Fuente DC-DC con MC34063 para LEDs

Fuente DC-DC con MC34063 para LEDs

El objetivo es diseñar una fuente con este integrado que la verdad es muy usado en fuentes simples, según la hoja de datos es capaz de entregar hasta 1.5A lo cual es mucho para este integrado tan simple.

Haré la fuente para encender una lámpara LED que usare para una luminaria, son 8 led de 1W cada uno, son estos de aca.

Seguro que ya lo conoces, he visto estos LED en las luces auxiliares que usan los carros (esas que prohiben usar). Si, se que van a decir que esto necesita disipadores y un montón de cosas, pero no viene al caso ahora, ahora solo haremos el dieno.

El PCB para incorporar este integrado suele ser de aluminio, ya que de esta forma el mismo PCB funciona como disipador, debido a que estos calientan mucho.

Los LED funcionan a 3V y 300mA, así que esa será la referencia, como irán colocados en serie tendremos 24V y 300 mA, con lo que el consumo de energía mínimo será de 7.2W.

Tipo de fuente a implementar con el MC34063

Con este integrado se pueden implementar tres tipos de fuentes:

  • fuente elevadora (step-up o Boost)

  • Fuente reductora (Step-down o Buck)

  • Fuente inversora (inverter)

Yo voy a implementar la fuente Boost o elevadora, ya que lo voy a usar para implementar en una iluminacion para vehiculos, y como ya saben ahi solo tenemos 12V. 

El circuito es sumamente sencillo y funciona gracias a las propiedades del inductor y el capacitor de almacenar energía. En la base el transistor se coloca un control de PWM que en este caso será el MC34063, ente integrado tiene un control de realimentación de voltaje el cual chequea la salida y en base a esto modifica el ciclo de trabajo para mantener el voltaje.

Especificaciones del diseño con el MC34063

Voy a colocar las limitaciones, debemos tener mínimo 24V a la salida y limitar la corriente hasta los 300mA. veamos todas las características requeridas.

Especificaciones de diseño

Vo = 24V

Io = 300mA

F(min) = 50KHz,

Vi =  9V a 12V

Vripple = 0.5%

Conociendo esto procederé a aplicar las ecuaciones presentadas en la hoja de datos del componente, el circuito será el siguiente:

primero debemos calcular la relación de conmutación, esto se hace para calcular el capacitor CT que nos dará la frecuencia que hemos elegido.

ton/toff = (Vout + VF – Vin[min])/(Vin[min] – Vsat)

ton/toff es la relación de conmutación, VF es el voltaje que se cae en el diodo y Vsat es el voltaje de saturación cuando el transistor está en conducción, (Vce)

ton/toff = 2.43

Cálculo de ciclos de trabajo:

Ttotal = 1/F = 20uS

toff = Ttotal/[(ton/toff)+1]

toff = 5.83uS

ton =Ttotal-toff

ton= 14.17uS

Cálculo del capacitor de conmutación, este es el capacitor que hace que se produzca esta frecuencia (50KHz) 

Ct = 40u * ton

Ct = 566.8 pF //este capacitor debe ser cerámico o de poliéster

Acá es donde viene lo bueno, calcular esa odiosa corriente de pico que hace que todo sea complicado, esta es la corriente que se produce debido a los cambios bruscos de estado, es producido por el inductor y es mucha mucha corriente.

Ipk(switch) = 2 Io [(ton/toff)+1]

Ipk(switch) =  2.1A

Ven que es mucha corriente, ahora con esta corriente ya podemos calcular el valor mínimo que debe tener el inductor.

L(min) = [(Vi(min) - Vsat)/Ipk(switch)]*ton

L(min) = 43.86 uH

como ven, esta corriente se calculó para un voltaje de entrada minimo, osea 9V, ahora hay que conocer la corriente máxima pico, y se hace con el voltaje máximo de entrada, osea 12V. 

Ipk(max) = [(Vi-Vsat)/L(min)]*ton

Ipk(max) = 3A

Osea existirán picos de 3A en una fuente que entregará 300mA, es algo injusto la verdad. Con esta corriente se calcula Rsc, esta es la resistencia que limita la corriente. 

Rsc = 0.33/Ipk(max)

Rsc = 0.11 ohm / 1W

bueno la verdad es una resistencia bien chiquita, casi que un cable. 

Cálculo del capacitor de salida

Co = [(9*Io)/Vr(p-p)]ton

como queremos un ripple del 0.5% esto significa que a la salida tendremos una fluctuación de voltaje de 24.12V y 23.44V, con lo que nuestro voltaje pico pico será de 0.24V

Co = 159.41uF

...y finalmente el valor de la resistencia de la retroalimentación que viene dada por:

Vo = 1.25((R2/R1) + 1)

Asumiendo R2 = 100K R1 nos da 5.2K.

Datasheet MC3063

Una vez hecho todos los cálculos se procede a montar en protoboard, en vista que no tengo ahora acceso a un buen inductor, busque cualquier inductor por ahí lo coloque y funcionó, no con la eficiencia que debía pero sí, colocando hasta 5V en la entrada en circuito fue capaz de encender los 4 LED, Recordemos que esto se calculó para 8 LED's en serie de 1W.

Adjunto imagenes de como quedo el montaje en protoboard, cualquier duda comenta. 




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