Convertisseur Buck DC/DC

Electrical Engineering

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Overview

Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.

Bien qu’il soit simple d’étape vers le haut ou vers le bas des tensions et des courants à l’aide de transformateurs, pas à pas monter ou descendre les courants et les tensions continues d’une manière efficace et réglementée nécessite convertisseurs de puissance de commutation. Convertisseur DC/DC buck côtelettes de la tension d’entrée à l’aide d’un sélecteur d’entrée de la série, et la tension hachée est filtrée par le filtre passe-bas de L-C pour extraire la tension moyenne de sortie. La diode fournit un chemin pour l’inductance lorsque l’interrupteur est éteint pendant une partie de la période de commutation. La tension de sortie est inférieure ou égale à la tension d’entrée.

L’objectif de cette expérience est d’étudier les différentes caractéristiques d’un convertisseur buck. On observera la capacité abaisseur du convertisseur sous le mode de conduction continue (MPC) où l’inductance est différent de zéro. Opération de boucle ouverte avec un ratio de devoir manuellement-set sera utilisée. On observera une approximation de la relation entrée-sortie.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Génie électrique. Convertisseur Buck DC/DC. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Régulateurs linéaires (série et shunt) peuvent fournir une fonction Step-Down, mais sont très inefficaces lorsque le rapport à-tension d’entrée sortie est très faible. Diviseurs de tension peut également démissionner de tension continue, cependant, il n’y a aucune réglementation impliqués avec des charges variables. Convertisseurs Buck présentent donc efficaces et robustes DC tension abaisseurs capacités.

Afin de construire un convertisseur buck, nous pouvons commencer avec le circuit illustré ci-dessous en figure 1 (a). Lorsque l’interrupteur est sur une partie (D) de la période de commutation (T), la tension de sortie (Vo) et de la tension d’entrée (Vde) sont égaux. Lorsque l’interrupteur est éteint pendant une partie (1D) de la période, la tension de sortie est nulle. Il produit une tension de sortie de l’onde carrée (illustrée par supports < >) dont la moyenne est inférieure à celle de la tension d’entrée : < Vo> = VoV D +o(1D) = VenD + 0(1-D) = VdansD.

Afin de réduire au minimum l’ondulation de courant de sortie et donc la tension de sortie en courant continu avec une charge résistive, un inducteur est ajouté comme indiqué dans la Fig. 1 (b). Le problème avec un inducteur, c’est qu’il maintient courant jusqu'à ce que toute son énergie stockée est sorti, donc si l’interrupteur s’éteint, un grand dI/dt se produira à travers le commutateur puisque courant doit couler. Par conséquent, une diode de roue libre est ajoutée pour fournir un passage de courant inducteur comme sur la Fig. 1 (c). Cependant, l’inductance de la bobine devra être très grand afin d’avoir l’ondulation de tension de sortie très faible, et un condensateur doit être ajouté pour réduire la taille de l’inducteur et fournir une tension propre à la charge de sortie comme sur la Fig. 1 (d).

Figure 1
La figure 1. Étapes pour construire un convertisseur buck

Comme le produit de cette expérience, il sera montré que la tension de sortie moyenne augmentera à mesure que le rapport cyclique, D, augmente. Avec plus haut fréquences de commutation, l’ondulation de tension à la sortie va diminuer depuis la tension de charge et décharge fois à condensateur deviennent beaucoup plus courts avec une fréquence de commutation une diminution.

Procedure

Cette expérience utilisera la carte de convertisseur DC / DC offertes par les systèmes de HiRel. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.html

Informations relatives au fonctionnement du Conseil d’administration peuvent être trouvées dans cette vidéo de collections « Introduction à la Commission HiRel. »

La procédure présentée ici s’applique à n’importe quel circuit de convertisseur buck simple qui peut être construit sur proto planches, planches à pain ou de circuits imprimés.

1. le programme d’installation Office

  1. Branchez l’alimentation ±12 de signal au niveau du connecteur « DIN » mais garder « S90 » OFF.
  2. Assurez-vous que le sélecteur de contrôle PWM est en position de boucle ouverte.
  3. Prévoyez l’alimentation DC 24 V. garder la sortie débranchée de la carte.
  4. Avant de raccorder la résistance de charge, ajusté à 12 Ω.
  5. Construire le circuit représenté sur la figure 2 en utilisant les MOSFET supérieur et inférieur diode tableau magnétique de BB. Enregistrer la valeur de l’inductance affichée dans le jury. Notez que le tableau magnétique BB a une inductance avec deux terminaux qui se branchent au Conseil DC-DC converter (poteau-électricité).
    1. Connectez R «L« à travers « V2 + » et « com ».
    2. Assurez-vous que le tableau de commutateur de sélection de MOSFET, sélection de PWM, et les autres paramètres sont tel qu’illustré à la Fig. 2.

Figure 2
Figure 2 . Buck circuit convertisseur

2. ajuster le taux de l’obligation et la fréquence de commutation

  1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
  2. Tourner sur « S90. » Un signal de commutation doit apparaître sur l’écran de l’oscilloscope.
    1. Ajustez l’axe du temps signal pour voir deux ou trois périodes.
    2. Régler le potentiomètre de fréquence pour atteindre une fréquence de 100 kHz (période de 10µs).
    3. Régler le potentiomètre de ratio de devoir pour atteindre un ratio de 50 % duty.

3. Buck Converter tests d’entrée Variable

  1. Connecter l’entrée alimentation CC, qui est déjà fixée à 24 V, pour les « V1 + » et « com ».
  2. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
    1. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
  3. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
    1. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
  4. Régler la tension d’entrée à 21 V et 18 V à 15 V et répétez les étapes ci-dessus pour chacune de ces tensions.
  5. Déconnecter l’entrée DC fournir et ajuster sa production à 24V.

4. Buck Converter stable pour les taux de droit Variable

  1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
    1. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
  2. Connecter l’entrée alimentation CC qui est réglée sur 24 V entre « V1 + » et « com ».
  3. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
    1. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
    2. Ajuster le ratio de devoir pour les trois étapes de votre choix entre 30 % et 70 %. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces ratios de trois fonctions.
  4. Réinitialiser le rapport entre le droit à 50 %.
  5. Couper l’alimentation d’entrée de DC.

5. Buck Converter essais à fréquence de découpage Variable

  1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
  2. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
  3. Raccorder l’alimentation d’entrée DC « V1 + » et « com ».
  4. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
    1. Le courant d’entrée d’enregistrement et lecture sur le courant continu de tension d’alimentation.
    2. Régler la fréquence de commutation pour trois étapes de votre choix entre 5 et 40 kHz. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces ratios de trois fonctions.
  5. Couper l’alimentation DC et « S90 » et puis démonter le circuit.

Convertisseurs Buck génèrent une tension de sortie DC qui est inférieur à l’entrée de C.C. En d’autres termes, flambage vers le bas ou en diminuant la tension d’alimentation. Les régulateurs linéaires couramment utilisés démissionner de tension en dissipant l’énergie sous forme de chaleur dans une résistance, qui devient très inefficace avec de grandes différences entre les tensions d’entrée et de sortie. Alors que composants résistifs résidus power par l’intermédiaire de chauffage joule, buck convertisseurs utilisent des réactifs qui ne dissipent idéalement aucun pouvoir et par conséquent peuvent diminuer efficacement la tension avec une augmentation correspondante de courant disponible. Dans le convertisseur buck, un commutateur emprisonne l’alimentation CC pour créer l’entrée d’un filtre passe bas ca. Le filtre passe-bas se composent d’une inductance et d’un condensateur et extraits de la tension moyenne avec seulement de faibles pertes en raison de résistances parasites. Il en résulte une tension de sortie inférieure ou égale à la tension d’entrée. Cette vidéo va illustrer la construction d’un convertisseur buck et étudier comment changer les convertisseurs en bonne condition de fonctionnement affecte sa tension de sortie.

Ce circuit de convertisseur buck utilise un interrupteur électronique pour connecter et déconnecter un inducteur du bloc d’alimentation DC. Ce sélecteur peut-être un transistor bipolaire, un MOSFET ou autre dispositif électronique similaire. L’inducteur et un condensateur forment un filtre passe-bas avec une diode pour fournir un chemin d’accès pour l’inducteur actuels lorsque l’interrupteur est ouvert. La sortie du filtre passe-bas est connectée à la charge. Un train d’impulsions numériques ouvre ou ferme l’interrupteur avec un rapport de droit, D, qui est le rapport entre la durée de la période. Lorsque l’interrupteur est fermé, l’entrée vers le filtre passe-bas est connectée pour V de tension d’alimentation. La diode devient inverse biaisée et ne procède pas et le courant circule à travers l’inducteur. Lorsque l’interrupteur est ouvert, cette inductance doit continuer dans le même sens et la diode devient biaisée vers l’avant pour former une boucle de courant complete. À l’entrée du filtre passe-bas, cette commutation interrupteur produit une onde rectangulaire qui oscille entre V dans en environ zéro Volt. À l’exception de quelques ondulation, la sortie du filtre est la moyenne de l’onde rectangulaire, qui augmente à mesure que le rapport d’obligation augmente. À suffisamment élevée de commutation des fréquences, les condensateurs de charge et décharge les durées sont courtes. Ainsi, l’ondulation de tension devienne petite et le résultat est une propre sortie DC démissionnée de l’entrée de C.C. Car l’inductance et le condensateur sont réactifs, ils ont idéalement sans perte de puissance résistifs. Le filtre LC idéal est alors capable de transmettre la puissance à la charge avec une efficacité de 100 %. En réalité, la résistance du fil de l’inducteur et autres résistances parasites dans le circuit, réduire l’efficacité à l’ordre de 80 à 95 %. Maintenant que les bases du convertisseur buck avaient été discutés, nous allons jeter un oeil à la façon dont un convertisseur buck quitte la tension et continuer comme mode de conduction, également appelée CCM, une condition où l’inductance fonctionne à tout moment avec courant non nul.

Ces expériences utilisent la carte de pôle de puissance HiRel systèmes conçue pour l’expérimentation de différentes topologies de circuit convertisseur CC à CC. BEGIN en veillant à ce que l’approvisionnement en signal interrupteur, S90 est désactivé. Puis branchez l’alimentation signal connecteur DIN J90. Réglez le PWM cavaliers de sélection, J62 et J63 à la position de la boucle ouverte. Ajuster l’alimentation positives 24 volts DC, mais ne pas brancher la sortie de l’alimentation à la carte. Construire le circuit avec le MOSFET supérieur, la diode inférieure et le tableau magnétique de BB. Enregistrez la valeur de l’inductance sur le tableau magnétique de BB. Résistance de charge RL est un potentiomètre de puissance. Utiliser un multimètre pour lire sa résistance tout en ajustant aux 12 ohms. Ensuite connecter la résistance de charge entre les bornes V2 + Set COM. passer Banque sélecteur S30 comme suit. PWM à MOSFET supérieur, utilisez PWM à bord et hors charge. Ensuite, connecter la sonde différentielle oscilloscopes entre borne 15, qui est la porte du MOSFET supérieur et la borne 11, qui est la source. Mettre en marche l’interrupteur d’alimentation de signal, S90 et observer le pouls à former cette lecteurs du MOSFET. Réglez le potentiomètre de réglage de fréquence, RV60 pour produire une fréquence de découpage de 100 kilohertz. Réglez le potentiomètre de ratio de devoir, RV63 donc les impulsions ont un délais de cinq microsecondes.

Garder la sonde portée différentielle entre les bornes 15 et 11, qui sont respectivement la porte et la source du MOSFET supérieur. Pour mesurer la tension aux bornes de la résistance de charge, RL, raccorder l’autre sonde différentielle entre les bornes bornes V2 + et COM. Connectez l’alimentation CC à l’entrée, V1 + et comm. Observez la forme d’onde triangulaire pour la tension de sortie et les impulsions rectangulaires s’entraînent de la signal de commutation. Les rampes à la hausse de la tension de sortie se produisent lorsque l’interrupteur du convertisseur buck est fermé et l’inducteur est transmission d’énergie pour le condensateur et la charge. Les rampes à la baisse se produisent lorsque l’interrupteur est ouvert, l’inducteur est déconnecté de la source de tension d’entrée et le condensateur est d’abandonner certains énergie stockée à la charge. Ensuite, mesurer la valeur moyenne de la tension de sortie et la durée de la source de tension de grille. Notez le courant d’entrée et des lectures de tension du bloc d’alimentation DC. Répéter ce test après avoir réglé le potentiomètre de ratio de devoir, RV64 donc le train d’impulsions a rapports d’obligation de 0,4, 0,6 et 0,7. Comme le rapport entre le devoir D augmente, la tension moyenne de sortie du convertisseur buck augmente également. Idéalement, si D a une valeur de 0,3, puis une entrée de 24 volts génère une sortie d’environ 7,2 volts. De même, si D est de 0,5, puis sortie serait environ 12 volts ou si D est de 0,7, le résultat serait environ 16,8 volts et ainsi de suite.

Le ratio de devoir la valeur 0,5 et puis connectez l’entrée alimentation CC aux bornes V1 + et COM. Set RV60 pour produire une fréquence de découpage de 100 kilohertz. Comme avant, la forme d’onde de tension de sortie est une onde triangulaire résultant du filtre passe-bas agissant sur l’onde rectangulaire d’entrée. La source de tension gate est un train d’impulsions numériques avec une fréquence de 100 kilohertz. Une période de 10 microsecondes et un délais de cinq microsecondes. Mesurer la valeur moyenne de la tension de sortie et la durée du portail à la tension de la source. Notez le courant d’entrée et des lectures de tension du bloc d’alimentation DC. Répéter ce test après ajustement RV60 à une fréquence de découpage de 10, 20 et 40 kilohertz avec le rapport de douane fixé à 0,5. Lorsque la fréquence augmente, l’ondulation de sortie diminue parce que condensateur charge et décharge fois aussi diminution. En général, la tension de sortie est de cette expérience sont moindre que prévu de la relation idéale. Cet écart est le résultat d’un élément parasite tels que la résistance du fil dans l’inducteur et autres résistances dans le circuit, entraînant des chutes de tension non-idéal et perte d’énergie non comptabilisées.

Convertisseur Buck procure la régulation de tension bien contrôlée avec un accompagnement pas jusqu'à en courant, ce qui les rend crucial pour les applications concernées par la perte de puissance minimale dans le processus de conversion. Consommation d’énergie dans les ordinateurs portables a diminué considérablement en raison du développement des microprocesseurs qui fonctionnent avec seulement 1,8 ou 0,8 volts. Ordinateurs portables et appareils contrôlés à distance utilisation buck convertisseurs pour réduire la tension des batteries au lithium à ces faibles valeurs, prolonger leur autonomie utile et intensifier la batterie actuelle pour répondre aux besoins des circuits intégrés avec des millions de transistors. Appareils électroniques comme les téléphones cellulaires utilisent des batteries lithium-ion avec une tension nominale, environ 3,6 à 3,7 volts. Cependant, chargeurs de batterie normalisée avec les connecteurs USB alimentation 5 volts. Un convertisseur buck dans le dispositif électronique descend la sortie USB pour la basse tension nécessaire pour recharger la batterie lithium-ion.

Vous avez juste regardé introduction de Jove pour convertisseurs de buck. Vous devez maintenant comprendre leur fonctionnement et comment la sortie CC dépend du ratio de devoir et la fréquence de découpage. Merci de regarder.

Results

Il est prévu la relation tension d’entrée-sortie d’un convertisseur buck idéal pour être relié au rapport cyclique ou facteur d’obligation D. Si la tension d’entrée est Vdans et la tension de sortie est Và, Và /Ven = D, où 0≤D≤ 100 %. Par conséquent, pour une tension de 24 V, Và≈ 12 V pour D = 50 %, Vout≈ 7.2 V pour D = 30 % et Và≈ 16,8 V pour D = 70 %. Néanmoins, la tension de sortie sera plus faible que prévu de la relation idéale, qui est linéaire avec un rapport de droit, et la raison principale est que le modèle de convertisseur buck idéal ne tient pas compte de la non-idealities et tension descend dans le convertisseur.

Applications and Summary

Convertisseurs Buck sont très fréquents dans les chargeurs de périphérique électronique où ils fournissent la régulation de tension excellent requise pour charger les batteries. Ils sont couramment utilisés dans les blocs d’alimentation qui équipent les ordinateurs, les circuits intégrés et les cartes électroniques, ainsi que dans les applications de l’énergie renouvelable et batterie nourris des systèmes.

Cette expérience utilisera la carte de convertisseur DC / DC offertes par les systèmes de HiRel. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.html

Informations relatives au fonctionnement du Conseil d’administration peuvent être trouvées dans cette vidéo de collections « Introduction à la Commission HiRel. »

La procédure présentée ici s’applique à n’importe quel circuit de convertisseur buck simple qui peut être construit sur proto planches, planches à pain ou de circuits imprimés.

1. le programme d’installation Office

  1. Branchez l’alimentation ±12 de signal au niveau du connecteur « DIN » mais garder « S90 » OFF.
  2. Assurez-vous que le sélecteur de contrôle PWM est en position de boucle ouverte.
  3. Prévoyez l’alimentation DC 24 V. garder la sortie débranchée de la carte.
  4. Avant de raccorder la résistance de charge, ajusté à 12 Ω.
  5. Construire le circuit représenté sur la figure 2 en utilisant les MOSFET supérieur et inférieur diode tableau magnétique de BB. Enregistrer la valeur de l’inductance affichée dans le jury. Notez que le tableau magnétique BB a une inductance avec deux terminaux qui se branchent au Conseil DC-DC converter (poteau-électricité).
    1. Connectez R «L« à travers « V2 + » et « com ».
    2. Assurez-vous que le tableau de commutateur de sélection de MOSFET, sélection de PWM, et les autres paramètres sont tel qu’illustré à la Fig. 2.

Figure 2
Figure 2 . Buck circuit convertisseur

2. ajuster le taux de l’obligation et la fréquence de commutation

  1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
  2. Tourner sur « S90. » Un signal de commutation doit apparaître sur l’écran de l’oscilloscope.
    1. Ajustez l’axe du temps signal pour voir deux ou trois périodes.
    2. Régler le potentiomètre de fréquence pour atteindre une fréquence de 100 kHz (période de 10µs).
    3. Régler le potentiomètre de ratio de devoir pour atteindre un ratio de 50 % duty.

3. Buck Converter tests d’entrée Variable

  1. Connecter l’entrée alimentation CC, qui est déjà fixée à 24 V, pour les « V1 + » et « com ».
  2. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
    1. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
  3. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
    1. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
  4. Régler la tension d’entrée à 21 V et 18 V à 15 V et répétez les étapes ci-dessus pour chacune de ces tensions.
  5. Déconnecter l’entrée DC fournir et ajuster sa production à 24V.

4. Buck Converter stable pour les taux de droit Variable

  1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
    1. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
  2. Connecter l’entrée alimentation CC qui est réglée sur 24 V entre « V1 + » et « com ».
  3. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
    1. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
    2. Ajuster le ratio de devoir pour les trois étapes de votre choix entre 30 % et 70 %. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces ratios de trois fonctions.
  4. Réinitialiser le rapport entre le droit à 50 %.
  5. Couper l’alimentation d’entrée de DC.

5. Buck Converter essais à fréquence de découpage Variable

  1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET supérieur.
  2. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
  3. Raccorder l’alimentation d’entrée DC « V1 + » et « com ».
  4. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
    1. Le courant d’entrée d’enregistrement et lecture sur le courant continu de tension d’alimentation.
    2. Régler la fréquence de commutation pour trois étapes de votre choix entre 5 et 40 kHz. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces ratios de trois fonctions.
  5. Couper l’alimentation DC et « S90 » et puis démonter le circuit.

Convertisseurs Buck génèrent une tension de sortie DC qui est inférieur à l’entrée de C.C. En d’autres termes, flambage vers le bas ou en diminuant la tension d’alimentation. Les régulateurs linéaires couramment utilisés démissionner de tension en dissipant l’énergie sous forme de chaleur dans une résistance, qui devient très inefficace avec de grandes différences entre les tensions d’entrée et de sortie. Alors que composants résistifs résidus power par l’intermédiaire de chauffage joule, buck convertisseurs utilisent des réactifs qui ne dissipent idéalement aucun pouvoir et par conséquent peuvent diminuer efficacement la tension avec une augmentation correspondante de courant disponible. Dans le convertisseur buck, un commutateur emprisonne l’alimentation CC pour créer l’entrée d’un filtre passe bas ca. Le filtre passe-bas se composent d’une inductance et d’un condensateur et extraits de la tension moyenne avec seulement de faibles pertes en raison de résistances parasites. Il en résulte une tension de sortie inférieure ou égale à la tension d’entrée. Cette vidéo va illustrer la construction d’un convertisseur buck et étudier comment changer les convertisseurs en bonne condition de fonctionnement affecte sa tension de sortie.

Ce circuit de convertisseur buck utilise un interrupteur électronique pour connecter et déconnecter un inducteur du bloc d’alimentation DC. Ce sélecteur peut-être un transistor bipolaire, un MOSFET ou autre dispositif électronique similaire. L’inducteur et un condensateur forment un filtre passe-bas avec une diode pour fournir un chemin d’accès pour l’inducteur actuels lorsque l’interrupteur est ouvert. La sortie du filtre passe-bas est connectée à la charge. Un train d’impulsions numériques ouvre ou ferme l’interrupteur avec un rapport de droit, D, qui est le rapport entre la durée de la période. Lorsque l’interrupteur est fermé, l’entrée vers le filtre passe-bas est connectée pour V de tension d’alimentation. La diode devient inverse biaisée et ne procède pas et le courant circule à travers l’inducteur. Lorsque l’interrupteur est ouvert, cette inductance doit continuer dans le même sens et la diode devient biaisée vers l’avant pour former une boucle de courant complete. À l’entrée du filtre passe-bas, cette commutation interrupteur produit une onde rectangulaire qui oscille entre V dans en environ zéro Volt. À l’exception de quelques ondulation, la sortie du filtre est la moyenne de l’onde rectangulaire, qui augmente à mesure que le rapport d’obligation augmente. À suffisamment élevée de commutation des fréquences, les condensateurs de charge et décharge les durées sont courtes. Ainsi, l’ondulation de tension devienne petite et le résultat est une propre sortie DC démissionnée de l’entrée de C.C. Car l’inductance et le condensateur sont réactifs, ils ont idéalement sans perte de puissance résistifs. Le filtre LC idéal est alors capable de transmettre la puissance à la charge avec une efficacité de 100 %. En réalité, la résistance du fil de l’inducteur et autres résistances parasites dans le circuit, réduire l’efficacité à l’ordre de 80 à 95 %. Maintenant que les bases du convertisseur buck avaient été discutés, nous allons jeter un oeil à la façon dont un convertisseur buck quitte la tension et continuer comme mode de conduction, également appelée CCM, une condition où l’inductance fonctionne à tout moment avec courant non nul.

Ces expériences utilisent la carte de pôle de puissance HiRel systèmes conçue pour l’expérimentation de différentes topologies de circuit convertisseur CC à CC. BEGIN en veillant à ce que l’approvisionnement en signal interrupteur, S90 est désactivé. Puis branchez l’alimentation signal connecteur DIN J90. Réglez le PWM cavaliers de sélection, J62 et J63 à la position de la boucle ouverte. Ajuster l’alimentation positives 24 volts DC, mais ne pas brancher la sortie de l’alimentation à la carte. Construire le circuit avec le MOSFET supérieur, la diode inférieure et le tableau magnétique de BB. Enregistrez la valeur de l’inductance sur le tableau magnétique de BB. Résistance de charge RL est un potentiomètre de puissance. Utiliser un multimètre pour lire sa résistance tout en ajustant aux 12 ohms. Ensuite connecter la résistance de charge entre les bornes V2 + Set COM. passer Banque sélecteur S30 comme suit. PWM à MOSFET supérieur, utilisez PWM à bord et hors charge. Ensuite, connecter la sonde différentielle oscilloscopes entre borne 15, qui est la porte du MOSFET supérieur et la borne 11, qui est la source. Mettre en marche l’interrupteur d’alimentation de signal, S90 et observer le pouls à former cette lecteurs du MOSFET. Réglez le potentiomètre de réglage de fréquence, RV60 pour produire une fréquence de découpage de 100 kilohertz. Réglez le potentiomètre de ratio de devoir, RV63 donc les impulsions ont un délais de cinq microsecondes.

Garder la sonde portée différentielle entre les bornes 15 et 11, qui sont respectivement la porte et la source du MOSFET supérieur. Pour mesurer la tension aux bornes de la résistance de charge, RL, raccorder l’autre sonde différentielle entre les bornes bornes V2 + et COM. Connectez l’alimentation CC à l’entrée, V1 + et comm. Observez la forme d’onde triangulaire pour la tension de sortie et les impulsions rectangulaires s’entraînent de la signal de commutation. Les rampes à la hausse de la tension de sortie se produisent lorsque l’interrupteur du convertisseur buck est fermé et l’inducteur est transmission d’énergie pour le condensateur et la charge. Les rampes à la baisse se produisent lorsque l’interrupteur est ouvert, l’inducteur est déconnecté de la source de tension d’entrée et le condensateur est d’abandonner certains énergie stockée à la charge. Ensuite, mesurer la valeur moyenne de la tension de sortie et la durée de la source de tension de grille. Notez le courant d’entrée et des lectures de tension du bloc d’alimentation DC. Répéter ce test après avoir réglé le potentiomètre de ratio de devoir, RV64 donc le train d’impulsions a rapports d’obligation de 0,4, 0,6 et 0,7. Comme le rapport entre le devoir D augmente, la tension moyenne de sortie du convertisseur buck augmente également. Idéalement, si D a une valeur de 0,3, puis une entrée de 24 volts génère une sortie d’environ 7,2 volts. De même, si D est de 0,5, puis sortie serait environ 12 volts ou si D est de 0,7, le résultat serait environ 16,8 volts et ainsi de suite.

Le ratio de devoir la valeur 0,5 et puis connectez l’entrée alimentation CC aux bornes V1 + et COM. Set RV60 pour produire une fréquence de découpage de 100 kilohertz. Comme avant, la forme d’onde de tension de sortie est une onde triangulaire résultant du filtre passe-bas agissant sur l’onde rectangulaire d’entrée. La source de tension gate est un train d’impulsions numériques avec une fréquence de 100 kilohertz. Une période de 10 microsecondes et un délais de cinq microsecondes. Mesurer la valeur moyenne de la tension de sortie et la durée du portail à la tension de la source. Notez le courant d’entrée et des lectures de tension du bloc d’alimentation DC. Répéter ce test après ajustement RV60 à une fréquence de découpage de 10, 20 et 40 kilohertz avec le rapport de douane fixé à 0,5. Lorsque la fréquence augmente, l’ondulation de sortie diminue parce que condensateur charge et décharge fois aussi diminution. En général, la tension de sortie est de cette expérience sont moindre que prévu de la relation idéale. Cet écart est le résultat d’un élément parasite tels que la résistance du fil dans l’inducteur et autres résistances dans le circuit, entraînant des chutes de tension non-idéal et perte d’énergie non comptabilisées.

Convertisseur Buck procure la régulation de tension bien contrôlée avec un accompagnement pas jusqu'à en courant, ce qui les rend crucial pour les applications concernées par la perte de puissance minimale dans le processus de conversion. Consommation d’énergie dans les ordinateurs portables a diminué considérablement en raison du développement des microprocesseurs qui fonctionnent avec seulement 1,8 ou 0,8 volts. Ordinateurs portables et appareils contrôlés à distance utilisation buck convertisseurs pour réduire la tension des batteries au lithium à ces faibles valeurs, prolonger leur autonomie utile et intensifier la batterie actuelle pour répondre aux besoins des circuits intégrés avec des millions de transistors. Appareils électroniques comme les téléphones cellulaires utilisent des batteries lithium-ion avec une tension nominale, environ 3,6 à 3,7 volts. Cependant, chargeurs de batterie normalisée avec les connecteurs USB alimentation 5 volts. Un convertisseur buck dans le dispositif électronique descend la sortie USB pour la basse tension nécessaire pour recharger la batterie lithium-ion.

Vous avez juste regardé introduction de Jove pour convertisseurs de buck. Vous devez maintenant comprendre leur fonctionnement et comment la sortie CC dépend du ratio de devoir et la fréquence de découpage. Merci de regarder.

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