DIY Buck Converter:zelfstudie Buck Converter

Als u vaak traditionele lineaire uitgangsstroomvoeding gebruikt, zult u het ermee eens zijn dat het niet zo efficiënt is. In dit geval is een buck-converter een betere optie voor uitgangsvermogen, omdat deze de ingangsspanning effectief verlaagt. Maar is er meer aan een doe-het-zelf-buck-converter?

Ja, er is meer aan het apparaat. Ten eerste heeft het ten minste twee halfgeleiders. En de halfgeleiders werken als een diode en weerstand. Maar u kunt de diode vervangen door een tweede transistor, wat handig is voor gelijktijdige rectificatie.

Ten tweede is de buck-converter zeer bedreven in het uitvoeren van taken zoals het veranderen van de voedingsspanning van een computer naar lagere spanningen die apparaten zoals de CPU, USB en DRAM nodig hebben.

Dat gezegd hebbende, leer je meer over de buck-converter in dit artikel. In wezen zullen we benadrukken wat het is, hoe het werkt en hoe je er een kunt maken.

Laten we er alvast aan beginnen!

Wat is een buck-converter?

Eerder hebben we het kort gehad over de buck-converter. Maar we zullen hier uitgebreid over het onderwerp praten. Dat gezegd hebbende, een buck-converter lijkt meer op een DC-naar-DC- of step-down-stroomomvormer. Bovendien is de primaire functie ervan om de spanning van de voeding (ingang) naar de belasting (uitgang) te verminderen.

Aangezien het apparaat, zoals we al zeiden, minstens twee halfgeleiders heeft, behoort het tot een klasse van SMPS (geschakelde voeding).

Geschakelde voeding

Afgezien van de twee halfgeleiders die het apparaat heeft, wordt het ook geleverd met ten minste één energieopslagelement.

Het energieopslagelement in kwestie is meestal een inductor, condensator of combinatie. Dus als u van plan bent de spanningsrimpels van vermogenstransistoren te verminderen, is het van cruciaal belang ervoor te zorgen dat de buck-converter filters heeft die zijn gemaakt van eenvoudige gemiddelde condensatoren (of soms in combinatie met inductoren) die zijn toegevoegd aan het filter aan de aanbodzijde en aan de belastingszijde.

Het is dus geen verrassing dat buck-converters uitstekend werk leveren door energie-efficiëntie te bieden als DC-naar-DC-converters in vergelijking met lineaire voedingen. Bovendien is het vermeldenswaard dat dit apparaat meer dan 90% zeer efficiënt is, wat de effectiviteit verhoogt voor taken zoals het vervangen van een zonnelader of de bulkvoedingsspanning van een computer.

Hoe werkt een buck-converter?

Als het gaat om bucking-converters, is het van cruciaal belang op te merken dat de circuitwerking van het apparaat afhankelijk is van de geleidingsstatus van de MOSFET. Met andere woorden, de buck-converter werkt op basis van zijn status (uit of aan).

De stroom in het circuit is dus nul - als het apparaat in een uit-stand staat of als de schakelaar open is. Maar als de schakelaar gesloten is of in een aan-status staat, zal de stroom toenemen. Ook zal de inductor een tegengestelde spanning creëren over zijn terminals - als reactie op de verandering in stroom.

Als gevolg hiervan zal het ingangsspanningsbereik dalen, wat de spanning van de bron tegenwerkt en de netto spanning over de belasting verlaagt.

Na verloop van tijd zullen de spanning over de inductor en de veranderingssnelheid van de stroom afnemen. Daarom zal de spanning bij de belasting toenemen. Terwijl dit gebeurt, zal de inductor energie opslaan. Dus als de schakelaar opengaat terwijl de stroom nog steeds verandert, zal de inductor een spanningsval ervaren. Ook zal de spanningsbron van het ingangsfilter hoger zijn dan de spanning bij de belasting.

Als de schakelaar weer in de uit-stand gaat, zal de spanningsbron het circuit verlaten

Wat een afname van de stroom veroorzaakt. Wanneer dit gebeurt, zal er een verminderde spanning over de inductor zijn als gevolg van de afnemende stroom. Dan wordt de spoel een stroombron.

Dat gezegd hebbende, werkt het buck-convertercircuit in twee verschillende modi:continu en discontinu. De continue modus vindt plaats wanneer de waarde van de stroom die door de inductor gaat tijdens de commutatiecyclus nooit tot nul daalt.

Dientengevolge, wanneer de schakelaar sluit, is de buck-chipspanning over de inductor V_L =V_i – V_o . En zolang de spanningsval bijna constant is, zal de stroom door de spoel lineair stijgen.

Wanneer de schakelaar wordt geopend, zal de diode ook naar voren worden voorgespannen. Dus de stroom zal afnemen en de spanning over de inductor zal V_L . zijn =-V_o . dan is de energie die de inductor L opslaat:

E =½ LI ² _L

Verder neemt de energie in de inductor af tijdens de uit-toestand en neemt toe in de aan-toestand. Bovendien is de spoel L handig voor het geleiden van energie van de ingang naar de uitgang van de omzetter. De discontinue modus daarentegen vindt plaats wanneer de belasting zeer weinig energie vereist.

De stroom die door de inductor gaat, zal dus tot nul dalen. Wanneer dit gebeurt, zal de uitgangscondensator in elke cyclus ontladen, wat hogere schakelverliezen veroorzaakt.

Hoe maak je een eenvoudige buck-converter?

Voordat u een eenvoudige buck-converter maakt, is het van cruciaal belang om naar een schakelschema te verwijzen. Dus je kunt die hier gebruiken.

Lijst met benodigde dingen

Schottky-diode

Schottky Diode Sectie

Potentiometer

Potentiometer

12V ingangsbatterij

12v Loodaccu

Enkel paneel

Weerstand (10k,100ohm)

10K-weerstand

Arduino UNO

Arduino UDO-bord

IRF540N

Motor (belasting)

Condensator (100uf)

100uf condensatoren

Spoel (100Uh)

Kleine 100uh inductoren

Je kunt de buck-converter maken in de volgende stappen:

1. Begin met het verbinden van de eindklemmen van de potentiometer met de 5v stroomrailpin. U moet ook uw aardingspin van Arduino UNO aansluiten, terwijl de wisserterminal naar de analoge elektronica-pin A1 gaat.
2. Verbind PWM-pin 6 van Arduino met de onderkant van MOSFET.
3. Sluit de positieve pool van de batterij aan op de afvoer van de MOSFET. En herhaal hetzelfde voor de negatieve naar p-terminal van de Schottky-diode.
4. Sluit de motor van de p-terminal van de schottky-diode in serie met de inductor aan op de source-terminal van de MOSFET.
5. Verbind de schottky's diode n-terminal met de source-terminal van MOSFET.
6. Bevestig de 47uf condensator over de motor.
7. Ten slotte kun je de aardingspin van Arduino verbinden met de bronterminal van MOSFET.

Het doel van het gebruik van de MOSFET is om de ingangsspanning met een hoge frequentie te veranderen. Ook biedt het minder warmteafvoer bij een hoge stroomsterkte. Bovendien speelt de inductor de rol van bescherming van de MOSFET tegen hoogspanningspieken (wat typerend is voor dit elektronische project).

De Arduino is handig voor de hoge schakelsnelheid van de MOSFET. En de functie van de Schottky-diode is om de lus voor de stroomstroom te helpen voltooien. Dus als er geen Schottky-diode is wanneer u de MOSFET uitschakelt, zal de inductor zijn energie aan de motor afgeven. Dan heeft het weinig of geen effect op de belasting vanwege de onvolledige lus.

De potentiometer is een ander essentieel onderdeel dat analoge waarde biedt aan de Arduino op basis van de PWM-spanning die de gate-terminal van MOSFET ontvangt van de PWM-pin 6 van Arduino. Met deze waarde is er controle over de uitgangsspanning over de belasting.

Toepassingen van The Buck Converter

De buck-converter is best handig voor een aantal veelvoorkomende toepassingen zoals:

Batterijladers

Batterij Zonnelader

Het is normaal dat de meeste mensen willen dat hun draagbare batterij of smartphone snel wordt opgeladen zonder de apparaten te verwarmen. De buck-converter is dus het antwoord en bevindt zich meestal aan de binnenkant van het mobiele apparaat, aangezien de oplaadpoort een micro-USB-poort is.

Power Audio-versterkers

Vermogensregeling en audioversterkers

De eindtrap van een krachtige audioversterker is een buck-converter. En een goed voorbeeld van dit apparaat dat de buck-converter gebruikt, zijn de klasse D-versterkers.

Quadcopters

Dji Phantom Quadcopter

Meercellige lithiumbatterijen voeden Quadcopters. En de pakketconfiguratie is meestal twee tot zes cellen in serie. Bovendien produceren de batterijpakketten een spanningsbereik van ongeveer 6V -25V. Een buck-converter helpt dus om de batterijspanning te verlagen tot ongeveer 5V of 3,3V voor gebruik door de vluchtcontroller van het apparaat.

U vindt de buck-converter op de lay-out van de stroomverdelingsprint die de batterijvoeding of de elektronische snelheidsregelaars aanstuurt.

Kortom

De doe-het-zelf buck-converter is het ideale project om op te springen als u op zoek bent naar een DC-DC-converter die efficiënt een hoogspanning in een lage spanning verandert. Bovendien is het apparaat handig voor consumentenelektronica die de doorzakkende spanning van de batterij onder belasting moeten stabiliseren.

Wat vind je van buck-converters? Ben je van plan om het project te proberen? Of heb je vragen? Neem gerust contact met ons op.