Šeit aprakstītā praktiskā buck pārveidotāja shēma izmanto tikai 3 tranzistorus, un to ir ļoti viegli uzbūvēt. Lai gan ķēde ir vienkārša, tai ir augsta efektivitāte.
Ķēdi var izmantot, lai darbinātu 3,3 V gaismas diodes no augstākas ieejas barošanas avotiem, piemēram, no 12 V vai 9 V barošanas ieejām.
Buck pārveidotāja konstrukciju var arī viegli uzlabot, lai LED vietā darbotos ar lielāku nominālo slodzi.
Saturs
Buck pārveidotāja topoloģijas pamatdarbība
Atsaucoties uz zemāk redzamo attēlu, mēģināsim saprast kā darbojas “maksas” vai “pazemināšanas” pārveidotājs . Izmantojot Buck pārveidotāja ķēdi, lielāku ieejas spriegumu var pārveidot par zemāku izejas spriegumu. Tās darbības pamatrežīms ir aprakstīts šādi.
Tiklīdz tiek nospiests slēdzis S, pāri induktors L veidojas pozitīvs spriegums. Tas ir tāpēc, ka Uin ir augstāks par Uout. Spole sākotnēji mēģina pretoties momentānai strāvas plūsmai. Rezultātā strāva spolē palielinās lineāri, un enerģija sāk uzkrāties spolē.
Pēc tam, tiklīdz tiek atvērts slēdzis S, saglabātā strāva caur spoli ieplūst izejas kondensatorā caur diodi D.
Tā kā spriegums UL spolē tagad ir negatīvs, strāva caur spoli samazinās lineāri. Izvade saņem enerģiju, kas tika uztverta un uzglabāta spolē. Tagad, ja slēdzis S atkal tiek aizvērts, procedūra sākas no jauna un turpinās, kamēr slēdzis tiek darbināts IESLĒGTS/IZSLĒGTS.
Darbības režīmi
Spriegumu, kas parādās izejā, nosaka tas, kā tiek darbināts slēdzis S. Saskaņā ar zemāk redzamo attēlu ir trīs galvenie strāvas plūsmas veidi.
- Pieņemsim, ka slēdzis S ir aizvērts vietā, kur spolē plūstošā strāva nav sasniegusi nulli, caur spoli vienmēr tiks novērota strāvas plūsma. To sauc par 'nepārtraukto režīmu' (CM).
- Ja strāva daļā cikla var sasniegt nulli, kā parādīts 2. b) attēlā, ķēde darbojas “pārtrauktā režīmā” (DM).
- Kad slēdzis tiek aizvērts tieši tad, kad spoles strāva ir sasniegusi nulli, mēs to saucam par CM/DM limita darbību.
Tas nozīmē, ka buck pārveidotājā gan izejas spriegumu, gan jaudu var mainīt, regulējot slēdža 'ieslēgts' periodus. To sauc arī par atzīmes un atstarpes attiecību.
Ar to teoriju pietiek; tagad apskatīsim vienkāršu reālās pasaules shēmu.
Praktiska Buck Converter dizaina izveide
Nākamajā attēlā parādīta vienkārša praktiska pārveidotāja ķēde, kurā ir tikai 3 tranzistori un daži citi pasīvie elementi.
Tas darbojas šādā veidā:
Slēdžu S šajā ķēdē attēlo tranzistors T1. Pārējās pazeminošā pārveidotāja sastāvdaļas ir diode D1 un spole L1.
Tiklīdz ķēde tiek iedarbināta, R3 piegādā bāzes strāvu T2 (jo D2 tiešā sprieguma specifikācija ir lielāka par 0,7 V) un T2 tiek ieslēgts.
Ja T2 vada, T1 iegūst bāzes novirzi, un tas arī sāk vadīt. Šajā situācijā punktā P palielinās spriegums, kas liek T2 vadīt vēl vairāk.
Tagad, kad punkta P spriegums sasniedz 9 V, strāva caur L1 sāk palielināties. Spriegums pāri spolei un tā induktivitāte ietekmē to, cik ātri palielinās strāva tajā.
Palielinoties strāvai spolē, spriegums pāri R1 samazinās. Tiklīdz šis potenciāls sasniedz 0,7 V (apmēram 70 mA), T3 tiek ieslēgts. Tas ātri noņem T1 bāzes strāvu.
Tā kā strāva L1 vairs nevar palielināties, spriegums punktā P sāk samazināties. Rezultātā T2 tiek izslēgts, kam seko T1.
Strāva caur L1 tagad pārvietojas pa D1, līdz tā nokrītas līdz nullei. Tādējādi T2 spriegums atkal palielinās, un process atkārtojas no jauna.
Tranzistori darbojas kā tiristori ar pozitīvu atgriezenisko saiti, kā rezultātā rodas svārstības. T3 nodrošina, ka T1 ir izslēgts ar iepriekš noteiktu strāvu un ķēde darbojas CM/DM limita režīmā.
Ķēdes modernizācija lielākām slodzēm
Tā vietā, lai apgaismotu LED, varat izmantot šo ķēdi, lai darbinātu lielāku nominālo slodzi. Bet ar lielāku slodzi jūs atradīsiet, ka buck pārveidotājs nesvārstās.
Tas ir saistīts ar slodzi, kas neļauj R3 ieslēgt T2 startēšanas laikā.
Šo problēmu var novērst, novietojot kondensatoru (0,1 uF) starp punktu P un T2 pamatni.
Vēl viens gudrs solis būtu izlīdzināt spriegumu, pievienojot 10 F elektrolītisko kondensatoru pāri izejai.
Buck pārveidotājs darbojas kā strāvas avots, nevis sprieguma avots, un tas ir neregulēts. Tomēr lielākajai daļai vienkāršu lietojumu tas būs vairāk nekā pietiekami.
Kā veidot
- 1. darbība: ņemiet 20 x 20 mm vispārējas nozīmes sloksnes plāksni.
- 2. darbība: notīriet vara pusi ar smilšpapīru.
- 3. solis: paņemiet rezistorus un diodes un salieciet to vadus, atstājot 1 mm attālumu starp korpusu un vadiem.
- 4. solis: ievietojiet rezistorus PCB un pielodējiet tos. Nogrieziet liekos svina garumus.
- 5. darbība: ievietojiet tranzistorus tādā pašā izkārtojuma pozīcijā, kā norādīts shēmā. Lodējiet to vadus un sagrieziet pagarinātos vadus.
- 6. solis: Tagad ievietojiet induktors, pielodējiet to un sagrieziet tā vadus.
- 7. solis: Visbeidzot ievietojiet kondensatoru un LED, pielodējiet vadus. Nogrieziet liekos vadus
Kad iepriekš minētā montāža ir veikta, uzmanīgi savienojiet dažādu komponentu vadus, atsaucoties uz shematisko diagrammu. Dariet to, izmantojot iepriekš nogrieztos svina vadu gabalus.
Ja nevarat pievienot vadus tieši no vara puses, varat izmantot pārejas vadu no PCB komponentu puses.
Kā pārbaudīt
- Sākumā turiet LED atvienotu.
- Pievienojiet ķēdei 9 V DC.
- Izmēriet spriegumu punktos, kur paredzēts pievienot LED.
- Tam jābūt aptuveni 3 V līdz 4 V.
- Tas apstiprinās, ka esat pareizi izveidojis naudas pārveidotāju un tas darbojas pareizi.
- Jūs varat IZSLĒGT barošanu un atkal pievienot LED atpakaļ tā pozīcijā.
- Tagad atkal IESLĒDZIET līdzstrāvu, un gaismas diode tiks spilgti izgaismota no 9 V līdzstrāvas ieejas ar maksimālu efektivitāti.
Kā izmērīt efektivitāti
Lai izmērītu efektivitāti, varat savienot ampērmetru virknē ar 9 V līdzstrāvas pozitīvo līniju.
Tad jūs varat reizināt strāvas rādījumu ar spriegumu (9 V).
Rezultāts varētu būt par aptuveni 20% lielāks nekā LED vatu specifikācija.
Tas varētu pierādīt 80% efektivitāti buck pārveidotāja ķēdei un tāpat.
