Wyjaśniony tutaj praktyczny obwód konwertera buck używa tylko 3 tranzystorów i jest niezwykle łatwy do zbudowania. Mimo że obwód jest prosty, ma wysoką sprawność.

Obwód może być używany do zasilania diod LED 3,3 V z wyższych źródeł zasilania, takich jak wejścia zasilania 12 V lub 9 V.

Konstrukcję konwertera buck można również łatwo zmodernizować, aby obsługiwać wyższe obciążenia znamionowe zamiast diody LED.

Zawartość

Podstawowe działanie topologii konwertera Buck

Odnosząc się do poniższego rysunku, spróbujmy zrozumieć jak działa konwerter 'buck' lub 'step-down' . W przypadku obwodu konwertera buck wyższe napięcie wejściowe może zostać przekształcone w niższe napięcie wyjściowe. Poniżej opisano jego podstawowy tryb działania.

Zaraz po naciśnięciu przełącznika S na cewce indukcyjnej L pojawia się dodatnie napięcie. Dzieje się tak, ponieważ Uin jest wyższe niż Uout. Cewka początkowo próbuje oprzeć się chwilowemu przepływowi prądu. W rezultacie prąd w cewce wzrasta liniowo, a energia zaczyna gromadzić się w cewce.

Następnie, gdy tylko przełącznik S zostanie otwarty, zgromadzony prąd przepływa przez cewkę do kondensatora wyjściowego przez diodę D.

Ponieważ napięcie UL na cewce jest teraz ujemne, prąd płynący przez cewkę zmniejsza się liniowo. Wyjście otrzymuje energię, która została wychwycona i zmagazynowana w cewce. Teraz, jeśli przełącznik S zostanie ponownie zamknięty, procedura rozpocznie się od nowa i będzie się powtarzać, gdy przełącznik jest włączany/wyłączany.

Tryby działania

Napięcie pojawiające się na wyjściu jest określane przez sposób działania przełącznika S. Zgodnie z poniższym rysunkiem istnieją trzy podstawowe rodzaje przepływu prądu.

Załóżmy, że przełącznik S jest zamknięty w punkcie, w którym prąd płynący wewnątrz cewki nie osiągnął zera, przepływ prądu będzie zawsze odczuwany przez cewkę. Nazywa się to „trybem ciągłym” (CM).
Jeśli prąd jest w stanie osiągnąć zero przez część cyklu, jak pokazano na rysunku 2(b), wówczas obwód działa w „trybie nieciągłym” (DM).
Kiedy przełącznik jest zamykany dokładnie wtedy, gdy prąd cewki osiągnął zero, nazywamy tę operację graniczną CM/DM.

Oznacza to, że w konwerterze buck zarówno napięcie wyjściowe, jak i moc można zmieniać, regulując okresy włączenia przełącznika. Nazywa się to również stosunkiem znaku do przestrzeni.

Tyle teorii; teraz przeanalizujmy prosty obwód w świecie rzeczywistym.

“rodzaje baterii i ich zastosowania ”

Wykonanie praktycznego projektu konwertera Buck

Poniższy rysunek przedstawia prosty praktyczny obwód konwertera buck wykorzystujący tylko 3 tranzystory i kilka innych elementów pasywnych.

Działa w następujący sposób:

Przełącznik S w tym obwodzie jest reprezentowany przez tranzystor T1. Pozostałe elementy konwertera step-down to dioda D1 i cewka L1.

Jak tylko obwód jest zasilany, R3 dostarcza prąd bazowy do T2 (ponieważ specyfikacja napięcia przewodzenia D2 jest większa niż 0,7 V), a T2 jest włączony.

W przypadku przewodzenia T2 T1 uzyskuje podstawowe odchylenie i zaczyna również przewodzić. W tej sytuacji w punkcie P następuje wzrost napięcia, co powoduje, że T2 przewodzi jeszcze mocniej.

Teraz, gdy napięcie w punkcie P osiągnie 9 V, prąd płynący przez L1 zaczyna rosnąć. Napięcie na cewce i jej indukcyjność wpływają na szybkość wzrostu prądu wewnątrz cewki.

Wraz ze wzrostem prądu w cewce napięcie na R1 maleje. Gdy tylko ten potencjał osiągnie 0,7 V (około 70 mA), powoduje włączenie T3. To szybko usuwa prąd podstawowy T1.

Ponieważ prąd w L1 nie może już wzrastać, napięcie w punkcie P zaczyna spadać. W rezultacie T2 zostaje wyłączony, a następnie T1.

Prąd płynący przez L1 płynie teraz przez D1, aż spadnie do zera. Powoduje to ponowne zwiększenie napięcia na T2 i ponowne powtórzenie procesu.

“dwubiegunowy przełącznik jednokierunkowy ”

Tranzystory działają jak tyrystor z dodatnim sprzężeniem zwrotnym, co powoduje drgania. T3 zapewnia, że T1 jest odcięty przy określonym z góry prądzie i że obwód działa w trybie limitu CM/DM.

Modernizacja obwodu pod kątem większych obciążeń

Zamiast świecić diodą LED, można wykorzystać ten obwód do obsługi wyższego obciążenia znamionowego. Ale przy wyższym obciążeniu konwerter buck nie oscyluje.

Wynika to z obciążenia uniemożliwiającego R3 włączenie T2 przy starcie.

Tego problemu można uniknąć, umieszczając kondensator (0,1uF) między punktem P a podstawą T2.

Kolejnym sprytnym posunięciem byłoby wygładzenie napięcia poprzez podłączenie kondensatora elektrolitycznego 10 F na wyjściu.

Przetwornica buck działa jako źródło prądu zamiast źródła napięcia i jest nieregulowana. Jednak w przypadku większości prostych aplikacji będzie to więcej niż wystarczające.

Jak zbudować

Krok #1: Weź płytę ogólnego przeznaczenia o wymiarach 20 mm na 20 mm.
Spep#2: Wyczyść miedzianą stronę papierem ściernym.
Krok #3: Weź rezystory i diody i zagnij ich przewody pozostawiając 1 mm odległość między ich korpusem a przewodami.
Krok 4: Włóż rezystory do płytki drukowanej i przylutuj je. Odetnij nadmiarowe długości ołowiu.
Krok 5: Włóż tranzystory zgodnie z tą samą pozycją układu, jak wskazano na schemacie. Przylutuj ich przewody i przytnij przedłużone przewody.
Krok #6: Teraz włóż cewkę indukcyjną, przylutuj ją i przytnij przewody.
Krok #7: Na koniec włóż kondensator i diodę LED, przylutuj przewody. Odetnij nadmiar prowadzi

Po wykonaniu powyższego montażu ostrożnie połącz przewody różnych elementów, odnosząc się do schematu ideowego. Zrób to za pomocą kawałków przyciętych przewodów ołowianych, uprzednio odciętych.

Jeśli nie możesz podłączyć przewodów bezpośrednio od strony miedzi, możesz użyć przewodu połączeniowego od strony komponentów PCB.

Jak testować

Pozostaw diodę LED odłączoną na początku.
Doprowadzić do obwodu 9 V DC.
Zmierz napięcie w punktach, w których ma być podłączona dioda LED.
Musi wynosić około 3 V do 4 V.
To potwierdzi, że poprawnie zbudowałeś konwerter buck i działa on poprawnie.
Możesz wyłączyć zasilanie i podłączyć diodę LED z powrotem do jej pozycji.
Teraz ponownie włącz DC, dioda LED świeci jasno z wejścia 9 V DC z maksymalną wydajnością.