Kaip veikia „Buck“ keitikliai

Žemiau pateiktame straipsnyje pateikiama išsami informacija apie tai, kaip veikia keitikliai.

Kaip rodo pavadinimas, „buck“ keitiklis yra skirtas priešintis arba apriboti įėjimo srovę, dėl kurios išvestis gali būti daug mažesnė nei tiekiama įvestis.

Kitaip tariant, tai gali būti laikoma pakaitiniu keitikliu, kuris galėtų būti naudojamas apskaičiuotoms įtampoms ar srovėms, mažesnėms nei įėjimo įtampa, gauti.

Sužinokime daugiau apie elektroninių grandinių keitikliai per šią diskusiją:

„Buck Converter“

Paprastai galite rasti SMPS ir MPPT grandinėse naudojamą keitiklio keitiklį, kuris reikalauja, kad išėjimo įtampa būtų žymiai sumažinta nei įvesties šaltinio galia, nedarant įtakos ir nekeičiant galios, t. Y. V x I vertės.

„Buck“ keitiklio maitinimo šaltinis gali būti iš kintamosios srovės lizdo arba iš nuolatinės srovės maitinimo šaltinio.

„Buck“ keitiklis naudojamas tik tiems atvejams, kai elektros izoliacija gali būti kritiškai nereikalinga visam įvesties maitinimo šaltiniui ir apkrovai, tačiau toms programoms, kuriose įėjimas gali būti tinklo lygmenyje, paprastai per izoliacinį transformatorių naudojama „flyback“ topologija.

Pagrindinis įtaisas, naudojamas kaip perjungimo agentas „buck“ keitiklyje, gali būti „mosfet“ arba „power BJT“ pavidalu (pvz., 2N3055), kuris sukonfigūruotas persijungti arba greitai svyruoti per integruotą osciliatoriaus pakopą su jo pagrindas ar vartai.

Antras svarbus elementas keitiklio keitiklyje yra induktorius L, kuris saugo tranzistoriaus elektros energiją jo įJUNGIMO periodais ir išleidžia per išjungimo periodus palaikydamas nenutrūkstamą krūvio tiekimą nurodytu lygiu.

Šis etapas taip pat vadinamas „Smagratis“ etapas, nes jo funkcija primena mechaninį smagratį, kuris sugeba palaikyti nuolatinį ir tolygų sukimąsi reguliariai stumiant iš išorinio šaltinio.

Įvestis kintama ar nuolatinė?

„Buck“ keitiklis iš esmės yra nuolatinės srovės ir nuolatinės srovės keitiklio grandinė, sukurta tiekti energiją iš nuolatinės srovės šaltinio, kuris gali būti baterija arba saulės baterija. Tai taip pat gali būti iš kintamosios ir nuolatinės srovės adapterio išėjimo, pasiekiamo per tiltinį lygintuvą ir filtro kondensatorių.

Nesvarbu, koks gali būti įvesties nuolatinės srovės į keitiklio keitiklį šaltinis, jis visada paverčiamas aukštu dažniu, naudojant smulkintuvo osciliatoriaus grandinę kartu su PWM pakopa.

Tada šis dažnis tiekiamas perjungimo įtaisui reikalingiems „buck konverterio“ veiksmams atlikti.

„Buck Converter“ operacija

Kaip aptarta pirmiau pateiktame skyriuje apie tai, kaip veikia „buck“ keitiklis, ir, kaip matyti iš šios diagramos, „buck“ keitiklio grandinė apima perjungimo tranzistorių ir susijusią smagračio grandinę, į kurią įeina diodas D1, induktorius L1 ir kondensatorius C1.

Laikotarpiais, kai tranzistorius yra įjungtas, galia pirmiausia praeina per tranzistorių, tada per induktorių L1 ir galiausiai į apkrovą. Procese induktorius dėl jam būdingos savybės bando priešintis staigiam srovės įvedimui, sukaupdamas jame energiją.

Ši L1 priešprieša slopina srovę iš naudojamos įvesties, kad pasiektų apkrovą ir pasiektų didžiausią vertę pradiniams perjungimo momentams.

Tačiau tuo tarpu tranzistorius pereina į savo išjungimo fazę, nutraukdamas induktoriaus įėjimo tiekimą.

Išjungus maitinimą, L1 vėl susiduria su staigiu srovės pokyčiu, o norint kompensuoti pokyčius, jis išvalo sukauptą energiją per prijungtą apkrovą.

Transistoriaus įjungimo laikotarpis

Remiantis aukščiau pateiktu paveikslu, kai tranzistorius yra įjungimo fazėje, jis leidžia srovei pasiekti apkrovą, tačiau per pirmuosius įjungimo momentus srovė yra labai ribota dėl to, kad induktoriai priešinasi staigiam srovė per ją.

Tačiau proceso metu induktorius reaguoja ir kompensuoja elgseną, saugodamas jame srovę, o tam tikros dalies metu maitinimas leidžia pasiekti apkrovą ir kondensatorių C1, kuris taip pat jame saugo leistiną tiekimo dalį .

Taip pat reikėtų atsižvelgti į tai, kad nors įvyksta tai, kas išdėstyta pirmiau, D1 katodas patiria visą teigiamą potencialą, kuris išlaiko atvirkštinį šališkumą, todėl L1 sukaupta energija per apkrovą negali gauti grįžimo kelio per apkrovą. Ši situacija leidžia induktoriui toliau kaupti energiją į jį be nuotėkio.

Transistoriaus išjungimo laikotarpis

Dabar, atsižvelgiant į pirmiau pateiktą paveikslą, kai tranzistorius grąžina perjungimo veiksmą, ty kai tik jis išjungiamas, L1 vėl įvedamas staigiu srovės tuštumu, į kurį jis reaguoja atleisdamas sukauptą energiją į apkrovą lygiaverčio potencialo skirtumo forma.

Dabar, kai T1 yra išjungtas, D1 katodas atleidžiamas nuo teigiamo potencialo ir įjungiamas esant būsenai.

Dėl į priekį nukreiptos D1 būklės, išsiskyrusiai L1 energijai arba L1 spardytam galiniam EMF leidžiama užbaigti ciklą per apkrovą, D1 ir atgal į L1.

Kol procesas yra baigtas, L1 energija patiria eksponentinį kritimą dėl apkrovos sunaudojimo. C1 dabar ateina į pagalbą ir padeda ar padeda L1 EMF, pridedant savo sukauptą srovę į apkrovą, taip užtikrinant pakankamai stabilią momentinę įtampą į apkrovą ... tol, kol tranzistorius vėl įsijungs, kad atnaujintų ciklą atgal.

Visa procedūra leidžia vykdyti norimą „buck konverterio“ taikymą, kai apkrovai leidžiama tik apskaičiuota maitinimo įtampos ir srovės dalis, o ne santykinai didesnė smailės įtampa iš įėjimo šaltinio.

Tai gali būti matoma kaip mažesnė bangavimo bangos forma, o ne didžiulės kvadratinės bangos iš įvesties šaltinio.

Ankstesniame skyriuje mes tiksliai sužinojome, kaip veikia „buck“ keitikliai, kitoje diskusijoje mes gilinsimės ir sužinosime atitinkamą formulę, kaip nustatyti įvairius parametrus, susijusius su „buck“ keitikliais.

„Buck“ įtampos skaičiavimo formulė „Buck Converter“ grandinėje

Remdamiesi aukščiau pateiktu sprendimu, galime daryti išvadą, kad didžiausia saugoma srovė L1 viduje priklauso nuo tranzistoriaus įjungimo laiko, arba galinį L1 EMF galima išmatuoti tinkamai nustatant L įjungimo ir išjungimo laiką, tai taip pat reiškia, kad išvestis įtampą keitiklio keitiklyje galima iš anksto nustatyti apskaičiuojant T1 įjungimo laiką.

Formulę, išreiškiančią „Buck“ keitiklio išvestį, galima matyti pagal toliau pateiktą ryšį:

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

kur V (in) yra šaltinio įtampa, t (ON) yra tranzistoriaus įjungimo laikas,

ir T yra „periodinis laikas“ arba vieno viso PWM ciklo laikotarpis, tai yra laikas, per kurį reikia atlikti vieną pilną įjungimo laiką ir vieną visą išjungimo laiką.

Išspręstas pavyzdys:

Pabandykime suprasti aukščiau pateiktą formulę pateikdami išspręstą pavyzdį:

Tarkime, kad „buck“ keitiklis veikia su V (in) = 24V

T = 2 ms + 2 ms (įjungimo laikas + išjungimo laikas)

t (įjungta) = 1 ms

Pakeisdami juos aukščiau pateikta formule, gausime:

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

Todėl V (iš) = 6V

Dabar padidinkime tranzistoriaus laiką padarydami t (ON) = 1,5 ms

Todėl V (išėjimas) = ​​24 x 0,0015 / 0,004 = 9 V

Iš pirmiau pateiktų pavyzdžių tampa gana aišku, kad „buck“ konverteryje tranzistoriaus perjungimo laikas t (ON) reguliuoja išėjimo įtampą arba reikiamą „Buck“ įtampą, taigi bet kurią vertę tarp 0 ir V (in) galima pasiekti paprasčiausiai tinkamai išmatavus Įjungimo tranzistoriaus įjungimo laikas.

Neigiamų medžiagų „Buck Converter“

Iki šiol aptarta „Buck“ keitiklio grandinė yra sukurta taip, kad atitiktų teigiamo tiekimo programas, nes išvestis gali sukurti teigiamą potencialą, atsižvelgiant į įėjimo žemę.

Tačiau toms programoms, kurioms gali prireikti neigiamo tiekimo, dizainas gali būti šiek tiek pakeistas ir suderinamas su tokiomis programomis.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta, kad paprasčiausiai keičiant induktoriaus ir diodo padėtis, išjungimo keitiklio išvestis gali būti apversta arba padaryti neigiama, palyginti su turima bendro įžeminimo įvestimi.