Convertidor de DC/DC Buck

Electrical Engineering

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Overview

Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.

Mientras que es simple paso hacia arriba o abajo AC voltajes y corrientes con transformadores, caminar hacia arriba o abajo DC voltajes y corrientes en forma eficiente y regulada requiere conmutación convertidores de potencia. El convertidor de DC/DC buck chuletas el voltaje de entrada DC usando un interruptor de entrada de la serie, y el voltaje de la picada se filtra a través del filtro de paso bajo de L C para extraer el voltaje de salida promedio. El diodo proporciona una trayectoria para el inductor corriente cuando el interruptor está apagado por parte del período de conmutación. La tensión de salida es menor o igual al voltaje de entrada.

El objetivo de este experimento es estudiar las diferentes características de un convertidor buck. Se observará la capacidad de descender del convertidor en modo de conducción continua (MCC) donde el corriente del inductor es cero. Se utilizará la operación de bucle abierto con una relación de deber conjunto manualmente. Se observará una aproximación de la relación insumo-producto.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Ingeniería eléctrica. Convertidor de DC/DC Buck. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Los reguladores lineares (serie y shunt) pueden proporcionar capacidad de descender, pero son altamente ineficientes cuando la relación de voltaje de salida a la entrada es muy baja. Divisores de voltaje también puede bajar voltaje de C.C., sin embargo, hay ninguna regulación con cargas variables. Convertidores Buck así actualmente eficientes y robustas DC voltaje descender las capacidades.

Con el fin de construir un convertidor buck, podemos comenzar con el circuito que se muestra a continuación en la figura 1. Cuando el interruptor está en la parte (D) el período de conmutación (T), el voltaje de salida (Vo) y el voltaje de entrada (Ven) son iguales. Cuando el interruptor está apagado por una parte (1-D) del período, el voltaje de salida es cero. Esto produce una tensión de salida de onda cuadrada cuyo promedio (muestra los soportes < >) es menor que del voltaje de entrada: < Vo> = VoD + Vo(1-D) = VenD + 0(1-D) = VenD.

Para reducir al mínimo la ondulación de la ondulación corriente de salida y, por tanto, la tensión de salida con una carga resistiva, un inductor se agrega como se muestra en la figura 1. El problema con un inductor es que mantiene un flujo de corriente hasta que se libera toda su energía almacenada, por lo que si el interruptor se apaga, un gran dI/dt se producirá a través del interruptor puesto que corriente tiene que fluir. Por lo tanto, un diodo de rueda libre se agrega para proporcionar una trayectoria de la corriente de inductor, como se muestra en la figura 1. Sin embargo, la inductancia del inductor debe ser muy grande para poder tener la ondulación del voltaje de salida muy baja, y debe agregarse un condensador para reducir el tamaño del inductor y proporcionar una limpiarla tensión de salida en la carga como se muestra en la Fig. 1 d.

Figure 1
Figura 1. Pasos para la construcción de un convertidor buck

Como producto de este experimento, se mostrará que el voltaje de salida promedio aumentará a medida que el ciclo de trabajo, D, aumenta. Con mayores frecuencias de conmutación, la ondulación de voltaje a la salida disminuirá desde el voltaje de carga y tiempos de descarga en el condensador significativamente más cortos con una menor frecuencia de conmutación.

Procedure

Este experimento utilizará el tablero de convertidor DC-DC proporcionado por sistemas de HiRel. http://www.hirelsystems.com/shop/Power-pole-Board.html

Información sobre el funcionamiento de la Junta se puede encontrar en este video de colecciones "Introducción a la Junta de HiRel".

El procedimiento mostrado aquí se aplica a cualquier circuito de convertidor buck simple que puede ser construido en proto boards, tablas de pan o placas de circuito impreso.

1. configuración de la tabla

  1. Conecte la fuente de señal de ±12 en el conector "DIN" pero tener "S90" OFF.
  2. Asegúrese que el selector de control PWM está en la posición de lazo abierto.
  3. Establecer la fuente de corriente continua a 24 V. mantener desconectada de la salida de la Junta.
  4. Antes de conectar la resistencia de carga, ajustar a 12 Ω.
  5. Construya el circuito mostrado en la figura 2 utilizando el MOSFET superior, diodo inferior y tablero magnético de BB. Registre el valor de inductancia que se muestra en el tablero. Observe que el tablero magnético de BB tiene un inductor con dos terminales que se conecte a la Junta de DC-DC convertidor (poste de energía).
    1. Conectar "RL"a través "V2 +" y "COM."
    2. Asegúrese de que la matriz de interruptor para la selección del MOSFET, PWM, y otras configuraciones son como se muestra en la figura 2.

Figure 2
Figura 2 . Circuito convertidor de Buck

2. ajustar la relación de trabajo y frecuencia de conmutación

  1. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
  2. Encienda "S90." Una señal de conexión debe aparecer en la pantalla del osciloscopio.
    1. Ajuste el eje de tiempo de señal para ver dos o tres períodos.
    2. Ajuste el potenciómetro de frecuencia para alcanzar una frecuencia de 100 kHz (período 10µs).
    3. Ajuste el potenciómetro de relación de trabajo para lograr una relación de deber del 50%.

3. Buck Converter pruebas de entrada Variable

  1. Conecte la entrada fuente de alimentación, que ya está establecida en 24 V, "V1 +" y "COM."
  2. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
    1. Conectar la otra sonda a través de la carga. Asegúrese de que el conector de tierra está conectado a "COM."
  3. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media y en vez de la tensión compuerta a fuente (también la relación de deber).
    1. Apunte la corriente de entrada y las lecturas de voltaje en la fuente de alimentación.
  4. Ajuste la tensión de entrada a 21 V, 18 V y 15 V y repita los pasos anteriores para cada uno de estos voltajes.
  5. Desconecte la entrada DC de la fuente y ajustar su salida a 24 V.

4. Buck Converter para derecho Variable relación

  1. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
    1. Conectar la otra sonda a través de la carga. Asegúrese de que el conector de tierra está conectado a "COM."
  2. Conecte la entrada fuente de continua que se establece en 24 V entre "V1 +" y "COM."
  3. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media y en vez de la tensión compuerta a fuente (también la relación de deber).
    1. Apunte la corriente de entrada y las lecturas de voltaje en la fuente de alimentación.
    2. Ajustar la relación de servicio de tres pasos de su elección entre 30% y 70%. Repita los pasos anteriores para cada uno de estos cocientes de tres derechos.
  4. Restablecer la relación de trabajo al 50%.
  5. Desconecte la fuente de entrada.

5. Buck Converter para la Variable frecuencia de conmutación

  1. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
  2. Conectar la otra sonda a través de la carga. Asegúrese de que el conector de tierra está conectado a "COM."
  3. Conecte la entrada fuente de DC "V1 +" y "COM."
  4. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media y en vez de la tensión compuerta a fuente (también la relación de deber).
    1. Registro la entrada de corriente y voltaje en la alimentación de CC de la fuente.
    2. Ajustar la frecuencia de conmutación de tres pasos de su elección entre 5 kHz y 40 kHz. Repita los pasos anteriores para cada uno de estos cocientes de tres derechos.
  5. Apague la fuente de entrada y "S90" y luego desmontar el circuito.

Convertidores Buck generan un DC voltaje de salida menor que la entrada de CC. En otras palabras, abrochar o disminuyendo la tensión de alimentación. Los reguladores lineares utilizados paso voltaje por disipando energía como calor en una resistencia, que se vuelve muy ineficiente con grandes diferencias entre las tensiones de entrada y salidas. Mientras que los componentes resistivos de residuos energía por calentamiento joule, convertidores buck utilizan componentes reactivos que idealmente no disiparán ninguna energía y consecuentemente eficiente pueden disminuir la tensión con un aumento correspondiente en la corriente disponible. En el convertidor buck, un interruptor de trampas la fuente para crear la CA de la entrada a un filtro de paso bajo. El filtro de paso bajo consisten en un inductor y un condensador y extrae el voltaje promedio con sólo pequeñas pérdidas por resistencias parásitas. El resultado es una tensión de salida inferior o igual al voltaje de entrada. Este video se ilustra la construcción de un convertidor buck e investigar cómo cambiar los convertidores de condición de funcionamiento afecta a la tensión de salida.

Este circuito de convertidor buck utiliza un interruptor electrónico para conectar y desconectar un inductor de la fuente de alimentación. Este conmutador tal vez un transistor bipolar, un MOSFET u otro dispositivo electrónico similar. El inductor y un condensador forman un filtro paso bajo con un diodo para proveer un camino para inductor corriente cuando el interruptor está abierto. La salida del filtro paso bajo está conectada a la carga. Un tren de pulsos digital se abre o cierra el interruptor con una relación de deber, D, que es la relación entre el tiempo del período. Cuando el interruptor está cerrado, la entrada al filtro de paso bajo se conecta a voltaje, V en la fuente. El diodo se convierte en retroceso parcial y no realiza y corriente fluye por el inductor. Cuando el interruptor está abierto, este inductor actual debe continuar en la misma dirección y el diodo se convierte en parcial hacia adelante para formar un lazo actual completado. En la entrada del filtro de paso bajo, esta conmutación interruptor produce una onda rectangular que oscila entre los V en aproximadamente cero voltios. Salvo algunos ripple, la salida del filtro es la media de la onda rectangular, que aumenta a medida que aumenta la relación de servicio. En cambio las frecuencias, los condensadores de carga suficientemente alta y descarga tiempos son cortos. Así que el ripple de voltaje se convierte en pequeño y el resultado es una limpio DC salida caminada de la entrada de CC. Dado que el inductor y el condensador son componentes reactivos, idealmente no tener ninguna pérdida de potencia resistiva. El filtro LC ideal entonces es capaz de pasar energía a la carga con 100% de eficiencia. En realidad, la resistencia del alambre del inductor y otras resistencias parásitas en el circuito, reducir la eficiencia en el rango de 80 a 95%. Ahora que lo básico del convertidor buck había sido discutido, vamos a echar un vistazo a cómo camina un convertidor buck voltaje y continuar como modo de conducción, también llamado MCP, una condición cuando el inductor funciona en todo momento con la corriente cero.

Estos experimentos utilizan la placa de poste HiRel sistemas de potencia que está diseñada para la experimentación con diversas tipologías de circuito convertidor DC a DC. Comience asegurándose de que la fuente de señal del interruptor, S90 está apagado. Luego enchufe la fuente de señal conector DIN J90. Ajuste el control PWM jumpers de selección, J62 y J63 a la posición de lazo abierto. Ajuste la fuente de alimentación a 24 voltios positivos, pero no conecte la salida de la fuente de poder a la Junta. Construir el circuito con el MOSFET superior, el inferior diodo y el tablero magnético de BB. Registre el valor del inductor en el tablero magnético de BB. Resistencia de carga RL es un potenciómetro de potencia. Utilice un multímetro para leer su resistencia mientras se ajusta a 12 ohms. Luego, conecte la resistencia de carga entre los bornes V2 + Set COM. cambiar Banco selector S30 como sigue. PWM para el MOSFET superior, usar PWM a bordo y desconectar la carga. A continuación, conecte la sonda diferencial osciloscopios entre borne 15, que es la puerta del MOSFET superior y terminal 11, que es la fuente. Encender interruptor de la fuente de señal, S90 y observar el pulso tren unidades de lo MOSFET. Ajuste el potenciómetro de ajuste de frecuencia, RV60 para producir una frecuencia de conmutación de 100 kilociclos. Ajuste el potenciómetro de la relación de deber, RV63 así que los pulsos tienen un tiempo de cinco microsegundos.

Mantenga la sonda diferencial alcance conectada entre los terminales 15 y 11, que son la fuente de puerta del MOSFET superior respectivamente. Para medir voltaje en la resistencia de carga, RL, conectar la otra sonda diferencial entre los terminales de bornes V2 + y com Connect la fuente de alimentación de entrada, V1 + y com Observe la forma de onda triangular para el voltaje de la salida y el pulso rectangular de tren de la señal de conmutación. Las rampas ascendentes de la tensión de salida se producen cuando se cierra el interruptor del convertidor buck y el inductor es transferencia de energía en el condensador y la carga. Las rampas hacia abajo ocurren cuando el interruptor está abierto, el inductor está desconectado de la fuente de voltaje de entrada y el condensador es renunciar a algunos energía almacenada a la carga. A continuación, medir el valor medio de la tensión de salida y el tiempo de la tensión de la fuente de la puerta. Nota la corriente de entrada y las lecturas de voltaje de la fuente de alimentación. Repita esta prueba después de deber relación potenciómetro RV64 así el tren de pulso tiene relaciones de deber de 0,4, 0,6 y 0,7. Como la relación de deber D aumenta, también aumenta el voltaje de salida promedio del convertidor buck. Idealmente, si D tiene un valor de 0.3, una entrada de 24 voltios genera una potencia de aproximadamente 7,2 voltios. Además, si D es 0,5, entonces salida podría ser de 12 voltios o si D es 0,7, entonces la salida podría ser unos 16,8 voltios y así sucesivamente.

Fijar la relación de deber a 0,5 y luego conecte la fuente de entrada a terminales V1 + y com Set RV60 para producir una frecuencia de conmutación de 100 kilociclos. Como antes, la forma de onda del voltaje de salida es una onda del triángulo resultante del filtro paso bajo en la entrada de la onda rectangular. El voltaje de la fuente de puerta es un tren de pulso digital con una frecuencia de 100 kHz. Un período de 10 microsegundos y un tiempo de cinco microsegundos. Medir el valor medio de la tensión de salida y el tiempo de la puerta al voltaje de la fuente. Nota la corriente de entrada y las lecturas de voltaje de la fuente de alimentación. Repita esta prueba después de ajustar la RV60 a una frecuencia de conmutación de 10, 20 y 40 kilociclos con la relación de deber fijada en 0.5. A medida que la frecuencia aumenta, la ondulación de la salida disminuye porque el capacitor carga y descarga de las épocas también disminución. En general, la tensión de salida es en este experimento son menos de lo esperado de la relación ideal. Esta desviación es el resultado del elemento parásito como resistencia en el inductor y otras resistencias en el circuito, que crear caídas de tensión no son ideales y pérdida de energía no contabilizada.

Convertidor Buck proporcionar regulación de tensión bien controlada con un paso que lo acompaña hasta en corriente, haciéndolos crucial para aplicaciones relacionadas con pérdida de energía mínima en el proceso de conversión. Consumo de energía en portátiles ha disminuido considerablemente debido al desarrollo de microprocesadores que funcionan con sólo 1,8 o 0,8 voltios. Ordenadores portátiles y dispositivos de control remoto uso buck convertidores para reducir el voltaje de las baterías de litio a estos bajos valores, ampliando la vida útil de la batería y la versión batería actual para abastecer las necesidades de los circuitos integrados con millones de transistores. Dispositivos electrónicos tales como teléfonos móviles utilizan baterías de iones de litio con una tensión nominal de la célula, alrededor de 3.6 a 3.7 voltios. Sin embargo, los cargadores estandarizados con los conectores USB fuente de 5 volts. Un convertidor buck en el dispositivo electrónico pasos hacia abajo de la salida USB a la tensión más baja necesaria para cargar la batería de litio.

Sólo ha visto introducción de Zeus para buck convertidores. Ahora debe comprender su funcionamiento y cómo la salida de CC depende de la relación de trabajo y frecuencia de conmutación. Gracias por ver.

Results

Se espera la relación de voltaje de entrada de salida de un convertidor buck ideal para ser relacionado con el ciclo de trabajo o relación de deber D. Si el voltaje de entrada es Ven y la tensión de salida es Va, Va /Ven = D, donde 0≤D≤ 100%. Por lo tanto, para un voltaje de entrada de 24 V, ≈ Va12 V para D = 50%, Vout≈ 7.2 V para D = 30% y Va≈ 16,8 V d = 70%. Sin embargo, la tensión de salida será menor de lo esperado de la relación ideal, que es lineal con la relación de trabajo, y la razón principal es que el modelo del convertidor buck ideal no tiene en cuenta para no ideales y caídas de voltaje en el convertidor.

Applications and Summary

Convertidores Buck son muy comunes en los cargadores de dispositivo electrónico donde ofrecen regulación de voltaje excelentes para cargar la batería. Comúnmente se utilizan en fuentes de alimentación que ordenadores, circuitos integrados y las tarjetas electrónicas de alimentación, así como en aplicaciones de energías renovables y la batería alimenta sistemas.

Este experimento utilizará el tablero de convertidor DC-DC proporcionado por sistemas de HiRel. http://www.hirelsystems.com/shop/Power-pole-Board.html

Información sobre el funcionamiento de la Junta se puede encontrar en este video de colecciones "Introducción a la Junta de HiRel".

El procedimiento mostrado aquí se aplica a cualquier circuito de convertidor buck simple que puede ser construido en proto boards, tablas de pan o placas de circuito impreso.

1. configuración de la tabla

  1. Conecte la fuente de señal de ±12 en el conector "DIN" pero tener "S90" OFF.
  2. Asegúrese que el selector de control PWM está en la posición de lazo abierto.
  3. Establecer la fuente de corriente continua a 24 V. mantener desconectada de la salida de la Junta.
  4. Antes de conectar la resistencia de carga, ajustar a 12 Ω.
  5. Construya el circuito mostrado en la figura 2 utilizando el MOSFET superior, diodo inferior y tablero magnético de BB. Registre el valor de inductancia que se muestra en el tablero. Observe que el tablero magnético de BB tiene un inductor con dos terminales que se conecte a la Junta de DC-DC convertidor (poste de energía).
    1. Conectar "RL"a través "V2 +" y "COM."
    2. Asegúrese de que la matriz de interruptor para la selección del MOSFET, PWM, y otras configuraciones son como se muestra en la figura 2.

Figure 2
Figura 2 . Circuito convertidor de Buck

2. ajustar la relación de trabajo y frecuencia de conmutación

  1. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
  2. Encienda "S90." Una señal de conexión debe aparecer en la pantalla del osciloscopio.
    1. Ajuste el eje de tiempo de señal para ver dos o tres períodos.
    2. Ajuste el potenciómetro de frecuencia para alcanzar una frecuencia de 100 kHz (período 10µs).
    3. Ajuste el potenciómetro de relación de trabajo para lograr una relación de deber del 50%.

3. Buck Converter pruebas de entrada Variable

  1. Conecte la entrada fuente de alimentación, que ya está establecida en 24 V, "V1 +" y "COM."
  2. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
    1. Conectar la otra sonda a través de la carga. Asegúrese de que el conector de tierra está conectado a "COM."
  3. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media y en vez de la tensión compuerta a fuente (también la relación de deber).
    1. Apunte la corriente de entrada y las lecturas de voltaje en la fuente de alimentación.
  4. Ajuste la tensión de entrada a 21 V, 18 V y 15 V y repita los pasos anteriores para cada uno de estos voltajes.
  5. Desconecte la entrada DC de la fuente y ajustar su salida a 24 V.

4. Buck Converter para derecho Variable relación

  1. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
    1. Conectar la otra sonda a través de la carga. Asegúrese de que el conector de tierra está conectado a "COM."
  2. Conecte la entrada fuente de continua que se establece en 24 V entre "V1 +" y "COM."
  3. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media y en vez de la tensión compuerta a fuente (también la relación de deber).
    1. Apunte la corriente de entrada y las lecturas de voltaje en la fuente de alimentación.
    2. Ajustar la relación de servicio de tres pasos de su elección entre 30% y 70%. Repita los pasos anteriores para cada uno de estos cocientes de tres derechos.
  4. Restablecer la relación de trabajo al 50%.
  5. Desconecte la fuente de entrada.

5. Buck Converter para la Variable frecuencia de conmutación

  1. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta a la fuente del MOSFET superior.
  2. Conectar la otra sonda a través de la carga. Asegúrese de que el conector de tierra está conectado a "COM."
  3. Conecte la entrada fuente de DC "V1 +" y "COM."
  4. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media y en vez de la tensión compuerta a fuente (también la relación de deber).
    1. Registro la entrada de corriente y voltaje en la alimentación de CC de la fuente.
    2. Ajustar la frecuencia de conmutación de tres pasos de su elección entre 5 kHz y 40 kHz. Repita los pasos anteriores para cada uno de estos cocientes de tres derechos.
  5. Apague la fuente de entrada y "S90" y luego desmontar el circuito.

Convertidores Buck generan un DC voltaje de salida menor que la entrada de CC. En otras palabras, abrochar o disminuyendo la tensión de alimentación. Los reguladores lineares utilizados paso voltaje por disipando energía como calor en una resistencia, que se vuelve muy ineficiente con grandes diferencias entre las tensiones de entrada y salidas. Mientras que los componentes resistivos de residuos energía por calentamiento joule, convertidores buck utilizan componentes reactivos que idealmente no disiparán ninguna energía y consecuentemente eficiente pueden disminuir la tensión con un aumento correspondiente en la corriente disponible. En el convertidor buck, un interruptor de trampas la fuente para crear la CA de la entrada a un filtro de paso bajo. El filtro de paso bajo consisten en un inductor y un condensador y extrae el voltaje promedio con sólo pequeñas pérdidas por resistencias parásitas. El resultado es una tensión de salida inferior o igual al voltaje de entrada. Este video se ilustra la construcción de un convertidor buck e investigar cómo cambiar los convertidores de condición de funcionamiento afecta a la tensión de salida.

Este circuito de convertidor buck utiliza un interruptor electrónico para conectar y desconectar un inductor de la fuente de alimentación. Este conmutador tal vez un transistor bipolar, un MOSFET u otro dispositivo electrónico similar. El inductor y un condensador forman un filtro paso bajo con un diodo para proveer un camino para inductor corriente cuando el interruptor está abierto. La salida del filtro paso bajo está conectada a la carga. Un tren de pulsos digital se abre o cierra el interruptor con una relación de deber, D, que es la relación entre el tiempo del período. Cuando el interruptor está cerrado, la entrada al filtro de paso bajo se conecta a voltaje, V en la fuente. El diodo se convierte en retroceso parcial y no realiza y corriente fluye por el inductor. Cuando el interruptor está abierto, este inductor actual debe continuar en la misma dirección y el diodo se convierte en parcial hacia adelante para formar un lazo actual completado. En la entrada del filtro de paso bajo, esta conmutación interruptor produce una onda rectangular que oscila entre los V en aproximadamente cero voltios. Salvo algunos ripple, la salida del filtro es la media de la onda rectangular, que aumenta a medida que aumenta la relación de servicio. En cambio las frecuencias, los condensadores de carga suficientemente alta y descarga tiempos son cortos. Así que el ripple de voltaje se convierte en pequeño y el resultado es una limpio DC salida caminada de la entrada de CC. Dado que el inductor y el condensador son componentes reactivos, idealmente no tener ninguna pérdida de potencia resistiva. El filtro LC ideal entonces es capaz de pasar energía a la carga con 100% de eficiencia. En realidad, la resistencia del alambre del inductor y otras resistencias parásitas en el circuito, reducir la eficiencia en el rango de 80 a 95%. Ahora que lo básico del convertidor buck había sido discutido, vamos a echar un vistazo a cómo camina un convertidor buck voltaje y continuar como modo de conducción, también llamado MCP, una condición cuando el inductor funciona en todo momento con la corriente cero.

Estos experimentos utilizan la placa de poste HiRel sistemas de potencia que está diseñada para la experimentación con diversas tipologías de circuito convertidor DC a DC. Comience asegurándose de que la fuente de señal del interruptor, S90 está apagado. Luego enchufe la fuente de señal conector DIN J90. Ajuste el control PWM jumpers de selección, J62 y J63 a la posición de lazo abierto. Ajuste la fuente de alimentación a 24 voltios positivos, pero no conecte la salida de la fuente de poder a la Junta. Construir el circuito con el MOSFET superior, el inferior diodo y el tablero magnético de BB. Registre el valor del inductor en el tablero magnético de BB. Resistencia de carga RL es un potenciómetro de potencia. Utilice un multímetro para leer su resistencia mientras se ajusta a 12 ohms. Luego, conecte la resistencia de carga entre los bornes V2 + Set COM. cambiar Banco selector S30 como sigue. PWM para el MOSFET superior, usar PWM a bordo y desconectar la carga. A continuación, conecte la sonda diferencial osciloscopios entre borne 15, que es la puerta del MOSFET superior y terminal 11, que es la fuente. Encender interruptor de la fuente de señal, S90 y observar el pulso tren unidades de lo MOSFET. Ajuste el potenciómetro de ajuste de frecuencia, RV60 para producir una frecuencia de conmutación de 100 kilociclos. Ajuste el potenciómetro de la relación de deber, RV63 así que los pulsos tienen un tiempo de cinco microsegundos.

Mantenga la sonda diferencial alcance conectada entre los terminales 15 y 11, que son la fuente de puerta del MOSFET superior respectivamente. Para medir voltaje en la resistencia de carga, RL, conectar la otra sonda diferencial entre los terminales de bornes V2 + y com Connect la fuente de alimentación de entrada, V1 + y com Observe la forma de onda triangular para el voltaje de la salida y el pulso rectangular de tren de la señal de conmutación. Las rampas ascendentes de la tensión de salida se producen cuando se cierra el interruptor del convertidor buck y el inductor es transferencia de energía en el condensador y la carga. Las rampas hacia abajo ocurren cuando el interruptor está abierto, el inductor está desconectado de la fuente de voltaje de entrada y el condensador es renunciar a algunos energía almacenada a la carga. A continuación, medir el valor medio de la tensión de salida y el tiempo de la tensión de la fuente de la puerta. Nota la corriente de entrada y las lecturas de voltaje de la fuente de alimentación. Repita esta prueba después de deber relación potenciómetro RV64 así el tren de pulso tiene relaciones de deber de 0,4, 0,6 y 0,7. Como la relación de deber D aumenta, también aumenta el voltaje de salida promedio del convertidor buck. Idealmente, si D tiene un valor de 0.3, una entrada de 24 voltios genera una potencia de aproximadamente 7,2 voltios. Además, si D es 0,5, entonces salida podría ser de 12 voltios o si D es 0,7, entonces la salida podría ser unos 16,8 voltios y así sucesivamente.

Fijar la relación de deber a 0,5 y luego conecte la fuente de entrada a terminales V1 + y com Set RV60 para producir una frecuencia de conmutación de 100 kilociclos. Como antes, la forma de onda del voltaje de salida es una onda del triángulo resultante del filtro paso bajo en la entrada de la onda rectangular. El voltaje de la fuente de puerta es un tren de pulso digital con una frecuencia de 100 kHz. Un período de 10 microsegundos y un tiempo de cinco microsegundos. Medir el valor medio de la tensión de salida y el tiempo de la puerta al voltaje de la fuente. Nota la corriente de entrada y las lecturas de voltaje de la fuente de alimentación. Repita esta prueba después de ajustar la RV60 a una frecuencia de conmutación de 10, 20 y 40 kilociclos con la relación de deber fijada en 0.5. A medida que la frecuencia aumenta, la ondulación de la salida disminuye porque el capacitor carga y descarga de las épocas también disminución. En general, la tensión de salida es en este experimento son menos de lo esperado de la relación ideal. Esta desviación es el resultado del elemento parásito como resistencia en el inductor y otras resistencias en el circuito, que crear caídas de tensión no son ideales y pérdida de energía no contabilizada.

Convertidor Buck proporcionar regulación de tensión bien controlada con un paso que lo acompaña hasta en corriente, haciéndolos crucial para aplicaciones relacionadas con pérdida de energía mínima en el proceso de conversión. Consumo de energía en portátiles ha disminuido considerablemente debido al desarrollo de microprocesadores que funcionan con sólo 1,8 o 0,8 voltios. Ordenadores portátiles y dispositivos de control remoto uso buck convertidores para reducir el voltaje de las baterías de litio a estos bajos valores, ampliando la vida útil de la batería y la versión batería actual para abastecer las necesidades de los circuitos integrados con millones de transistores. Dispositivos electrónicos tales como teléfonos móviles utilizan baterías de iones de litio con una tensión nominal de la célula, alrededor de 3.6 a 3.7 voltios. Sin embargo, los cargadores estandarizados con los conectores USB fuente de 5 volts. Un convertidor buck en el dispositivo electrónico pasos hacia abajo de la salida USB a la tensión más baja necesaria para cargar la batería de litio.

Sólo ha visto introducción de Zeus para buck convertidores. Ahora debe comprender su funcionamiento y cómo la salida de CC depende de la relación de trabajo y frecuencia de conmutación. Gracias por ver.

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