MC34063による昇圧(定電圧/定電流)コンバータ

前回ブーストコンバータの数式を導出いたしました。なんでLTSpiceで設計していきます。先に言っておきます、超適当かつ即興で作ったので動くかどうか分かりません。
あ、TL494のときもそうですが、MC34063のLTSpiceモデルはネットに転がっているので適当に導入してください。

5Vから12Vへの昇圧を行い、最大負荷電流は500mAとします。tonは20μSとします。Lは適当に50μHと仮定します。
電流連続モードと仮定しデューティ比Dを求めます。

${V_o=\frac{V_i}{1-D}\to D=1-\frac{V_i}{V_o}}$

${D=1-\frac{5}{12}=0.583}$

続いて500[mA]のとき動作モードの確認をします。

${I_z=\frac{I_o}{1-D}-\frac{V_o-V_i}{2L}\cdot\frac{1-D}{D}t_{on}=\frac{0.5}{1-0.583}-\frac{12-5}{2\times 50\times 10^{-6}}\cdot\frac{1-0.583}{0.583}\times 20\times 10^{-6}=0.198[A]}$

${I_z=0.198\geqq0}$

Izが正値なので出力電流が500mAのとき電流連続モードとなります。
つまりコイルに流れるピーク電流は

${I_{L(peak)}=\frac{I_o}{1-D}+\frac{V_o-V_i}{2L}\cdot \frac{1-D}{D}t_{on}=\frac{0.5}{1-0.583}+\frac{12-5}{2\times 50\times 10^{-6}}\cdot \frac{1-0.583}{0.583}\times 20\times 10^{-6}=2.2[A]}$

ただしMC34063が不安定なので倍を取って

${I_{L(peak)}=2\times 2.2=4.4[A]}$

としましょうか〜。
なのでインダクタLは4.4A以上流せるものを用意しましょう。

https://akizukidenshi.com/goodsaffix/mc34063a.pdf

出力電圧に対するフィードバック抵抗R2,R3の決定ですが、Vthが1.25Vなので非反転増幅回路の式を用いて

${V_o=1.25\times (1+\frac{R_3}{R_2})}$

として適当に

${V_o=1.25\times (1+\frac{R_3}{R_2})=1.25\times (1+\frac{22}{2.2})=13.8[V]}$

家にある部品で作ろうとしたので、目標より2V近い誤差が出ましたがまぁいいか〜。

https://akizukidenshi.com/goodsaffix/mc34063a.pdf

Ct(C3)はこのグラフを参考に求めます。

昇圧した出力電圧をMC34063のゲートドライバ(DRCとSWCの先のトランジスタ)に流し込んでMOSFETをしっかり12V付近で駆動してあげる工夫ですね。
昇圧前の5VだとMOSFETがしっかり駆動できるか怪しいことが多いですね。
D3は出力電圧が上がるまでの起動時にゲートを駆動してあげるために電力を供給する補助的なダイオードです。ショットーキーバリアダイオードのように順方向電圧が低いもののほうがいいかもしれません。
このブートストラップ回路はあくまでシミュレーション上での動作に確認が取れただけで、実際うまく行くかは分かりません。
昇圧後の出力電圧が20Vを上回るような場合、MOSFETのゲートソース間最大電圧を超えてぶっ壊す可能性があるのでオススメしません(出力電圧がVgs(max)を超えないこと、製品によってはVgs(max)が20Vを下回ったり上回ります)。
その場合ブートストラップをやめるか、レギュレータになるような回路を入れてDRCとSWCに電圧制限をかけてください。
MC34063のdcdcコンバータでこの工夫をされてる方を見ませんでしたが、最近のdcdcコンバータでたまに見る(かも？？)

L1が放電して負荷に電力を供給する際、L1からの放電電流が電源に直接流れ込んで、ノイズを撒き散らすことになります。そうならなうよう、C6,C7,C1(MC34063のパスコンも兼ねて)経由で放電電流を短絡して、電源側に流れ込まないようにしてノイズを減らします。もし電流検知用Isns抵抗を取り付ける際は、コンデンサが電源側につくようにしてください。