Kā darbojas Buck pārveidotāji

Zemāk esošajā rakstā ir sniegta visaptveroša informācija par to, kā darbojas pārveidotāji.

Kā norāda nosaukums, buck pārveidotājs ir paredzēts, lai pretotos vai ierobežotu ieejas strāvu, izraisot izeju, kas var būt daudz zemāka par piegādāto ieeju.

Citiem vārdiem sakot, to var uzskatīt par pazeminātu pārveidotāju, ko varētu izmantot aprēķināto spriegumu vai strāvu iegūšanai, kas ir zemāki par ieejas spriegumu.

Uzzināsim vairāk par spraudņu pārveidotāji elektroniskajās shēmās izmantojot šādu diskusiju:

Buka pārveidotājs

Parasti jūs varat atrast sprādzes pārveidotāju, kas tiek izmantots SMPS un MPPT ķēdēs, kur īpaši nepieciešams, lai izejas spriegums būtu ievērojami jāsamazina nekā ieejas avota jauda, ​​neietekmējot un nemainot jaudas izeju, tas ir, V x I vērtību.

Barošanas avota barošanas avots var būt no maiņstrāvas kontaktligzdas vai no līdzstrāvas barošanas avota.

Sprādzes pārveidotājs tiek izmantots tikai tiem lietojumiem, kur elektriskā izolācija var nebūt kritiski nepieciešama ieejas strāvas avotam un slodzei, tomēr lietojumprogrammām, kur ieeja var būt tīkla līmenī, parasti caur izolācijas transformatoru tiek izmantota flyback topoloģija.

Galvenā ierīce, ko izmanto kā komutācijas aģentu buck pārveidotājā, var būt mosfet vai jaudas BJT (piemēram, 2N3055) formā, kas ir konfigurēta ātrai pārslēgšanai vai svārstībām, izmantojot integrētu oscilatora pakāpi ar tā pamatne vai vārti.

Otrais svarīgais elements pārveidotāja pārveidotājā ir induktors L, kas akumulē tranzistora elektrību tā ieslēgšanās periodos un atbrīvo to izslēgšanas periodos, saglabājot nepārtrauktu slodzes padevi norādītajā līmenī.

Šo posmu sauc arī par 'Spararats' posms, jo tā funkcija atgādina mehānisko spararatu, kas spēj uzturēt nepārtrauktu un vienmērīgu rotāciju ar regulāru spiedienu palīdzību no ārēja avota.

Ievada maiņstrāvu vai līdzstrāvu?

Buka pārveidotājs būtībā ir līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja ķēde, kas paredzēta, lai iegūtu barošanu no līdzstrāvas avota, kas var būt akumulators vai saules panelis. Tas varētu būt arī no maiņstrāvas līdz līdzstrāvas adaptera izejas, kas panākts, izmantojot tilta taisngriezi un filtra kondensatoru.

Neatkarīgi no tā, kāds var būt ieejas līdz avots līdz pārveidotāja pārveidotājam, tas vienmēr tiek pārveidots augstā frekvencē, izmantojot smalcinātāja oscilatora shēmu kopā ar PWM posmu.

Pēc tam šī frekvence tiek ievadīta komutācijas ierīcē vajadzīgajām buck pārveidotāja darbībām.

Buka pārveidotāja darbība

Kā minēts iepriekšminētajā sadaļā par to, kā darbojas sprieguma pārveidotājs, un, kā redzams nākamajā diagrammā, sprieguma pārveidotāja ķēde ietver komutācijas tranzistoru un saistīto spararata ķēdi, kurā ietilpst diods D1, induktors L1 un kondensators C1.

Periodos, kad tranzistors ir ieslēgts, jauda vispirms iet caur tranzistoru, pēc tam caur induktoru L1 un visbeidzot - slodzei. Šajā procesā induktors tā raksturīgo īpašību dēļ mēģina pretoties pēkšņai strāvas ievadīšanai, uzkrājot tajā enerģiju.

Šī L1 pretestība kavē strāvu no pielietotās ieejas, lai sasniegtu slodzi un sasniegtu maksimālo vērtību sākotnējiem komutācijas momentiem.

Tomēr pa to laiku tranzistors nonāk izslēgšanas fāzē, pārtraucot induktora ievadi.

Kad barošana ir izslēgta, L1 atkal saskaras ar pēkšņām strāvas izmaiņām, un, lai kompensētu izmaiņas, tas izskalo uzkrāto enerģiju visā savienotajā slodzē

Transistora ieslēgšanas periods

Atsaucoties uz iepriekšējo attēlu, kamēr tranzistors atrodas ieslēgšanas fāzē, tas ļauj strāvai sasniegt slodzi, bet ieslēgšanas sākotnējos brīžos strāva ir stipri ierobežota, jo induktori ir pretrunā pēkšņai caur to.

Tomēr procesā induktors reaģē un kompensē izturēšanos, tajā saglabājot strāvu, un gaitā daļai barošanas ir atļauts sasniegt slodzi, kā arī kondensatoram C1, kas tajā uzglabā arī atļauto barības daļu .

Jāņem vērā arī tas, ka, lai arī iepriekš minētie gadījumi notiek, D1 katodam ir pilns pozitīvs potenciāls, kas to neitralizē, padarot L1 uzkrāto enerģiju ar slodzi caur atgriešanās ceļu pāri kravai. Šī situācija ļauj induktoram turpināt tajā uzglabāt enerģiju bez noplūdēm.

Transistora izslēgšanas periods

Atsaucoties uz iepriekš minēto skaitli, kad tranzistors atgriež pārslēgšanas darbību, tas ir, tiklīdz tas ir izslēgts, L1 atkal tiek ievadīts ar pēkšņu strāvas tukšumu, uz kuru tas reaģē, atbrīvojot uzkrāto enerģiju pret slodzi līdzvērtīgas potenciālās starpības formā.

Tā kā T1 ir izslēgts, D1 katods tiek atbrīvots no pozitīvā potenciāla un tas ir iespējots ar nosacījumu, ka tiek virzīts uz priekšu.

Sakarā ar D1 uz priekšu novirzītā stāvokļa dēļ atbrīvotajai L1 enerģijai vai aizmugurējai EMF, kuru spārdījis L1, ir atļauts pabeigt ciklu caur slodzi, D1 un atpakaļ uz L1.

Kamēr process tiek pabeigts, slodzes patēriņa dēļ L1 enerģija piedzīvo eksponenciālu kritumu. C1 tagad nāk palīgā un palīdz vai palīdz L1 EMF, pievienojot slodzei savu saglabāto strāvu, tādējādi nodrošinot pietiekami stabilu momentāno spriegumu slodzei ... līdz tranzistors atkal ieslēdzas, lai atsvaidzinātu ciklu atpakaļ.

Visa procedūra ļauj izpildīt vēlamo sprieguma pārveidotāja lietojumu, kur slodzei ir atļauta tikai aprēķināta barošanas sprieguma un strāvas daļa, nevis relatīvi lielāks pīķa spriegums no ieejas avota.

To var uzskatīt par mazāku viļņu viļņu formu, nevis milzīgo kvadrātveida viļņu daudzumu no ievades avota.

Iepriekšējā sadaļā mēs uzzinājām, kā tieši darbojas pārveidotāji, nākamajā diskusijā mēs iedziļināsimies un uzzināsim attiecīgo formulu, kā noteikt dažādus parametrus, kas saistīti ar buck pārveidotājiem.

Formula Buka sprieguma aprēķināšanai Buka pārveidotāja ķēdē

No iepriekš minētā lēmuma mēs varam secināt, ka maksimālā uzkrātā strāva L1 iekšienē ir atkarīga no tranzistora ON laika, vai L1 aizmugurējo EMF var izmērīt, atbilstoši izmērot L ieslēgšanas un izslēgšanas laiku, tas arī nozīmē, ka izeja spriegumu sprieguma pārveidotājā var iepriekš noteikt, aprēķinot T1 ON laiku.

Formulu, kā izteikt sprieguma pārveidotāja izvadi, var redzēt zemāk dotajā sakarībā:

V (out) = {V (in) x t (ON)} / T

kur V (in) ir avota spriegums, t (ON) ir tranzistora ON laiks,

un T ir PWM “periodiskais laiks” vai viena pilna cikla periods, tas ir, laiks, kas vajadzīgs, lai pabeigtu vienu pilnu ieslēgšanas laiku + vienu pilnu izslēgšanas laiku.

Atrisināts piemērs:

Mēģināsim saprast iepriekš minēto formulu ar atrisinātu piemēru:

Pieņemsim situāciju, kad sprieguma pārveidotāju darbina ar V (in) = 24V

T = 2 ms + 2 ms (ieslēgšanas laiks + izslēgšanas laiks)

t (ON) = 1 ms

Aizstājot tos ar iepriekš minēto formulu, mēs iegūstam:

V (izeja) = 24 x 0,001 / 0,004 = 6 V

Tāpēc V (out) = 6V

Tagad palielināsim tranzistora laiku, padarot t (ON) = 1,5 ms

Tāpēc V (izeja) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9 V

No iepriekš minētajiem piemēriem kļūst diezgan skaidrs, ka sprieguma pārveidotājā tranzistora pārslēgšanās laiks t (ON) regulē izejas spriegumu vai nepieciešamo Buck spriegumu, tādējādi jebkuru vērtību starp 0 un V (in) varētu sasniegt, vienkārši atbilstoši izmērot Ieslēdzošā tranzistora laiks.

Buka pārveidotājs negatīvām izejvielām

Buka pārveidotāja ķēde, kuru mēs līdz šim apspriedām, ir paredzēta, lai piemērotos pozitīvām piegādes lietojumprogrammām, jo ​​izeja spēj radīt pozitīvu potenciālu, atsaucoties uz ieejas zemi.

Tomēr lietojumprogrammām, kurām var būt nepieciešama negatīva piegāde, dizainu varētu nedaudz pārveidot un padarīt saderīgu ar šādām lietojumprogrammām.

Iepriekš redzamais attēls parāda, ka, vienkārši nomainot induktora un diodes pozīcijas, izejas sprieguma pārveidotāju var apgriezt vai padarīt negatīvu attiecībā pret pieejamo kopējās zemes ieeju.