12V 至 5V 转换器电路 - 升压和降压转换器

12V 到 5V 转换器电路 - DC-DC 降压转换

我们总是没有现成的 5V 电池，有时我们需要更高电压和更低电压同时驱动同一电路的不同部分。为了解决这个问题，我们使用更高的电压，在我们的例子中是一个 12V 的电池作为主电源，然后降低这个电压以获得更低的电压，比如在需要的地方为 5V。为了实现这一点，降压转换器电路被用于许多电子产品和应用中，以降低电压以匹配负载的要求。

首先，让我介绍一下转换器。广义上讲，有三种类型的转换器，第一种是降压转换器，它从较高的电源电压降压。第二，升压转换器，它从较低的电源电压升压。此外，还有另一种转换器，它是以某种形式将两者结合起来，比较流行的是Buck-Boost转换器，它首先降低电压，然后升压到所需的值。我将尝试详细解释上述每个转换器，以便对即将推出的电路的理解更有意义。

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什么是降压转换器？

A 降压转换器（也称为降压转换器）是 DC-DC 转换器 ，它降低了从输入到输出的电压。降压转换器使用半导体开关器件实现其输出，这些器件通常是按特定顺序排列的二极管和晶体管，每个器件在特定时间切换以最终提供所需的输出。降压转换器的效率很高，有时甚至高达 90%。

基本的降压转换器电路由开关晶体管和飞轮电路组成。当晶体管处于导通状态时，电流通过电感流过负载。电感器阻止电流方向的变化，同时在过程中存储能量。与负载并联的二极管现在无法工作，因为它处于反向偏置状态。

电路中流动的电流也会给电容充电。现在，当晶体管关闭时，由于反电动势，充电的电容器和电感器会在负载上施加电压。现在电路中没有电压源。存储在电感器中的能量至少在开关打开的部分时间内是足够的。如果开关保持 ON 和 OFF 的时间发生变化，它反过来会在 0V 和 Vin 之间改变输出直流电压。

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下图展示了一个简单的Buck转换器操作。

什么是升压转换器？

类似于降压转换器，升压转换器（也称为升压转换器） 也是一类开关电源转换器。但是升压转换器的操作与降压转换器的操作完全相反。 Buck 转换器将电压从较高的电源值降压到所需的值，而 Boost 转换器将电压从较低的电源值升高。

升压转换器的基本原理由两种不同的状态组成。在第一状态中，接通状态是当开关接通时连接到源侧的电感器被充电。然后，当开关关闭时，提供给电感器电流流过的唯一路径是反激二极管、电容器和负载。这导致在导通状态下积累的能量转移到电容器中。如果开关的循环非常快，那么电感器将不会在充电状态之间完全放电。因此，当开关关闭时，负载两端的电压将始终大于输入源的电压。

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下图展示了一个简单的Boost转换器操作。

降压-升压转换器

Buck-Boost 转换器是 DC-DC 转换器的一种。它的输出电压幅度大于或小于其输入电压幅度。

反相升降压转换器有一个非常基本的原理。在 ON 状态时，其操作类似于升压转换器的操作，其中电感器存储能量。在此期间向负载提供能量的电容器将跨接负载。在关断状态下，电感与输出负载和电容相连，因此存储在电感中的能量给电容和负载。电容器在这段时间内被充电。

下图简单展示了Buck-Boost转换器的工作原理。

现在，有很多方法可以实现我们所需的降压转换器，但我们使用该领域最流行的开关稳压器，即 IC MC34063。另一种流行的方法是使用根据固定模式切换的 MOSFET 电路。

需要的组件

MC34063开关稳压IC
1N5819肖特基二极管
2k 电阻器
6.2k 电阻器
26 欧姆电阻器
62 uH 电感，1.5A
100uF、25V 和 359uF、25V 电容器
428pF 陶瓷圆盘电容器
12V 电源装置，额定电流为 1.5A
连接线

IC MC34063

MC34063 是一款单片控制电路，具有构建 DC-DC 转换器所需的所有功能。它由多种功能组成，分别是比较器、振荡器、大电流输出开关和有源峰值电流限制。 MC34063 提供 DIP、SOIC 和 SON 封装。每个都有八个引脚。其中的表格如下。

MC34063 引脚布局
引脚号	引脚名称	说明
1	开关采集器	大电流内部开关集电极输入
2	开关发射器	大电流内部开关发射极输入
3	定时电容	将时间电容器连接到可变开关频率
4	接地（GND）	接地（GND）
5	比较器反相输入	连接电阻分压器网络以建立反馈回路
6	电压（Vcc）	逻辑电源电压
7	Ipk	限流感应输入
8	驱动收集器	达林顿对驱动晶体管集电极输入

IC MC34063 的一些特性 如下：

温度补偿参考
限流电路
具有有源大电流驱动器输出开关的可控占空比振荡器
接受 3.0V 至 40.0V 直流电压
可在 100KHz 开关频率下运行，容差为 2%
非常低的待机电流
可调输出电压

此外，这款 IC 可广泛使用，并且比该细分市场中的其他 IC 更具成本效益。这就是为什么我们要在我们的电路中使用这个 IC。

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MC34063的引脚排列 如下所示。

有许多与MC34063相关的应用，其中一些是人机界面（HMI）、便携式设备、测量和测试、气体和血液分析仪、计算、电信、电缆解决方案等

1N5819

1N5819是金属硅功率二极管，也称为肖特基整流器，应用肖特基势垒原理。主要用作高频低压逆变器中的整流器、极性保护二极管、续流二极管。它也被称为表面势垒二极管、热电子二极管或热载流子二极管。它与使用铂或铝等金属代替 P 型半导体的普通 PN 结二极管略有不同。在肖特基二极管中，半导体和金属结合在一起，形成金属-半导体结，其中半导体侧充当阴极，金属侧充当阳极。当金属和半导体之间形成金属-半导体结时，它们会产生耗尽层，也称为肖特基势垒。

肖特基具有低存储电荷，并表现出更低的功率损耗和更高效率的机械特性。它的制造方式使得所有外表面都具有抗腐蚀能力，并且端子易于焊接，其中电流仅在一个方向上流动，而它阻止电流在另一个方向上流动。该二极管中发生的功率下降低于 PN 结二极管。当电压施加在二极管端子上时，电流开始流动，从而导致端子上的电压降很小。较低的电压降导致更高的效率和更高的开关速度。

上图为肖特基二极管的电气符号。

12V - 5V 电路图

上面的电路图显示了电路以及我们所需操作的所有计算值。

12V转5V电路的工作

正确连接电路图中给出的电路。首先为这个芯片供电，我们将 +V 连接到引脚 6，引脚 4 接地。同时，我们连接了一个电容 CIN 来过滤来自电源的多余噪声。引脚 3 连接到 CT，CT 决定了电路的开关速度。引脚 5 是比较器的反相端。同相端的电压是来自内部稳压器的 1.25 V。在反相端，我们放置一个由两个电阻组成的电阻网络。这些决定了运算放大器比较器的增益。通过这种方式，我们制作了一个降压转换器，现在将我们的 12V DC 输入降压到 5V DC。

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应用程序

我们日常生活中有很多应用，只需要低压输入。他们还需要一个经过调节的 5V 以确保安全。例如，电池充电器、Wi-Fi 模块、Arduino 模块等。上述电路可满足上述所有及更多应用的输入需求。