايود المُستعمل، لا تهمنا هذه القيمة كثيرا لأنها عادة ما تكون صغيرة جدا بحيث لا تُؤثر على العملية الحسابية.
Vin (min) هو القيمة الأدنى لجهد الدخل، وستكون في هذا المثال 5 فولت.
Vsat يمثل جهد التشبع الخاص بالترانزستور الداخلي الخاص بالمتكاملة، حيث يُمكننا الحصول على هذه القيمة من الداتاشيت، حيث إذا نظرنا في الجدول الذي يُضح الخصائص الكهربائية (electrical characteristics) سنجد قيمتين لجهد التشبع (saturation voltage)، الأول خاص بدارلينجتون (darlington connection) وهو يُستخدم في الدوائر الخافضة للجهد وبما أننا نرغب في رفع الجهد فإن القيمة الثانية هي ما يهمنا وهي حسب الجدول تبلغ 0.45 فولت.
العلاقة التالية التي تهمنا هي:
Ton + Toff = 1/f = 1/100KHz = 10μs
سنقوم هنا باستعمال التردد الأقصى الذي تدعمه الدائرة المتكاملة MC34063، لأنها كلما كانت سرعة فتح وإغلاق الدائرة أكبر كلما تناقصت قيمة المحاثة الكهربائية التي نحتاجها.
من أجل حساب قيمة Toff:
Toff = (Ton + Toff) / ( (Ton/Toff) + 1) = 10μs/2.7μs +1= 4μs
أمَّا لحساب قيمة Ton:
Ton = (Ton + Toff) - Toff = 10μs - 4μs = 6μs
نحتاج الآن إلى حساب قيمة المكثف الذي سنقوم بتوصيله مع الطرف 3 للدائرة المتكاملة وهذا بواسطة العلاقة التالية:
Ct= 4 * 10^(-5) * Ton = 4 * 10^(-5) * 6μs = 240pF
ننتقل الآن إلى حساب قيمة التيّار الأقصى الذي سيعبر عبرالدايود والملف الكهربائي:
Ipk = 2 * Io(max) * (Ton/Toff + 1) = 2 * 0.1 * (3.3μs + 1) = 0.86A
نلاحظ من العلاقة السابقة أنَّ التَّيار الذي سيعبر عبر الملف والدايود تبلغ شدته 0.86 أمبير لذا وجب علينا أثناء تصميم هذه الدائرة إختيار دايود وملف يستطيعان تحمل 1 أمبير أو أكثر تفاديا لأي نتائج غير مرغوبة.
العلاقة الخاصة بحساب قيمة المقاومة المتحسسة للتيار الكهربائي:
Rsc = 0.3/Ipk = 0.3/0.86 = 0.3 ohms
العلاقة الخاصة بحساب القيمة الدنيا الخاصة بالملف الكهربائي:
Lmin= (Vin(min) - Vsat) / Ipk * Ton = (5V- 0.45V)/0.86A * 6μs = 31.7μH
كانت تلك جميع العلاقات والعمليات الحسابة التي نحتاج إلى إجرائها من أجل الحصول على قيم كل العناصر الكهربائية التي سنستخدمها بدقة.
نلاحظ أننا لا يمكننا الحصول على بعض العناصر الكهربائية بنفس القيم التي قمنا بحسابها، يُمكننا في هذه الحالة استخدام أقرب قيمة متوفرة.
إرسال تعليق