Utilizaremos el circuito integrado MC34063, este circuito integrado resuelve muy sencillamente los bloques básicos de una fuente DC DC a un bajo costo
Algunas características de este monolítico:
- Tensión de alimentación de un rango entre 3 y 40V
- Una corriente en reposo muy baja
- Limitador de corriente hasta 1.5A
- Frecuencia de opreación hasta 100kHz
En este caso trabajaremos con transistor switching externo para obtener un booster de corriente y lograr así mayor corriente de salida.
Cuando el transistor se encuentra abierto, la corriente fluye hacia la carga atravesando el inductor y el diodo y cargando el capacitor de salida.
Luego cuando cerramos el transistor, la corriente atraviesa la bobina y el transistor, mientras que el diodo impide el paso de la tensión almacenada en el capacitor hacia atrás.
- La bobina se carga de forma electromagnética acumulando energía que sera liberada una vez que se abra nuevamente el transistor.
- En el momento que el transistor se abre, la energía almacenada en la bobina mas la almacenada en el capacitor, se suman generando una tensión mayor en la salida.
- Este efecto de sumar estas tensiones da como resultado la elevación de tensión, y ahí es cuando nace nuestra fuente elevadora de tensión boost o step up.
El nivel de tensión de salida que obtengamos sera función de la frecuencia y ciclo de trabajo de nuestro PWM, variando este, podremos variar la tensión de salida.
Matemática:
Debemos calcular el ciclo de trabajo, para ello tenemos la siguiente formula donde ingresaremos la tensión de entrada, el rendimiento mínimo necesario de nuestra fuente y la tensión de salida
La variación de la corriente en la bobina, este es importante para saber cuando se satura el núcleo, este valor sera necesario para elegir nuestro núcleo. para ello ingresaremos la corriente máxima de salida del circuito multiplicando el cociente entre la tensión de salida y de entrada.
La inductancia sera la que nos dirá la cantidad de espiras, forma y tamaño de la bobina tendremos.
Para ello debemos calcular la tensión de entrada por la diferencia entre la tensión de entrada y salida, dividiendo el producto entre la variación de corriente de la bobina, la frecuencia de trabaja y la tensión de salida.
El capacitor que debemos utilizar para mantener el factor de rizado o ripple lo menor posible, donde tendremos que realizar el cociente entre el producto de la corriente máxima de salida y el ciclo de trabajo, sobre la frecuencia de trabajo y la variación de ripple.
El circuito:
Basaremos nuestro circuito en el datasheet, para ello construiremos el circuito de aplicación con transistor NPN externo, recordemos que queremos realizar una fuente Step Up con una
corriente de salida mayor a la que nos provee el circuito integrado.
Montemos todos los componentes en el protoboard y encendamos nuestro circuito, podemos utilizar el potenciometro de re-alimentación para variar la tensión de salida, también podríamos dejarla fija.
Por ultimo vamos a medir el rendimiento de nuestro circuito para ello calcularemos la potencia de salida sobre la potencia de entrada y obtendremos un rendimiento.
Podemos ver que nuestra fuente tiene un rendimiento del orden del 75%, no esta nada mal! pero podríamos bajarlo aun mas cambiando la bobina!