Kuidas Bucki muundurid töötavad

Allpool olev artikkel esitab põhjaliku teabe selle kohta, kuidas buck-muundurid töötavad.

Nagu nimigi ütleb, on buck-muundur mõeldud sisendvoolu vastu seisma või seda piirama, põhjustades väljundi, mis võib olla sisendist palju madalam.

Teisisõnu võib seda pidada vähendatud muunduriks, mida saab kasutada sisendpingest madalama arvutatud pinge või voolu saamiseks.

Tutvume lisateabega elektronmuundurite muundurid järgmise arutelu kaudu:

Buck Converter

Tavaliselt võite leida SMPS- ja MPPT-ahelates kasutatavat muundurit, mis nõuavad konkreetselt väljundpinge vähendamist sisendallika võimsusest oluliselt, ilma et see mõjutaks või muudaks väljundvõimsust, see tähendab V x I väärtust.

Buck muunduri toiteallikas võib olla vahelduvvoolu pistikupesast või alalisvoolu toiteallikast.

Pöördemuundurit kasutatakse ainult nende rakenduste jaoks, kus kogu sisendallika ja koormuse puhul ei pruugi olla vajalik elektriline isolatsioon, kuid rakenduste puhul, kus sisend võib olla võrgu tasemel, kasutatakse tavaliselt eraldustrafo kaudu tagasilennutopoloogiat.

Peamine seade, mida kasutatakse buck-muunduris lülitusagendina, võib olla mosfeti või toiteallika BJT (näiteks 2N3055) kujul, mis on konfigureeritud integreeritud ostsillaatori astme kaudu kiirel lülitamisel või võnkumisel selle alus või värav.

Buck-muunduri teine ​​oluline element on induktor L, mis salvestab transistori elektrit selle sisse lülitatud perioodide jooksul ja vabastab selle väljalülitatud perioodide jooksul, hoides koormuse pidevat tarnimist kindlaksmääratud tasemel.

Seda etappi nimetatakse ka 'Hooratas' etapp, kuna selle funktsioon sarnaneb mehaanilise hoorattaga, mis on võimeline välisest allikast pärinevate regulaarsete tõukete abil pidevat ja ühtlast pöörlemist säilitama.

Sisend AC või DC?

Buck-muundur on põhimõtteliselt alalisvoolu-alalisvoolu muunduri vooluahel, mis on ette nähtud toiteallika saamiseks alalisvooluallikast, milleks võib olla aku või päikesepaneel. See võib olla ka vahelduvvoolu-alalisvooluadapteri väljundist, mis saavutatakse sildalaldi ja filtrikondensaatori abil.

Pole tähtis, mis võib olla muunduri sisend-DC allikas, muundatakse see alati kõrgsageduseks, kasutades chopper-ostsillaatori ahelat koos PWM-astmega.

Seejärel juhitakse see sagedus lülitusseadmesse vajalike buck konverterite toimingute jaoks.

Buck Converteri töö

Nagu ülalnimetatud peatükis muunduri tööpõhimõtte osas arutati, ja nagu võib näha järgmiselt skeemilt, sisaldab buck muunduri ahel lülitustransistorit ja sellega seotud hooratta ahelat, mis sisaldab dioodi D1, induktorit L1 ja kondensaatorit C1.

Perioodidel, mil transistor on sisse lülitatud, läbib võimsus kõigepealt läbi transistori ja seejärel läbi induktori L1 ja lõpuks koormusele. Selle käigus üritab induktor selle omase omaduse tõttu seista vastu energia äkilisele sissetoomisele, hoides selles energiat.

See L1 vastuseis pärsib rakendatava sisendi voolu jõudmiseks koormuse saavutamiseks ja algsete lülitushetkede tippväärtuse saavutamiseks.

Vahepeal siseneb transistor lüliti välja lülitamise faasi, katkestades induktori sisendvarustuse.

Kui toiteallikas on välja lülitatud, seisab L1 taas ootamatu voolu muutuse ees ja muutuse kompenseerimiseks loputab see ühendatud koormuse kaudu salvestatud energia välja

Transistori sisselülitamise periood

Viidates ülaltoodud joonisele, võimaldab transistor sisselülitusfaasis jõuda voolu jõudmiseni, kuid sisselülitamise esimestel hetkedel on vool tugevalt piiratud, kuna induktiivpoolid on vastu selle kaudu voolu.

Kuid protsessi käigus reageerib induktiivpool ja kompenseerib käitumise, hoides selles voolu, ja teatud aja jooksul lastakse toiteallikal jõuda koormuseni ja ka kondensaatorile C1, mis hoiab selles ka toite lubatud osa .

Samuti tuleks arvestada, et kuigi ülaltoodud juhtub, kogeb D1-katood täielikku positiivset potentsiaali, mis hoiab seda vastupidiselt kallutatuna, mistõttu on L1 salvestatud energiale võimatu saada koormuse kaudu tagasiteed üle koormuse. See olukord võimaldab induktiivpoolil jätkata energia salvestamist sellesse ilma lekketa.

Transistori väljalülitamise periood

Nüüd viidates ülaltoodud joonisele, kui transistor taastab oma lülitamise, st niipea, kui see on välja lülitatud, tuuakse L1 taas ootamatu voolutühjusega, millele see reageerib, vabastades salvestatud energia koormuse suunas samaväärse potentsiaalse erinevuse kujul.

Kuna T1 on välja lülitatud, vabastatakse D1 katood positiivsest potentsiaalist ja see on lubatud edasipõhise tingimusega.

D1 ettepoole kallutatud seisundi tõttu lastakse vabanenud L1 energial või L1 poolt löödud tagumisel EMF-l tsükkel läbi koormuse D1 ja tagasi L1-le.

Protsessi lõppedes läbib L1 energia koormuse tarbimise tõttu eksponentsiaalse languse. C1 tuleb nüüd appi ja abistab või abistab L1 EMF-i, lisades koormusele enda salvestatud voolu, tagades seeläbi koormusele mõistlikult stabiilse hetkepinge ... kuni transistor lülitub uuesti sisse, et tsüklit tagasi värskendada.

Kogu protseduur võimaldab käivitada soovitud patarei muunduri rakenduse, kus koormuse jaoks on lubatud ainult arvutatud osa toitepingest ja voolust sisendallikast pärineva suhteliselt suurema tipppinge asemel.

Seda võib näha väiksema pulsatsioonilaine kujul sisendallikast pärinevate tohutute ruudulainete asemel.

Ülaltoodud jaotises õppisime täpselt, kuidas buck-muundurid töötavad, järgnevas arutelus uurime põhjalikumalt ja õpime asjakohast valemit buck-muunduritega seotud erinevate parameetrite määramiseks.

Valem Bucki muunduri vooluahela pinge arvutamiseks

Ülaltoodud otsusest võime järeldada, et maksimaalne salvestatud vool L1 sees sõltub transistori sisselülitusajast või L1 tagumist EMF-i saab mõõta L-i sisse- ja väljalülitusaja sobivaks mõõtmiseks, see tähendab ka, et väljund pinget muunduri muunduris saab eelnevalt kindlaks määrata, arvutades T1 ON-aja.

Valemit Buck Converter väljundi väljendamiseks võib näha allpool antud seosest:

V (välja) = {V (sisse) x t (SEES)} / T

kus V (in) on allika pinge, t (ON) on transistori ON aeg,

ja T on PWM-i „perioodiline aeg” või ühe täistsükli periood, see tähendab, et aeg, mis kulub ühe täieliku ON-aja ja ühe täieliku OFF-aja täitmiseks.

Lahendatud näide:

Proovime mõista ülaltoodud valemit lahendatud näitega:

Oletame olukorda, kus buck konverterit kasutatakse V (in) = 24V

T = 2 ms + 2 ms (ON aeg + OFF aeg)

t (ON) = 1 ms

Asendades need ülaltoodud valemis, saame:

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

Seetõttu V (välja) = 6V

Nüüd suurendame transistori aega, muutes t (ON) = 1,5 ms

Seetõttu on V (väljas) = ​​24 x 0,0015 / 0,004 = 9 V

Ülaltoodud näidete põhjal saab üsna selgeks, et pistikumuunduris reguleerib transistori lülitusaeg t (ON) väljundpinget või vajalikku Buki pinget, seega oleks võimalik väärtused vahemikus 0 kuni V (in) saavutada lihtsalt sobiva mõõtmetega Transistori sisselülitamise aeg.

Negatiivsete tarvikute Buck Converter

Siiani arutatud muundurlülitusmuunduri ahel on loodud positiivsete toiteallikate jaoks, kuna väljund suudab sisendmaaga võrreldes tekitada positiivse potentsiaali.

Rakenduste puhul, mis võivad vajada negatiivset pakkumist, võiks kujundust veidi muuta ja muuta selliste rakendustega ühilduvaks.

Ülaltoodud joonis näitab, et lihtsalt induktiivpooli ja dioodi positsioonide vahetamisega võib buck-muunduri väljund ümber pöörata või muuta negatiivseks olemasoleva ühisosa sisendi suhtes.