Praktični sklop pretvarača dolara koji je ovdje objašnjen koristi samo 3 tranzistora i iznimno ga je lako izgraditi. Iako je sklop jednostavan, ima visoku učinkovitost.
Krug se može koristiti za pokretanje LED dioda od 3,3 V iz višeg ulaznog izvora kao što je 12 V ili 9 V ulazno napajanje.
Dizajn pretvarača dolara također se može jednostavno nadograditi za rad s većim nazivnim opterećenjima umjesto LED-a.
Sadržaj
Osnovni rad topologije Buck Converter
Pozivajući se na donju sliku, pokušajmo razumjeti kako funkcionira 'buck' ili 'step-down' pretvarač . Sa strujnim krugom pretvarača dolara, viši ulazni napon može se transformirati u niži izlazni napon. Njegov osnovni način rada opisan je kako slijedi.
Čim se pritisne sklopka S, na induktoru L se razvije pozitivan napon. To je zato što je Uin veći od Uout. Zavojnica se u početku pokušava oduprijeti trenutnom protoku struje. Kao rezultat toga, struja u zavojnici raste linearno, a energija se počinje skladištiti u zavojnici.
Zatim, čim se sklopka S otvori, pohranjena struja teče kroz zavojnicu u izlazni kondenzator kroz diodu D.
Budući da je napon UL na zavojnici sada negativan, struja kroz zavojnicu linearno se smanjuje. Izlaz prima energiju koja je uhvaćena i pohranjena u zavojnici. Sada, ako se sklopka S ponovno zatvori, postupak počinje iznova i nastavlja se ponavljati dok se sklopka uključuje/isključuje.
Načini rada
Napon koji se pojavljuje na izlazu određen je načinom rada sklopke S. Prema donjoj slici, postoje tri osnovne vrste toka struje.
- Pretpostavimo da je sklopka S zatvorena u točki gdje struja koja teče unutar zavojnice nije dosegla nulu, struja će uvijek teći kroz zavojnicu. To se naziva 'kontinuirani način rada' (CM).
- Ako struja može doseći nulu za dio ciklusa, kao što je prikazano na slici 2(b), tada krug radi u 'diskontinuiranom načinu' (DM).
- Kada se sklopka zatvori točno kada je struja zavojnice dosegla nulu, to nazivamo CM/DM radnjom ograničenja.
To znači da se u dolarnom pretvaraču i izlazni napon i snaga mogu mijenjati podešavanjem 'uključenih' razdoblja sklopke. Ovo se također naziva omjerom mark-space.
To je dovoljno teorije; sada ispitajmo jednostavan krug iz stvarnog svijeta.
Izrada praktičnog dizajna pretvarača dolara
Sljedeća slika prikazuje jednostavan praktični krug pretvarača dolara koji koristi samo 3 tranzistora i nekoliko drugih pasivnih elemenata.
Djeluje na sljedeći način:
Prekidač S u ovom krugu predstavljen je tranzistorom T1. Ostale komponente snižavajućeg pretvarača su dioda D1 i zavojnica L1.
Čim se strujni krug napaja, R3 daje baznu struju T2 (jer je prednji napon D2 veći od 0,7 V) i T2 se uključuje.
Uz provođenje T2, T1 dobiva prednapon baze i također počinje provoditi. U ovoj situaciji, točka P doživljava povećanje napona, što uzrokuje da T2 provodi još jače.
Sada kada napon točke P dosegne 9 V, struja kroz L1 počinje rasti. Napon na svitku i njegov induktivitet utječu na brzinu povećanja struje unutar svitka.
Kako struja kroz zavojnicu raste, napon na R1 opada. Čim ovaj potencijal dosegne 0,7 V (oko 70 mA) T3 se uključuje. Ovo brzo uklanja baznu struju T1.
Budući da struja u L1 više ne može rasti, napon u točki P počinje padati. T2 se kao rezultat isključuje, a zatim T1.
Struja preko L1 sada putuje kroz D1 dok ne padne na nulu. To uzrokuje ponovno povećanje napona na T2 i proces se iznova ponavlja.
Tranzistori rade kao tiristor s pozitivnom povratnom spregom, što rezultira oscilacijom. T3 osigurava da je T1 isključen na unaprijed određenoj struji i da krug radi u CM/DM ograničenom načinu rada.
Nadogradnja kruga za veća opterećenja
Umjesto osvjetljavanja LED-a, možete upotrijebiti ovaj krug za upravljanje većim nazivnim opterećenjem. Ali s većim opterećenjem otkrit ćete da pretvarač dolara ne oscilira.
To je zbog opterećenja koje sprječava R3 da uključi T2 pri pokretanju.
Ovaj se problem može izbjeći postavljanjem kondenzatora (0,1 uF) između točke P i baze T2.
Još jedan pametan potez bio bi izravnati napon spajanjem elektrolitskog kondenzatora od 10 F preko izlaza.
Buck pretvarač radi kao izvor struje umjesto izvora napona i nije reguliran. Međutim, za većinu jednostavnih aplikacija to će biti više nego dovoljno.
Kako graditi
- Korak 1: Uzmite trakastu ploču opće namjene dimenzija 20 mm x 20 mm.
- Spep#2: Očistite bakrenu stranu brusnim papirom.
- Korak #3: Uzmite otpornike i diode i savijte njihove izvode ostavljajući 1 mm udaljenosti između njihovog tijela i izvoda.
- Korak #4: Umetnite otpornike u PCB i zalemite ih. Odrežite višak duljine olova.
- Korak #5: Umetnite tranzistore prema istoj poziciji rasporeda kao što je naznačeno u shemi. Zalemite njihove izvode i odrežite produžene izvode.
- Korak #6: Sada umetnite induktor, zalemite ga i odrežite njegove izvode.
- Korak #7: Na kraju umetnite kondenzator i LED, zalemite vodove. Odrežite višak kablova
Nakon što je gornji sklop obavljen, pažljivo spojite vodove različitih komponenti prema shematskom dijagramu. Učinite to koristeći komade obrezanih olovnih žica koje ste prethodno odrezali.
Ako ne možete spojiti vodove izravno s bakrene strane, možete koristiti premosnu žicu sa strane komponente PCB-a.
Kako testirati
- Neka LED dioda bude isključena na početku.
- Primijenite 9 V DC na krug.
- Izmjerite napon na točkama na koje bi LED dioda trebala biti spojena.
- Mora biti oko 3 V do 4 V.
- Ovo će potvrditi da ste pravilno izgradili pretvarač dolara i da ispravno radi.
- Možete ISKLJUČITI napajanje i spojiti LED diodu natrag na njezino mjesto.
- Sada ponovno uključite DC, vidjet ćete da LED svijetli jako od 9 V DC ulaza s maksimalnom učinkovitošću.
Kako izmjeriti učinkovitost
Za mjerenje učinkovitosti možete spojiti ampermetar u seriju s pozitivnim vodom od 9 V DC.
Zatim možete pomnožiti očitanu struju s naponom (9 V).
Rezultat bi mogao biti negdje oko 20% veći od specifikacije LED-a u vatima.
To bi moglo dokazati učinkovitost od 80% za krug pretvarača dolara, i slično.
