Κύκλωμα μετατροπέα Dc-dc buck

Σε αυτό το έργο πρόκειται να φτιάξουμε ένα Κύκλωμα μετατροπέα Buck χρησιμοποιώντας Arduino και N-Channel MOSFET με μέγιστη ισχύ ρεύματος 6 αμπέρ. Θα μειώσουμε 12V DC σε οποιαδήποτε τιμή μεταξύ 0 και 10v DC. Μπορούμε να ελέγξουμε την τιμή τάσης εξόδου περιστρέφοντας το ποτενσιόμετρο.

Ένας μετατροπέας buck είναι ένας μετατροπέας DC σε DC, ο οποίος μειώνει την τάση DC. Είναι ακριβώς όπως ένας μετασχηματιστής με μία διαφορά. λαμβάνοντας υπόψη ότι ο μετασχηματιστής μειώνει την τάση AC, ο μετατροπέας buck κατεβαίνει την τάση DC. Η απόδοση του μετατροπέα buck είναι χαμηλότερη από έναν μετασχηματιστή.

Τα βασικά στοιχεία του μετατροπέα buck είναι το mosfet. είτε κανάλι n είτε κανάλι p και γεννήτρια τετραγωνικών παλμών υψηλής συχνότητας (είτε IC χρονοδιακόπτη είτε μικροελεγκτής). Το Arduino χρησιμοποιείται εδώ ως Pulse Generator, ένα 555 Timer IC μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για το σκοπό αυτό. Εδώ έχουμε δείξει αυτόν τον μετατροπέα Buck ελέγχοντας την ταχύτητα DC-Motor με Ποτενσιόμετρο, επίσης δοκιμάσαμε την τάση χρησιμοποιώντας το Πολύμετρο. Δείτε το βίντεο στο τέλος αυτού του άρθρου.

Απαιτούμενα συστατικά:

1. Arduino Uno
2. IRF540Ν
3. Επαγωγέας (100Uh)
4. Πυκνωτής (100uf)
5. Schottky Diode
6. Ποτενσιόμετρο
7. Αντίσταση 10k, 100ohm
8. Φορτώνω
9. Μπαταρία 12v

Διάγραμμα κυκλώματος και συνδέσεις:

Πραγματοποιήστε συνδέσεις όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα κυκλώματος για DC-DC Buck Converter.

1. Συνδέστε έναν ακροδέκτη επαγωγέα στην πηγή mosfet και έναν άλλο σε σειρά LED με αντίσταση 1k. Το φορτίο συνδέεται παράλληλα με αυτήν τη διάταξη.
2. Συνδέστε αντίσταση 10k μεταξύ πύλης και πηγής.
3. Συνδέστε τον πυκνωτή παράλληλα με το φορτίο.
4. Συνδέστε τον θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας στην αποστράγγιση και αρνητικός στον αρνητικό ακροδέκτη του πυκνωτή.
5. Συνδέστε τον ακροδέκτη p της διόδου στο αρνητικό της μπαταρίας και τον ακροδέκτη n απευθείας στην πηγή.
6. Η καρφίτσα PWM του Arduino πηγαίνει στην πύλη του mosfet
7. Η καρφίτσα GND του Arduino πηγαίνει στην πηγή του mosfet. Συνδέστε το εκεί ή το κύκλωμα δεν θα λειτουργήσει.
8. Συνδέστε τους ακραίους ακροδέκτες του ποτενσιόμετρου με τον ακροδέκτη 5v και τον πείρο GND του Arduino αντίστοιχα. Ενώ ο ακροδέκτης υαλοκαθαριστήρα στον αναλογικό πείρο A1.

Λειτουργία του Arduino:

Όπως έχει ήδη εξηγηθεί, ο Arduino στέλνει παλμούς ρολογιού στη βάση του MOSFET. Η συχνότητα αυτών των παλμών ρολογιού είναι περίπου. 65 Khz. Αυτό προκαλεί πολύ γρήγορη εναλλαγή του mosfet και λαμβάνουμε μια μέση τιμή τάσης. Θα πρέπει να μάθετε για το ADC και το PWM στο Arduino, τα οποία θα σας ξεκαθαρίσουν πώς παράγονται παλμοί υψηλής συχνότητας από το Arduino:

• Arduino LED Dimmer με χρήση PWM
• Πώς να χρησιμοποιήσετε το ADC στο Arduino Uno;

Λειτουργία του MOSFET:

Το Mosfet χρησιμοποιείται για δύο σκοπούς:

1. Για εναλλαγή υψηλής τάσης της τάσης εξόδου.
2. Να παρέχει υψηλό ρεύμα με λιγότερη απαγωγή θερμότητας

Λειτουργία επαγωγέα: Ο

επαγωγέας χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των αιχμών τάσης που μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στο mosfet. Ο επαγωγέας αποθηκεύει ενέργεια όταν το mosfet είναι ενεργοποιημένο και απελευθερώνει αυτήν την αποθηκευμένη ενέργεια όταν το mosfet είναι απενεργοποιημένο. Δεδομένου ότι η συχνότητα είναι πολύ υψηλή, η τιμή επαγωγής που απαιτείται για το σκοπό αυτό είναι πολύ χαμηλή (περίπου 100uH).

Λειτουργία της δίοδος Schottky: Η δίοδος

Schottky ολοκληρώνει τον βρόχο ρεύματος όταν το mosfet είναι απενεργοποιημένο και εξασφαλίζοντας έτσι την ομαλή παροχή ρεύματος προς φόρτωση. Εκτός από αυτό, η δίοδος schottky διαλύει πολύ χαμηλή θερμότητα και λειτουργεί καλά σε υψηλότερη συχνότητα από τις κανονικές διόδους.

Λειτουργία LED: Η

φωτεινότητα των LED υποδεικνύει την τάση μείωσης του φορτίου. Καθώς περιστρέφουμε το Ποτενσιόμετρο, η φωτεινότητα των LED ποικίλλει.

Λειτουργία του ποτενσιόμετρου:

Όταν το τερματικό υαλοκαθαριστήρα του ποτενσιόμετρου πετάγεται σε διαφορετική θέση, η τάση μεταξύ του και η γείωση αλλάζει, η οποία με τη σειρά της αλλάζει την αναλογική τιμή που λαμβάνεται από τον ακροδέκτη A1 του arduino. Αυτή η νέα τιμή αντιστοιχεί στη συνέχεια μεταξύ 0 και 255 και στη συνέχεια δίνεται στον ακροδέκτη 6 του Arduino για PWM.

** Ο πυκνωτής εξομαλύνει την τάση που δίνεται στο φορτίο.

Γιατί η αντίσταση μεταξύ πύλης και πηγής;

Ακόμη και ο παραμικρός θόρυβος στην πύλη του MOSFET μπορεί να τον ενεργοποιήσει, επομένως για να αποφευχθεί αυτό, συνιστάται πάντα να συνδέετε αντίσταση υψηλής αξίας μεταξύ πύλης και πηγής.

Επεξήγηση κώδικα:

Ο πλήρης κωδικός Arduino, για την παραγωγή παλμών υψηλής συχνότητας, δίνεται στην ενότητα κώδικα παρακάτω.

Ο κώδικας είναι απλός και αυτονόητος, οπότε εδώ έχουμε εξηγήσει λίγα μόνο μέρη του κώδικα.

Στη μεταβλητή x εκχωρείται η αναλογική τιμή που λαμβάνεται από τον αναλογικό πείρο A0 του Arduino

x = analogRead (A1);

Στη μεταβλητή w εκχωρείται η αντιστοιχισμένη τιμή μεταξύ 0 και 255. Εδώ οι τιμές ADC του Arduino αντιστοιχίζονται σε 2 έως 255 χρησιμοποιώντας τη λειτουργία χάρτη στο Arduino.

w = χάρτης (x, 0,1023,0,255);

Η κανονική συχνότητα PWM για τον πείρο 6 είναι περίπου 1 khz. Αυτή η συχνότητα δεν είναι κατάλληλη για σκοπούς όπως ο μετατροπέας buck. Ως εκ τούτου, αυτή η συχνότητα πρέπει να αυξηθεί σε πολύ υψηλό επίπεδο. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας έναν κωδικό γραμμής σε άκυρη ρύθμιση:

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // αλλαγή συχνότητας pwm σε 65 KHZ περίπου.

Εργασία του DC-DC Buck Converter:

Όταν το κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο, το mosfet ενεργοποιείται και απενεργοποιείται με συχνότητα 65 khz. Αυτό προκαλεί τον επαγωγέα να αποθηκεύει ενέργεια όταν το mosfet είναι ενεργοποιημένο και στη συνέχεια να δίνει αυτήν την αποθηκευμένη ενέργεια για φόρτωση όταν το mosfet απενεργοποιείται. Δεδομένου ότι αυτό συμβαίνει σε πολύ υψηλή συχνότητα, λαμβάνουμε μια μέση τιμή παλμικής τάσης εξόδου ανάλογα με τη θέση του ακροδέκτη υαλοκαθαριστήρα του ποτενσιόμετρου σε σχέση με τον ακροδέκτη 5v. Και καθώς αυτή η τάση μεταξύ του ακροδέκτη υαλοκαθαριστήρα και της γείωσης αυξάνεται, έτσι αυξάνεται και η αντιστοιχισμένη τιμή στον αριθμό pin pwm 6 του Arduino.

Ας υποθέσουμε ότι αυτή η αντιστοιχισμένη τιμή είναι 200. Τότε η τάση PWM στον ακροδέκτη 6 θα είναι στα: = 3,921 βολτ

Και δεδομένου ότι το MOSFET είναι μια συσκευή που εξαρτάται από την τάση, αυτή η τάση pwm καθορίζει τελικά την τάση σε όλο το φορτίο.

Εδώ έχουμε δείξει αυτόν τον μετατροπέα Buck περιστρέφοντας έναν κινητήρα DC και σε πολύμετρο, ελέγξτε το παρακάτω βίντεο. Έχουμε ελέγξει την ταχύτητα του κινητήρα με ποτενσιόμετρο και έχουμε ελέγξει τη φωτεινότητα του LED με ποτενσιόμετρο.