Paano Gumagana ang Mga Buck Converter

Ipinapakita ng artikulo sa ibaba ang isang komprehensibong alam kung paano tungkol sa kung paano gumagana ang mga buck converter.

Tulad ng iminungkahi ng pangalan, ang isang buck converter ay idinisenyo upang salungatin o paghigpitan ang isang kasalukuyang pag-input na nagiging sanhi ng isang output na maaaring mas mababa kaysa sa ibinigay na input.

Sa madaling salita maaari itong maituring na isang step down converter na maaaring magamit para sa pagkuha ng kinakalkula na voltages o alon na mas mababa kaysa sa input boltahe.

Alamin pa ang tungkol sa pagtatrabaho ng buck converter sa mga elektronikong circuit sa pamamagitan ng sumusunod na talakayan:

Ang Buck Converter

Karaniwan maaari kang makahanap ng isang buck converter na ginagamit sa SMPS at MPPT circuit na partikular na nangangailangan ng boltahe ng output na mabawasan nang malaki kaysa sa lakas ng mapagkukunan ng pag-input, nang hindi nakakaapekto o binabago ang output ng kuryente, iyon ang halaga ng V x I.

Ang mapagkukunan ng supply sa isang buck converter ay maaaring mula sa isang AC outlet o mula sa isang DC power supply.

Ang isang buck converter ay ginagamit lamang para sa mga application na kung saan ang isang koryenteng paghihiwalay ay maaaring hindi kritikal na kinakailangan sa buong mapagkukunan ng pag-input at pagkarga, gayunpaman para sa mga application kung saan ang pag-input ay maaaring nasa mga antas ng mains kung gayon ang isang flyback topology ay karaniwang ginagamit sa pamamagitan ng isang nakahiwalay na transpormer.

Ang pangunahing aparato na ginagamit bilang switching agent sa isang buck converter ay maaaring nasa anyo ng isang mosfet o isang power BJT (tulad ng isang 2N3055), na naka-configure upang lumipat o mag-oscillate sa isang mabilis na rate sa pamamagitan ng isang integrated oscillator yugto na may ang base o gate nito.

Ang pangalawang mahalagang elemento sa isang buck converter ay ang inductor L, na nag-iimbak ng kuryente mula sa transistor sa panahon ng ON na panahon at inilalabas ito sa panahon ng mga OFF na pinapanatili ang isang tuloy-tuloy na supply sa pagkarga sa tinukoy na antas.

Ang yugtong ito ay tinukoy din bilang 'Flywheel' yugto dahil ang pag-andar nito ay kahawig ng isang mekanikal na flywheel na kung saan ay maaaring panatilihin ang isang tuloy-tuloy at matatag na pag-ikot sa tulong ng regular na pagtulak mula sa isang panlabas na mapagkukunan.

Input AC o DC?

Ang isang buck converter ay karaniwang isang DC to DC converter circuit na idinisenyo upang makakuha ng isang supply mula sa isang mapagkukunan ng DC, na maaaring isang baterya o isang solar panel. Maaari rin itong mula sa isang AC hanggang DC na output ng adapter na nakamit sa pamamagitan ng isang tulay na tagatama at isang filter na kapasitor.

Hindi mahalaga kung ano ang maaaring maging mapagkukunan ng input DC sa buck converter, palaging ito ay nai-convert sa isang mataas na dalas gamit ang isang chopper oscillator circuit kasama ang isang yugto ng PWM.

Ang dalas na ito pagkatapos ay pinakain sa switching device para sa kinakailangang mga pagkilos na buck converter.

Pagpapatakbo ng Buck Converter

Tulad ng tinalakay sa seksyon sa itaas tungkol sa kung paano gumagana ang isang buck converter, at tulad ng makikita sa sumusunod na diagram, ang buck converter circuit ay may kasamang switching transistor at isang kaugnay na Flywheel circuit na may kasamang diode D1, ang inductor L1 at ang capacitor C1.

Sa mga panahon kung kailan ang transistor ay ON, ang kapangyarihan ay dumadaan muna sa transistor at pagkatapos ay sa pamamagitan ng inductor L1 at sa wakas sa karga. Sa proseso, ang inductor dahil sa taglay nitong pag-aari ay sumusubok na salungatin ang biglaang pagpapakilala ng kasalukuyang sa pamamagitan ng pag-iimbak ng enerhiya dito.

Ang oposisyon na ito ng L1 ay nagbabawal sa kasalukuyang mula sa inilapat na input upang maabot ang pagkarga at maabot ang rurok na halaga para sa paunang paglipat ng mga instant.

Gayunpaman sa pansamantala ang transistor ay pumapasok sa switch OFF phase nito, pinuputol ang input supply sa inductor.

Sa supply na nakabukas OFF L1 muli ay nahaharap sa isang biglaang pagbabago sa kasalukuyang, at upang mabayaran ang pagbabago pinalabas nito ang nakaimbak na enerhiya sa kabuuan ng konektadong pagkarga.

Transistor Switch ‘on’ Period

Sumangguni sa nasa itaas na pigura, habang ang transistor ay nasa switch on phase, pinapayagan nitong maabot ang kasalukuyang pag-load, ngunit sa panahon ng paunang mga instant ng switch ON ang kasalukuyang mahigpit na pinaghihigpitan dahil sa mga inductors na pagsalungat sa biglaang aplikasyon ng kasalukuyang sa pamamagitan nito.

Gayunpaman sa proseso ang inductor ay tumutugon at nagbabayad ng pag-uugali sa pamamagitan ng pag-iimbak ng kasalukuyang loob nito, at sa kurso ilang bahagi ang supply ay pinapayagan na maabot ang karga at din sa capacitor C1, na nag-iimbak din ng pinapayagan na bahagi ng supply dito. .

Dapat ding isaalang-alang na habang nangyayari ang nasa itaas, ang D1 cathode ay nakakaranas ng isang buong positibong potensyal na pinapanatili itong baligtarin, na ginagawang imposible para sa nakaimbak na enerhiya ng L1 na makakuha ng isang pabalik na landas sa kabuuan ng pagkarga sa pamamagitan ng pagkarga. Pinapayagan ng sitwasyong ito ang inductor na panatilihin ang pag-iimbak ng enerhiya dito nang walang anumang mga pagtulo.

Panahon na 'off' ng Transistor

Tumutukoy ngayon sa nasa itaas na pigura, kapag binago ng transistor ang pagkilos ng paglipat nito, iyon ay agad na naka-OFF, ang L1 ay muling ipinakilala sa isang biglaang walang bisa ng kasalukuyang, kung saan ito ay tumutugon sa pamamagitan ng pagpapalabas ng nakaimbak na enerhiya patungo sa pagkarga sa ang anyo ng isang katumbas na potensyal na pagkakaiba.

Ngayon, dahil ang T1 ay naka-OFF, ang cathode ng D1 ay hinalinhan mula sa positibong potensyal at pinapagana ito ng isang pasadyang kondisyon na batay.

Dahil sa pasulong na kundisyon ng D1, ang pinakawalan na L1 na enerhiya o ang likod na EMF na sinipa ng L1 ay pinapayagan upang makumpleto ang pag-ikot sa pamamagitan ng pagkarga, D1 at bumalik sa L1.

Habang ang proseso ay nakumpleto ang L1 enerhiya dumaan sa isang exponential drop dahil sa pagkonsumo ng load. Ang C1 ay dumating upang iligtas at tulungan o tulungan ang L1 EMF sa pamamagitan ng pagdaragdag ng sarili nitong nakaimbak na kasalukuyang sa pagkarga, sa gayon tinitiyak ang isang makatwirang matatag na instant na boltahe sa pagkarga ... hanggang sa muling lumipat ang transistor upang i-refresh ang pagbalik ng siklo.

Binibigyang-daan ng buong pamamaraan ang pagpapatupad ng nais na application ng converter ng buck kung saan isang kinakalkula lamang na bahagi ng boltahe ng supply at kasalukuyang pinapayagan para sa pag-load, sa halip na medyo mas malaking boltahe ng rurok mula sa mapagkukunan ng pag-input.

Maaari itong makita sa anyo ng isang mas maliit na form ng alon ng alon sa halip na ang malaking mga square square mula sa mapagkukunan ng pag-input.

Sa seksyon sa itaas natutunan namin nang eksakto kung paano gumagana ang mga buck converter, sa sumusunod na talakayan malalaman natin ang malalim at matutunan ang nauugnay na pormula ng pagtukoy ng iba't ibang mga parameter na nauugnay sa mga converter ng baka.

Formula para sa Pagkalkula ng Boltahe ng Buck sa isang Buck Converter Circuit

Mula sa napagpasyahan sa itaas maaari nating tapusin na ang maximum na kasalukuyang nakaimbak sa loob ng L1 ay nakasalalay sa ON oras ng transistor, o ang likod na EMF ng L1 ay maaaring ma-dimensyon sa pamamagitan ng naaangkop na pag-dimensyon ng ON, at OFF na oras ng L, nagpapahiwatig din ito na ang output ang boltahe sa isang buck converter ay maaaring paunang matukoy sa pamamagitan ng pagkalkula ng ON oras ng T1.

Ang pormula para sa pagpapahayag ng output ng buck converter ay maaaring masaksihan sa ibinigay na ugnayan sa ibaba:

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

kung saan ang V (in) ay ang pinagmulan ng boltahe, ang t (ON) ay ang ON oras ng transistor,

at ang T ay ang 'pana-panahong oras' o ang panahon ng isang buong pag-ikot ng PWM, iyon ang oras na ginugol para sa pagkumpleto ng isang buong ON oras + isang buong OFF na oras.

Nalutas ang Halimbawa:

Subukan nating maunawaan ang pormula sa itaas na may isang malulutas na halimbawa:

Ipagpalagay natin ang isang sitwasyon kung saan ang isang buck converter ay pinatatakbo sa V (in) = 24V

T = 2ms + 2ms (ON ON + OFF OFF)

t (ON) = 1ms

Ang pagpapalit ng mga ito sa pormula sa itaas na nakukuha namin:

V (out) = 24 x 0.001 / 0.004 = 6V

Samakatuwid V (out) = 6V

Ngayon taasan natin ang oras ng transistor sa pamamagitan ng paggawa ng t (ON) = 1.5ms

Samakatuwid, V (out) = 24 x 0.0015 / 0.004 = 9V

Mula sa mga halimbawa sa itaas, naging malinaw na sa isang buck converter switching time t (ON) ng transistor na namamahala sa output voltage o kinakailangang boltahe ng Buck, sa gayon ang anumang halaga sa pagitan ng 0 at V (in) ay maaaring makamit sa pamamagitan lamang ng naaangkop na pag-dimension ng SA oras ng paglipat ng transistor.

Buck Converter para sa Mga Negatibong Supply

Ang circuit ng buck converter na tinalakay namin sa ngayon ay dinisenyo upang umangkop sa mga positibong application ng supply, dahil ang output ay nakapaglikha ng positibong potensyal na may sanggunian sa input ground.

Gayunpaman para sa mga application na maaaring mangailangan ng isang negatibong supply, ang disenyo ay maaaring bahagyang mabago at gawing katugma sa mga naturang application.

Ipinapakita ng pigura sa itaas na sa pamamagitan lamang ng pagpapalit ng mga posisyon ng inductor at diode, ang output mula sa buck converter ay maaaring baligtarin o gawing negatibo patungkol sa magagamit na karaniwang input ng lupa.