Hvordan Buck Converters fungerer

Artikkelen nedenfor presenterer en omfattende kunnskap om hvordan buck-omformere fungerer.

Som navnet antyder, er en buck-omformer designet for å motsette eller begrense en inngangsstrøm og forårsake en utgang som kan være mye lavere enn den medfølgende inngangen.

Med andre ord kan det betraktes som en trinnvis omformer som kan brukes til å skaffe beregnede spenninger eller strømmer lavere enn inngangsspenningen.

La oss lære mer om hvordan bukkomformere i elektroniske kretser gjennom følgende diskusjon:

The Buck Converter

Vanligvis kan du finne en buck-omformer som brukes i SMPS- og MPPT-kretser som spesifikt krever at utgangsspenningen reduseres betydelig enn inngangskildeeffekten, uten å påvirke eller endre effektutgangen, det vil si V x I-verdien.

Forsyningskilden til en buck-omformer kan være fra et strømuttak eller fra en likestrømforsyning.

En buck-omformer brukes bare for applikasjoner der en elektrisk isolasjon kanskje ikke er kritisk nødvendig over inngangsstrømkilden og belastningen, men for applikasjoner der inngangen kan være på strømnivå, blir en flyback-topologi normalt brukt gjennom en isolasjonstransformator.

Hovedenheten som brukes som svitsjemiddel i en buck-omformer, kan være i form av en mosfet eller en kraft-BJT (for eksempel en 2N3055), som er konfigurert til å bytte eller svinge i rask hastighet gjennom et integrert oscillatortrinn med basen eller porten.

Det andre viktige elementet i en bukkomformer er induktoren L, som lagrer strømmen fra transistoren i løpet av PÅ-periodene og frigjør den i OFF-perioder, og opprettholder en kontinuerlig forsyning til lasten på det angitte nivået.

Dette stadiet blir også referert til som 'Svinghjul' scenen siden funksjonen ligner på et mekanisk svinghjul som er i stand til å opprettholde en kontinuerlig og jevn rotasjon ved hjelp av regelmessige skyv fra en ekstern kilde.

Inngang AC eller DC?

En buck-omformer er i utgangspunktet en DC til DC-omformerkrets som er designet for å skaffe strøm fra en likestrømskilde, som kan være et batteri eller et solcellepanel. Dette kan også være fra en AC til DC adapter utgang oppnådd gjennom en bro likeretter og en filterkondensator.

Uansett hva som kan være kilden til inngangen DC til buck-omformeren, blir den alltid konvertert til en høy frekvens ved hjelp av en chopperoscillatorkrets sammen med et PWM-trinn.

Denne frekvensen blir deretter matet til svitsjeanordningen for de nødvendige bukkomformerhandlingene.

Buck Converter-drift

Som diskutert i det ovennevnte avsnitt angående hvordan en bukkomformer fungerer, og som det fremgår av følgende diagram, inkluderer bukkomformerkretsen en koblingstransistor og en tilhørende svinghjulskrets som inkluderer dioden D1, induktoren L1 og kondensatoren Cl.

I periodene når transistoren er PÅ, går kraften først gjennom transistoren og deretter gjennom induktoren L1 og til slutt til belastningen. I prosessen prøver induktoren på grunn av sin iboende egenskap å motsette seg den plutselige innføringen av strøm ved å lagre energien i den.

Denne motstanden fra L1 hemmer strømmen fra den påførte inngangen for å nå belastningen og nå toppverdien for de første bytterøyeblikkene.

Imidlertid går transistoren i slå av-fase, og kutter inngangsforsyningen til induktoren.

Når strømmen er slått AV, møter L1 igjen en plutselig strømendring, og for å kompensere for endringen skyller den ut lagret energi over den tilkoblede belastningen

Transistor Slå på 'periode

Med henvisning til figuren ovenfor, mens transistoren er i innkoblingsfasen, tillater den strømmen å nå belastningen, men i løpet av de første øyeblikkene av bryteren PÅ er strømmen sterkt begrenset på grunn av induktorens motstand mot den plutselige påføringen av strøm gjennom den.

Imidlertid reagerer induktoren i prosessen og kompenserer oppførselen ved å lagre strømmen i den, og i løpet av en eller annen del får forsyningen tilgang til belastningen og også til kondensatoren C1, som også lagrer den tillatte delen av forsyningen i den. .

Det bør også tas i betraktning at mens det ovennevnte skjer, opplever D1-katoden et fullt positivt potensial som holder den reversert forspent, noe som gjør det umulig for L1s lagrede energi å få en returvei over lasten via lasten. Denne situasjonen gjør at induktoren kan fortsette å lagre energien i den uten lekkasjer.

Transistor Slå av 'Periode

Når det nå henvises til figuren ovenfor, når transistoren reverserer sin byttehandling, det vil si så snart den er slått AV, blir L1 nok en gang introdusert med et plutselig tomrom, som den reagerer på ved å frigjøre den lagrede energien mot belastningen i form av en ekvivalent potensiell forskjell.

Siden T1 er slått AV, frigjøres katoden til D1 fra det positive potensialet, og den aktiveres med en fremoverbasert tilstand.

På grunn av D1s forspente tilstand, får frigjort L1-energi eller bakre EMF sparket av L1 fullføre syklusen gjennom lasten, D1 og tilbake til L1.

Mens prosessen avsluttes, går L1-energien gjennom et eksponensielt fall på grunn av lastens forbruk. C1 kommer nå til unnsetning og hjelper eller hjelper L1 EMF ved å legge til sin egen lagrede strøm til belastningen, og derved sikre en rimelig stabil øyeblikkelig spenning til belastningen ... til transistoren slår seg på igjen for å oppdatere syklusen tilbake.

Hele prosedyren muliggjør utførelse av den ønskede buck converter-applikasjonen hvor bare en beregnet del av forsyningsspenningen og strømmen er tillatt for belastningen, i stedet for den relativt større toppspenningen fra inngangskilden.

Dette kan sees i form av en mindre ringbølgeform i stedet for de store firkantbølgene fra inngangskilden.

I avsnittet ovenfor lærte vi nøyaktig hvordan buck-omformere fungerer, i den følgende diskusjonen vil vi dykke dypere og lære den relevante formelen for å bestemme de forskjellige parametrene relatert til buck-omformere.

Formel for beregning av spenningsspenning i en krets for konvertering av krone

Fra den ovennevnte avgjørelsen kan vi konkludere med at den maksimale lagrede strømmen inne i L1 avhenger av PÅ-tiden til transistoren, eller den bakre EMF av L1 kan dimensjoneres ved passende dimensjonering av PÅ og AV-tiden for L, det innebærer også at utgangen spenning i en bukkomformer kan bestemmes på forhånd ved å beregne ON-tiden til T1.

Formelen for å uttrykke buck converter-utgangen kan sees i nedenstående forhold:

V (ut) = {V (inn) x t (PÅ)} / T.

der V (in) er kildespenningen, t (ON) er ON-tiden til transistoren,

og T er den 'periodiske tiden' eller perioden for en full syklus av PWM, det er tiden det tar å fullføre en full PÅ-tid + en full AV-tid.

Løst eksempel:

La oss prøve å forstå formelen ovenfor med et løst eksempel:

La oss anta en situasjon der en buck-omformer drives med V (in) = 24V

T = 2ms + 2ms (PÅ tid + AV tid)

t (PÅ) = 1ms

Ved å erstatte disse i formelen ovenfor får vi:

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

Derfor V (ut) = 6V

La oss nå øke transistortiden ved å lage t (ON) = 1,5 ms

Derfor er V (ut) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9V

Fra eksemplene ovenfor blir det ganske klart at i en bukkomformer bytter tid t (ON) til transistoren utgangsspenningen eller den nødvendige Buck-spenningen, og dermed kan en hvilken som helst verdi mellom 0 og V (in) oppnås ganske enkelt ved å dimensjonere riktig PÅ tidspunktet for bytte av transistoren.

Buck Converter for negative forsyninger

Buck converter-kretsen vi så langt har diskutert, er designet for å passe til applikasjoner med positiv forsyning, siden utgangen er i stand til å generere et positivt potensial med referanse til inngangsbanen.

Men for applikasjoner som kan kreve en negativ forsyning, kan designen endres litt og gjøres kompatibel med slike applikasjoner.

Figuren over viser at ved å bare bytte posisjonene til induktoren og dioden, kan utgangen fra bukkomformeren være invertert eller bli negativ med hensyn til tilgjengelig felles jordinngang.