Kako rade Buck pretvarači

Članak u nastavku predstavlja sveobuhvatan know how o tome kako rade pretvarači za dolar.

Kao što i samo ime govori, pretvarač za dolar je dizajniran da se suprotstavi ili ograniči ulaznu struju uzrokujući izlaz koji može biti mnogo manji od isporučenog ulaza.

Drugim riječima, to se može smatrati silaznim pretvaračem koji se može koristiti za stjecanje izračunatih napona ili struja nižih od ulaznog napona.

Naučimo više o radu sustava pretvarači u elektroničkim sklopovima kroz sljedeću raspravu:

Pretvarač Buck

Tipično možete pronaći pretvarač dolarja koji se koristi u SMPS i MPPT krugovima koji izričito zahtijevaju da se izlazni napon značajno smanji od ulazne snage izvora, bez utjecaja ili promjene izlazne snage, to je vrijednost V x I.

Izvor napajanja do pretvarača može biti iz AC utičnice ili iz istosmjernog napajanja.

Buck pretvarač koristi se samo za one primjene u kojima električna izolacija možda neće biti kritično potrebna za ulazni izvor napajanja i opterećenje, međutim za aplikacije u kojima ulaz može biti na mrežnoj razini, tada se topologija povratnog toka obično koristi kroz izolirajući transformator.

Glavni uređaj koji se koristi kao sredstvo za prebacivanje u pretvaraču za dolar može biti u obliku MOSFET-a ili BJT napajanja (kao što je 2N3055), koji je konfiguriran za brzo prebacivanje ili osciliranje kroz integrirani stupanj oscilatora sa njegova baza ili kapija.

Drugi važan element u jednosmjernom pretvaraču je prigušnica L, koja pohranjuje električnu energiju iz tranzistora tijekom razdoblja UKLJUČAVANJA i oslobađa je tijekom razdoblja ISKLJUČIVANJA, održavajući kontinuirano napajanje tereta na određenoj razini.

Ova se faza također naziva i 'Zamašnjak' stupanj jer svojom funkcijom podsjeća na mehanički zamašnjak koji je u stanju održavati kontinuirano i ravnomjerno okretanje uz pomoć redovitih potiskivanja iz vanjskog izvora.

Ulaz AC ili DC?

Buck pretvarač je u osnovi krug istosmjernog u istosmjerni pretvarač koji je dizajniran za napajanje iz istosmjernog izvora, koji može biti baterija ili solarna ploča. To također može biti od izlaza izmjeničnog ka istosmjernom naponu postignutog preko mostovnog ispravljača i kondenzatora filtra.

Bez obzira na to što može biti izvor ulaznog istosmjernog napona u pretvarač, on se uvijek pretvara u visoku frekvenciju pomoću kruga oscilatora sjeckalice zajedno s PWM stupnjem.

Ta se frekvencija zatim dovodi na sklopni uređaj za potrebne radnje pretvarača dolarja.

Rad Buck pretvarača

Kao što je razmotreno u gornjem odjeljku u vezi s načinom na koji radi pretvarač sa donjim mehanizmom, i kao što se može vidjeti na sljedećem dijagramu, krug donjeg pretvarača uključuje sklopni tranzistor i pripadajući krug zamašnjaka koji uključuje diodu D1, prigušnicu L1 i kondenzator C1.

Tijekom razdoblja kada je tranzistor UKLJUČEN, snaga prolazi prvo kroz tranzistor, a zatim kroz prigušnicu L1 i na kraju do opterećenja. U tom se procesu induktor zbog svog svojstvenog svojstva pokušava suprotstaviti naglom uvođenju struje spremajući energiju u njega.

Ovo suprotstavljanje L1 inhibira struju iz primijenjenog ulaza da dosegne opterećenje i dostigne vršnu vrijednost za početne trenutke uključivanja.

Međutim, u međuvremenu tranzistor ulazi u fazu isključenja, prekidajući ulazni dovod induktora.

S ISKLJUČENIM napajanjem L1 se ponovno suočava s naglom promjenom struje, a za kompenzaciju promjene ispušta pohranjenu energiju preko priključenog opterećenja

Razdoblje uključenja tranzistora

Pozivajući se na gornju sliku, dok je tranzistor u fazi uključivanja, on omogućuje da struja dosegne opterećenje, ali tijekom početnih trenutaka UKLJ. Struja je jako ograničena zbog suprotstavljanja prigušnica naglim primjenama struja kroz njega.

Međutim, u tom procesu induktor reagira i kompenzira ponašanje spremajući u njega struju, a tijekom nekog dijela opskrba smije doći do opterećenja, a također i do kondenzatora C1, koji u njemu također skladišti dopušteni dio napajanja .

Također treba uzeti u obzir da, dok se gore navedeno događa, D1 katoda doživljava pun pozitivan potencijal koji je čini obrnutom pristranom, što onemogućava pohranjenoj energiji L1 da dobije povratni put preko tereta kroz teret. Ova situacija omogućava induktoru da nastavi skladištiti energiju u njemu bez ikakvih propuštanja.

Razdoblje isključenja tranzistora

Sada se referirajući na gornju sliku, kada tranzistor vrati svoje preklopno djelovanje, tj. Čim se ISKLJUČI, L1 se opet uvodi s iznenadnom prazninom struje, na što reagira oslobađanjem uskladištene energije prema opterećenju u oblik ekvivalentne potencijalne razlike.

Sada, budući da je T1 ISKLJUČEN, katoda D1 oslobođena je pozitivnog potencijala i omogućena je s uvjetima prema naprijed.

Zbog unaprijed pristranog stanja D1, oslobođena energija L1 ili stražnji EMF koji udara L1 smiju dovršiti ciklus kroz teret, D1 i natrag u L1.

Dok se postupak dovršava, energija L1 prolazi kroz eksponencijalni pad zbog potrošnje tereta. C1 sada dolazi u pomoć i pomaže ili pomaže L1 EMF dodavanjem vlastite pohranjene struje u opterećenje, čime osigurava relativno stabilan trenutni napon na opterećenju ... sve dok se tranzistor ponovo ne uključi da osvježi ciklus.

Cijeli postupak omogućuje izvršavanje željene aplikacije pretvarača donjeg napona, pri čemu je za opterećenje dopušten samo izračunati dio opskrbnog napona i struje, umjesto relativno većeg vršnog napona iz ulaznog izvora.

To se može vidjeti u obliku manjeg valovitog oblika umjesto ogromnih kvadratnih valova iz ulaznog izvora.

U gore navedenom odjeljku saznali smo kako točno rade pretvarači, a u sljedećoj raspravi ćemo dublje istražiti i naučiti relevantnu formulu određivanja različitih parametara povezanih s pretvaračima dolarima.

Formula za izračunavanje napona Buck u krugu pretvarača Buck

Iz gornje odluke možemo zaključiti da maksimalna pohranjena struja unutar L1 ovisi o vremenu UKLJ. Tranzistora ili se stražnji EMF L1 može dimenzionirati odgovarajućim dimenzioniranjem vremena UKLJ. I ISKLJ. L, to također znači da izlaz napon u buck pretvaraču može se unaprijed odrediti izračunavanjem vremena uključivanja T1.

Formuli za izražavanje izlaza pretvarača dolarima može se posvjedočiti u donjem zadanom odnosu:

V (van) = {V (ulaz) x t (UKLJUČENO)} / T

gdje je V (in) napon izvora, t (ON) je vrijeme uključenja tranzistora,

a T je 'periodično vrijeme' ili razdoblje jednog punog ciklusa PWM-a, odnosno vrijeme potrebno za završetak jednog punog vremena UKLJUČENJA + jednog punog vremena ISKLJUČENJA.

Riješeni primjer:

Pokušajmo razumjeti gornju formulu na riješenom primjeru:

Pretpostavimo situaciju u kojoj pretvarač s buckom radi s V (in) = 24V

T = 2 ms + 2 ms (vrijeme uključivanja + vrijeme isključenja)

t (UKLJUČENO) = 1 ms

Zamjenom ovih u gornjoj formuli dobivamo:

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

Stoga je V (van) = 6V

Povećamo sada vrijeme tranzistora tako što ćemo napraviti t (ON) = 1,5 ms

Prema tome, V (van) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9V

Iz gornjih primjera postaje prilično jasno da u buck pretvaraču vrijeme uključivanja t (ON) tranzistora upravlja izlaznim naponom ili potrebnim Buck naponom, pa bi se svaka vrijednost između 0 i V (in) mogla postići jednostavnim odgovarajućim dimenzioniranjem Vrijeme uključenja sklopnog tranzistora.

Buck Converter za negativne zalihe

Strujni krug pretvarača o kojem smo do sada razgovarali dizajniran je da odgovara primjenama pozitivne opskrbe, budući da izlaz može generirati pozitivan potencijal u odnosu na ulazno tlo.

Međutim, za aplikacije koje bi mogle zahtijevati negativnu opskrbu, dizajn bi se mogao malo izmijeniti i učiniti kompatibilnim s takvim aplikacijama.

Gornja slika pokazuje da se jednostavnim izmjenjivanjem položaja prigušnice i diode, izlaz pretvarača s donjim naponom može obrnuti ili učiniti negativnim s obzirom na dostupni zajednički ulaz zemlje.