Hvordan Buck Converters fungerer

Artiklen nedenfor præsenterer en omfattende viden om, hvordan buck-omformere fungerer.

Som navnet antyder, er en buck-konverter designet til at modsætte sig eller begrænse en indgangsstrøm, der forårsager et output, der kan være meget lavere end den medfølgende input.

Med andre ord kan det betragtes som en trin ned konverter, der kan bruges til at erhverve beregnede spændinger eller strømme lavere end indgangsspændingen.

Lad os lære mere om arbejdet med bukkeomformere i elektroniske kredsløb gennem følgende diskussion:

The Buck Converter

Typisk kan du finde en buck-konverter, der bruges i SMPS- og MPPT-kredsløb, som specifikt kræver, at udgangsspændingen reduceres betydeligt end inputkildens effekt uden at påvirke eller ændre effektudgangen, det er V x I-værdien.

Forsyningskilden til en buck-konverter kan være fra en stikkontakt eller en jævnstrømsforsyning.

En bukkeomformer bruges kun til de applikationer, hvor en elektrisk isolering muligvis ikke er kritisk påkrævet på tværs af indgangsstrømkilden og belastningen, men til applikationer, hvor indgangen kan være på strømniveau, bruges en flyback-topologi normalt gennem en isoleringstransformator.

Hovedindretningen, der bruges som omskifter i en buck-konverter, kunne være i form af en mosfet eller en power-BJT (såsom en 2N3055), der er konfigureret til at skifte eller svinge med en hurtig hastighed gennem et integreret oscillatortrin med dens base eller port.

Det andet vigtige element i en bukkeomformer er induktoren L, som lagrer elektriciteten fra transistoren i dens ON-perioder og frigiver den under dens OFF-perioder, idet den opretholder en kontinuerlig forsyning til belastningen på det specificerede niveau.

Denne fase kaldes også 'Svinghjul' etape, da dets funktion ligner et mekanisk svinghjul, som er i stand til at opretholde en kontinuerlig og stabil rotation ved hjælp af regelmæssige skub fra en ekstern kilde.

Indgang AC eller DC?

En buck-konverter er grundlæggende et DC til DC-omformerkredsløb, der er designet til at erhverve en forsyning fra en DC-kilde, som kan være et batteri eller et solpanel. Dette kan også være fra en AC til DC adapter output opnået gennem en bro ensretter og en filterkondensator.

Uanset hvad der kan være kilden til input DC til buck-konverteren, konverteres den altid til en høj frekvens ved hjælp af et chopper-oscillatorkredsløb sammen med et PWM-trin.

Denne frekvens føres derefter til skifteindretningen til de krævede bukkeomformerhandlinger.

Buck Converter-drift

Som diskuteret i det ovennævnte afsnit vedrørende, hvordan en bukkeomformer fungerer, og som det fremgår af nedenstående diagram, indbefatter bukkeomformerkredsløbet en skiftetransistor og et tilknyttet svinghjulskredsløb, der inkluderer dioden D1, induktoren L1 og kondensatoren Cl.

I de perioder, hvor transistoren er TIL, passerer strømmen først gennem transistoren og derefter gennem induktoren L1 og til sidst til belastningen. I processen forsøger spolen på grund af sin iboende egenskab at modsætte sig den pludselige introduktion af strøm ved at lagre energien i den.

Denne modstand fra L1 inhiberer strømmen fra den anvendte indgang for at nå belastningen og nå topværdien for de indledende skiftende øjeblikke.

Imidlertid går transistoren i mellemtiden i sin OFF-fase og afbryder indgangsforsyningen til induktoren.

Når forsyningen er slukket, står L1 igen over for en pludselig ændring i strømmen, og for at kompensere for ændringen skyller den den lagrede energi ud over den tilsluttede belastning

Transistor tændt periode

Idet der henvises til ovenstående figur, medens transistoren er i tændingsfasen, tillader den strømmen at nå belastningen, men i de første øjeblikke af kontakten TIL er strømmen stærkt begrænset på grund af induktorernes modstand mod den pludselige anvendelse af strøm igennem det.

Imidlertid reagerer induktoren i processen og kompenserer opførslen ved at lagre strømmen i den, og i løbet af en del får forsyningen lov til at nå belastningen og også til kondensatoren C1, som også lagrer den tilladte del af forsyningen i den. .

Det skal også tages i betragtning, at mens ovenstående sker, oplever D1-katoden et fuldt positivt potentiale, der holder den omvendt forspændt, hvilket gør det umuligt for L1's lagrede energi at få en returvej over belastningen via belastningen. Denne situation gør det muligt for induktoren at fortsætte med at lagre energien i den uden lækager.

Transistor slukket periode

Når der nu henvises til ovenstående figur, introduceres L1 endnu en gang med et pludseligt tomrum af strøm, som det reagerer ved at frigive den lagrede energi mod belastningen i form af en ækvivalent potentiel forskel.

Nu, da T1 er slukket, frigøres katoden til D1 fra det positive potentiale, og den aktiveres med en fremadrettet tilstand.

På grund af D1's forspændte tilstand tillades den frigivne L1-energi eller den bageste EMF, der er sparket af L1, at fuldføre cyklussen gennem belastningen, D1 og tilbage til L1.

Mens processen afsluttes, gennemgår L1-energien et eksponentielt fald på grund af belastningens forbrug. C1 kommer nu til undsætning og hjælper eller hjælper L1 EMF ved at tilføje sin egen lagrede strøm til belastningen og derved sikre en rimelig stabil øjeblikkelig spænding til belastningen ... indtil transistoren tænder igen for at opdatere cyklen tilbage.

Hele proceduren muliggør udførelse af den ønskede bukkeomformer-applikation, hvor kun en beregnet del af forsyningsspændingen og strømmen er tilladt for belastningen i stedet for den relativt større spids fra topkilden.

Dette kan ses i form af en mindre krusningsbølgeform i stedet for de store firkantede bølger fra inputkilden.

I ovenstående afsnit lærte vi nøjagtigt, hvordan buck-konvertere fungerer, i den følgende diskussion dykker vi dybere ned og lærer den relevante formel til bestemmelse af de forskellige parametre relateret til buck-konvertere.

Formel til beregning af buckspændingen i et buck-omformerkredsløb

Fra ovenstående beslutning kan vi konkludere, at den maksimale lagrede strøm inde i L1 afhænger af transistorens ON-tid, eller den bageste EMF af L1 kan dimensioneres ved passende dimensionering af ON og OFF-tiden for L, det indebærer også, at output spænding i en buck-konverter kan forudbestemmes ved at beregne ON-tiden for T1.

Formlen til at udtrykke buck-konverteringsoutputtet kan ses i nedenstående forhold:

V (ud) = {V (ind) x t (ON)} / T.

hvor V (in) er kildespændingen, t (ON) er transistorens ON-tid,

og T er den 'periodiske tid' eller perioden for en fuld cyklus af PWM, det er den tid, det tager at fuldføre en fuld ON-tid + en fuld OFF-tid.

Løst eksempel:

Lad os prøve at forstå ovenstående formel med et løst eksempel:

Lad os antage en situation, hvor en buck-konverter drives med V (in) = 24V

T = 2ms + 2ms (ON-tid + OFF-tid)

t (ON) = 1 ms

Ved at erstatte disse i ovenstående formel får vi:

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

Derfor er V (ud) = 6V

Lad os nu øge transistortiden ved at lave t (ON) = 1,5 ms

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

Fra de ovennævnte eksempler bliver det ret klart, at i en buck-konvertererskiftetid t (ON) for transistoren styrer udgangsspændingen eller den krævede Buck-spænding, og enhver værdi mellem 0 og V (in) kunne således opnås ved simpelthen at dimensionere TIL-tid for skiftetransistoren.

Buck Converter til negative forsyninger

Buck converter-kredsløbet, vi hidtil har diskuteret, er designet til at passe til applikationer med positiv forsyning, da output er i stand til at generere et positivt potentiale i forhold til inputjorden.

Men for applikationer, der muligvis kræver en negativ forsyning, kan designet ændres en smule og gøres kompatibelt med sådanne applikationer.

Ovenstående figur viser, at ved simpelthen at bytte induktorens og diodens positioner kan output fra bukkeomformeren være inverteret eller blive negativt i forhold til den tilgængelige fælles jordinput.