Kako delujejo pretvorniki Buck

Preizkusite Naš Instrument Za Odpravo Težav





V spodnjem članku je predstavljeno izčrpno znanje o tem, kako delujejo pretvorniki.

Kot že ime pove, je pretvornik namenjen nasprotovanju ali omejevanju vhodnega toka, ki povzroča izhod, ki je lahko precej nižji od priloženega vhoda.



Z drugimi besedami, to lahko štejemo za nižji pretvornik, ki bi ga lahko uporabili za pridobivanje izračunanih napetosti ali tokov, nižjih od vhodne napetosti.

Naučimo se več o delovanju pretvorniki v elektronskih vezjih skozi naslednjo razpravo:



delovne podrobnosti pretvornika dolarjev s preklopno frekvenčno valovno obliko

Pretvornik Buck

Običajno lahko najdete pretvornik dolarjev, ki se uporablja v vezjih SMPS in MPPT, ki posebej zahtevajo, da se izhodna napetost znatno zmanjša od moči vhodnega vira, ne da bi to vplivalo ali spremenilo izhodno moč, to je vrednost V x I.

Vir napajalnega pretvornika je lahko iz električne vtičnice ali iz enosmernega napajanja.

Buck pretvornik se uporablja samo za tiste aplikacije, pri katerih električna izolacija morda ni nujno potrebna za vhodni vir energije in obremenitev, za aplikacije, kjer je vhod na omrežju, pa se topologija povratnega toka običajno uporablja prek izolirnega transformatorja.

Glavna naprava, ki se uporablja kot preklopno sredstvo v pretvorniku dolarjev, je lahko v obliki MOSFET-a ali napajalnega BJT (kot je 2N3055), ki je konfiguriran za hitro preklapljanje ali nihanje skozi integrirano oscilator s stopnjo njegovo osnovo ali vrata.

Drugi pomemben element v pretvorniku je induktor L, ki shranjuje električno energijo iz tranzistorja med obdobji vklopa in jo sprošča v izklopljenih obdobjih, pri čemer neprekinjeno dovaja obremenitev na določeni ravni.

Ta stopnja se imenuje tudi 'Vztrajnik' stopnja, saj po svoji funkciji spominja na mehanski vztrajnik, ki lahko vzdržuje neprekinjeno in enakomerno vrtenje s pomočjo rednih potiskov iz zunanjega vira.

Vhod AC ali DC?

Buck pretvornik je v bistvu vezje pretvornika v enosmerni v enosmerni tok, ki je zasnovano za pridobivanje napajanja iz enosmernega vira, ki je lahko baterija ali sončna plošča. To je lahko tudi od izhoda za izmenični in enosmerni tok, ki ga dosežemo z mostnim usmernikom in filtrirnim kondenzatorjem.

Ne glede na to, kaj je lahko vir vhodnega enosmernega toka v pretvornik, se ta vedno pretvori v visoko frekvenco z uporabo verige oscilatorja sekljalnika in stopnjo PWM.

Ta frekvenca se nato dovede v stikalno napravo za potrebna dejanja pretvornika dolarjev.

Delovanje pretvornika Buck

Kot je razloženo v zgornjem poglavju o delovanju pretvornika, in kot je razvidno iz naslednjega diagrama, vezje pretvornika vključuje preklopni tranzistor in pripadajoče vezje vztrajnika, ki vključuje diodo D1, induktor L1 in kondenzator C1.

V obdobjih, ko je tranzistor vklopljen, prehaja moč najprej skozi tranzistor, nato skozi induktor L1 in na koncu do obremenitve. Pri tem se induktor zaradi svoje inherentne lastnosti poskuša zoperstaviti nenadnemu vnosu toka tako, da v njem shrani energijo.

To nasprotovanje L1 zavira tok iz uporabljenega vhoda, da doseže obremenitev in doseže najvišjo vrednost za začetne preklopne trenutke.

Toda medtem tranzistor vstopi v fazo izklopa in prekine vhodni dovod induktorja.

Z izklopljenim napajanjem se L1 spet sooči z nenadno spremembo toka in za kompenzacijo spremembe izprazni shranjeno energijo preko priključene obremenitve

ko izklopi dovod induktor skozi nenadno spremembo toka

Obdobje vklopa tranzistorskega stikala

Sklicujoč se na zgornjo sliko, medtem ko je tranzistor v fazi vklopa, omogoča, da tok doseže obremenitev, toda med začetnimi trenutki vklopa je tok močno omejen zaradi nasprotovanja induktorjev nenadni uporabi tok skozi to.

Vendar se v tem primeru induktor odzove in kompenzira vedenje tako, da v njem shrani tok, tekom nekega dela pa lahko dovod doseže obremenitev in tudi do kondenzatorja C1, ki v njem shrani tudi dovoljeni del dovoda .

Upoštevati je treba tudi, da medtem ko se zgoraj omenjeno zgodi, katoda D1 doživi poln pozitiven potencial, zaradi česar je vzvratno pristranska, zaradi česar shranjena energija L1 ne more dobiti povratne poti čez breme prek bremena. Ta situacija omogoča induktorju, da še naprej shranjuje energijo vanj brez puščanja.

induktor shranjuje električno energijo brez puščanja

Tranzistorsko obdobje izklopa

Zdaj, ko se sklicujemo na zgornjo sliko, ko tranzistor preklopi preklopno delovanje, to je takoj, ko se izklopi, se L1 spet predstavi z nenadno praznino toka, na katerega se odzove s sproščanjem shranjene energije proti obremenitvi v obliki enakovredne potencialne razlike.

Ker je T1 izklopljen, je katoda D1 razbremenjena pozitivnega potenciala in omogočena s pogojem naprej.

Zaradi prednapetega stanja D1 lahko sproščena energija L1 ali zadnji EMF, ki ga sproži L1, zaključi cikel skozi obremenitev, D1 in nazaj na L1.

Medtem ko se postopek zaključuje, gre energija L1 skozi porabo obremenitve skozi eksponentni padec. C1 zdaj priskoči na pomoč in pomaga ali pomaga L1 EMF z dodajanjem lastnega shranjenega toka obremenitvi, s čimer zagotavlja razmeroma stabilno trenutno napetost tovora ... dokler se tranzistor ne vklopi, da cikel ponovno osveži.

Celoten postopek omogoča izvedbo želene aplikacije pretvornika, pri čemer je za obremenitev dovoljen le izračunani del napajalne napetosti in toka, namesto relativno večje konične napetosti iz vhodnega vira.

To je mogoče videti v obliki manjše valovite oblike namesto ogromnih kvadratnih valov iz vhodnega vira.

V zgornjem razdelku smo natančno izvedeli, kako delujejo pretvorniki, v naslednji razpravi pa se bomo poglobili in se naučili ustrezne formule za določanje različnih parametrov, povezanih s pretvorniki.

Formula za izračun napetosti Buck v vezju pretvornika Buck

Iz zgornje odločitve lahko sklepamo, da je največji shranjeni tok znotraj L1 odvisen od časa vklopa tranzistorja, ali pa lahko zadnji EMF L1 dimenzioniramo s primerno dimenzioniranjem časa vklopa in izklopa L, to pomeni tudi, da izhod napetost v pretvorniku je mogoče določiti z izračunom časa vklopa T1.

Formulo za izražanje izhodne vrednosti pretvornika dolarjev lahko pričate v spodnjem razmerju:

V (izhod) = {V (vhod) x t (VKLOP)} / T

kjer je V (in) napetost vira, t (ON) je čas vklopa tranzistorja,

in T je 'periodični čas' ali obdobje enega celotnega cikla PWM, to je čas, potreben za dokončanje enega celotnega časa vklopa + enega celotnega časa izklopa.

Rešeni primer:

Poskusimo razumeti zgornjo formulo z rešenim primerom:

Predpostavimo situacijo, ko pretvornik dolarjev deluje z V (in) = 24V

T = 2 ms + 2 ms (čas vklopa + čas izklopa)

t (ON) = 1 ms

Če jih nadomestimo v zgornji formuli, dobimo:

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

Zato je V (ven) = 6V

Zdaj pa povečajmo čas tranzistorja tako, da t (ON) = 1,5 ms

Zato je V (ven) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9V

Iz zgornjih primerov postane precej jasno, da v preklopnem času pretvornika t (ON) tranzistorja upravlja izhodna napetost ali zahtevana napetost Buck, zato bi lahko katero koli vrednost med 0 in V (in) dosegli preprosto z ustrezno dimenzioniranjem Čas vklopa preklopnega tranzistorja.

Buck Converter za negativne potrebščine

Buck Converter za negativne potrebščine

Vezje pretvornika dolarjev, o katerem smo razpravljali do zdaj, je zasnovano tako, da ustreza pozitivnim aplikacijam oskrbe, saj lahko izhod ustvari pozitiven potencial glede na vhodno ozemljitev.

Toda za aplikacije, ki bi lahko zahtevale negativno oskrbo, bi lahko zasnovo nekoliko spremenili in naredili združljivo s takšnimi aplikacijami.

Zgornja slika kaže, da se lahko s preprosto zamenjavo položajev induktorja in diode izhod pretvornika pretvori ali spremeni negativno glede na razpoložljivi skupni vhod ozemljitve.




Prejšnja: Vezje krmilnika grelnika z uporabo tipk Naprej: Izračun napetosti, toka v Buck induktorju