Το πρακτικό κύκλωμα μετατροπέα buck που εξηγείται εδώ χρησιμοποιεί μόνο 3 τρανζίστορ και είναι εξαιρετικά εύκολο να κατασκευαστεί. Αν και το κύκλωμα είναι απλό, έχει υψηλή απόδοση.

Το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση LED 3,3 V από υψηλότερες τροφοδοσίες εισόδου, όπως από εισόδους τροφοδοσίας 12 V ή 9 V.

Η σχεδίαση του μετατροπέα buck μπορεί επίσης να αναβαθμιστεί εύκολα για να λειτουργεί υψηλότερα ονομαστικά φορτία αντί για LED.

Περιεχόμενα

Βασική εργασία μιας τοπολογίας μετατροπέα Buck

Αναφερόμενοι στο παρακάτω σχήμα, ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πώς λειτουργεί ένας μετατροπέας 'buck' ή 'step-down'. . Με ένα κύκλωμα μετατροπέα buck, μια υψηλότερη τάση εισόδου μπορεί να μετατραπεί σε χαμηλότερη τάση εξόδου. Ο βασικός τρόπος λειτουργίας του περιγράφεται ως εξής.

Μόλις πατηθεί ο διακόπτης S, αναπτύσσεται θετική τάση στο επαγωγέα L. Αυτό συμβαίνει επειδή το Uin είναι υψηλότερο από το Uout. Το πηνίο προσπαθεί αρχικά να αντισταθεί στη στιγμιαία ροή ρεύματος. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα στο πηνίο αυξάνεται γραμμικά και η ενέργεια αρχίζει να αποθηκεύεται στο πηνίο.

Στη συνέχεια, μόλις ανοίξει ο διακόπτης S, το αποθηκευμένο ρεύμα ρέει μέσω του πηνίου στον πυκνωτή εξόδου μέσω της διόδου D.

Δεδομένου ότι η τάση UL στο πηνίο είναι πλέον αρνητική, το ρεύμα μέσω του πηνίου μειώνεται γραμμικά. Η έξοδος λαμβάνει την ενέργεια που δεσμεύτηκε και αποθηκεύτηκε στο πηνίο. Τώρα, εάν ο διακόπτης S κλείσει ξανά, η διαδικασία ξεκινά εκ νέου και συνεχίζει να επαναλαμβάνεται καθώς ο διακόπτης λειτουργεί ON/OFF.

Τρόποι Λειτουργίας

Η τάση που εμφανίζεται στην έξοδο καθορίζεται από τον τρόπο λειτουργίας του διακόπτη S. Σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα, υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι ροής ρεύματος.

Ας υποθέσουμε ότι ο διακόπτης S είναι κλειστός σε ένα σημείο όπου το ρεύμα που ρέει μέσα στο πηνίο δεν έχει φτάσει στο μηδέν, μια ροή ρεύματος θα υπάρχει πάντα μέσω του πηνίου. Αυτό αναφέρεται ως 'συνεχής λειτουργία' (CM).
Εάν το ρεύμα μπορεί να φτάσει στο μηδέν για μέρος του κύκλου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2(β), τότε το κύκλωμα λειτουργεί σε «ασυνεχή λειτουργία» (DM).
Όταν ο διακόπτης κλείνει ακριβώς όταν το ρεύμα του πηνίου έχει φτάσει στο μηδέν, ονομάζουμε αυτή τη λειτουργία ορίου CM/DM.

Αυτό σημαίνει ότι σε έναν μετατροπέα buck τόσο η τάση εξόδου όσο και η ισχύς μπορούν να αλλάξουν ρυθμίζοντας τις περιόδους 'on' του διακόπτη. Αυτό ονομάζεται επίσης αναλογία σημείου-χώρου.

Αυτό είναι αρκετό θεωρία? τώρα ας εξετάσουμε ένα απλό κύκλωμα πραγματικού κόσμου.

Κάνοντας ένα πρακτικό σχέδιο μετατροπέα Buck

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα απλό πρακτικό κύκλωμα μετατροπέα buck που χρησιμοποιεί μόνο 3 τρανζίστορ και μερικά άλλα παθητικά στοιχεία.

Λειτουργεί με τον εξής τρόπο:

Ο διακόπτης S σε αυτό το κύκλωμα αντιπροσωπεύεται από το τρανζίστορ T1. Τα άλλα εξαρτήματα του μετατροπέα υποβάθμισης είναι η δίοδος D1 και το πηνίο L1.

Μόλις τροφοδοτηθεί το κύκλωμα, το R3 παρέχει ένα ρεύμα βάσης στο T2 (επειδή η προδιαγραφή τάσης προς τα εμπρός του D2 είναι μεγαλύτερη από 0,7 V) και το T2 είναι ενεργοποιημένο.

Με την αγωγή T2, το T1 αποκτά μια βασική προκατάληψη και αρχίζει επίσης να αγώγει. Σε αυτήν την περίπτωση, το σημείο P υφίσταται μια αύξηση της τάσης, η οποία αναγκάζει το T2 να άγει ακόμα πιο σκληρά.

Τώρα καθώς η τάση του σημείου P φτάνει τα 9 V, το ρεύμα μέσω του L1 αρχίζει να αυξάνεται. Η τάση στο πηνίο και η αυτεπαγωγή του επηρεάζουν και το πόσο γρήγορα αυξάνεται το ρεύμα μέσα σε αυτό.

Καθώς το ρεύμα κατά μήκος του πηνίου αυξάνεται, η τάση στο R1 μειώνεται. Μόλις αυτό το δυναμικό φτάσει στα 0,7 V (περίπου 70 mA) προκαλεί την ενεργοποίηση του T3. Αυτό αφαιρεί γρήγορα το ρεύμα βάσης του T1.

Δεδομένου ότι το ρεύμα στο L1 δεν μπορεί πλέον να αυξηθεί, η τάση στο σημείο P αρχίζει να μειώνεται. Το T2 ως αποτέλεσμα απενεργοποιείται, ακολουθούμενο από το T1.

Το ρεύμα μέσω του L1 ταξιδεύει τώρα μέσω του D1 μέχρι να πέσει στο μηδέν. Αυτό προκαλεί την αύξηση της τάσης στο T2 ξανά και η διαδικασία επαναλαμβάνεται εκ νέου.

Τα τρανζίστορ λειτουργούν ως θυρίστορ με θετική ανάδραση, με αποτέλεσμα μια ταλάντωση. Το T3 διασφαλίζει ότι το T1 είναι απενεργοποιημένο στο προκαθορισμένο ρεύμα και ότι το κύκλωμα λειτουργεί σε λειτουργία ορίου CM/DM.

Αναβάθμιση του κυκλώματος για υψηλότερα φορτία

Αντί να ανάβετε ένα LED, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε αυτό το κύκλωμα για να λειτουργήσετε υψηλότερο ονομαστικό φορτίο. Αλλά με μεγαλύτερο φορτίο θα βρείτε τον μετατροπέα buck να μην ταλαντώνεται.

Αυτό οφείλεται στο φορτίο που εμποδίζει το R3 να ενεργοποιήσει το T2 κατά την εκκίνηση.

Αυτό το ζήτημα μπορεί να αποφευχθεί τοποθετώντας έναν πυκνωτή (0,1uF) μεταξύ του σημείου P και της βάσης του T2.

Μια άλλη έξυπνη κίνηση θα ήταν η εξομάλυνση της τάσης συνδέοντας έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή 10 F στην έξοδο.

Ο μετατροπέας buck λειτουργεί ως πηγή ρεύματος αντί για πηγή τάσης και δεν ρυθμίζεται. Ωστόσο, για τις περισσότερες απλές εφαρμογές, αυτό θα είναι περισσότερο από αρκετό.

Πώς να χτίσετε

Βήμα # 1: Πάρτε λωρίδα γενικής χρήσης 20 mm επί 20 mm.
Spep#2: Καθαρίστε τη χάλκινη πλευρά με γυαλόχαρτο.
Βήμα #3: Πάρτε τις αντιστάσεις και τις διόδους και λυγίστε τα καλώδια τους αφήνοντας απόσταση 1 mm μεταξύ του σώματος τους και των καλωδίων.
Βήμα # 4: Τοποθετήστε τις αντιστάσεις στο PCB και συγκολλήστε τις. Κόψτε τα υπερβολικά μήκη μολύβδου.
Βήμα # 5: Τοποθετήστε τα τρανζίστορ σύμφωνα με την ίδια θέση διάταξης όπως υποδεικνύεται στο σχηματικό. Συγκολλήστε τα καλώδια τους και κόψτε τα εκτεταμένα καλώδια.
Βήμα #6: Τώρα, τοποθετήστε το πηνίο, συγκολλήστε το και κόψτε τα καλώδιά του.
Βήμα # 7: Τέλος, τοποθετήστε τον πυκνωτή και το LED, κολλήστε τα καλώδια. Κόψτε τα πλεονάζοντα καλώδια

Μόλις γίνει η παραπάνω συναρμολόγηση, συνδέστε προσεκτικά τα καλώδια των διαφόρων εξαρτημάτων ανατρέχοντας στο σχηματικό διάγραμμα. Κάνετε αυτό χρησιμοποιώντας τα κομμάτια των κομμένων καλωδίων μολύβδου, που έχουν προηγουμένως κοπεί.

“μόνιμος μαγνήτης γεννήτρια χωρίς ενέργεια ”

Εάν δεν μπορείτε να συνδέσετε τα καλώδια απευθείας από τη χάλκινη πλευρά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το καλώδιο βραχυκυκλωτήρα από την πλευρά του εξαρτήματος του PCB.

Τρόπος δοκιμής

Κρατήστε το LED αποσυνδεδεμένο στην αρχή.
Εφαρμόστε 9 V DC στο κύκλωμα.
Μετρήστε την τάση στα σημεία στα οποία υποτίθεται ότι είναι συνδεδεμένο το LED.
Πρέπει να είναι περίπου 3 V έως 4 V.
Αυτό θα επιβεβαιώσει ότι έχετε δημιουργήσει σωστά τον μετατροπέα buck και ότι λειτουργεί σωστά.
Μπορείτε να απενεργοποιήσετε την τροφοδοσία και να συνδέσετε το LED στη θέση του.
Τώρα ενεργοποιήστε ξανά το DC, θα βρείτε το LED να ανάβει έντονα από την είσοδο 9 V DC με μέγιστη απόδοση.