DC/DC Buck Converter

Electrical Engineering

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Overview

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Es ist, zwar einfach, Schritt nach oben oder unten AC-Spannungen und Ströme mit Transformatoren erfordert verstärkt nach oben oder unten DC-Spannungen und Ströme in regulierten und effizient Stromrichter umschalten. DC/DC-Buck-Konverters hackt die DC-Eingangsspannung mit einer Reihe Eingangsschalter, und die gehackten Spannung wird gefiltert durch die L-C Tiefpass-Filter, die durchschnittliche Ausgangsspannung zu extrahieren. Die Diode bietet einen Weg für den Strom, wenn der Schalter ausgeschaltet, für einen Teil der Schaltzeitraum ist Induktor. Die Ausgangsspannung ist kleiner als oder gleich der Eingangsspannung.

Das Ziel dieses Experiments ist, unterschiedliche Eigenschaften eines Buck-Konverter zu studieren. Die Step-Down-Fähigkeit des Konverters wird unter kontinuierlichen Wärmeleitung Modus (CCM) beobachtet werden, wo die aktuellen Induktivität ungleich Null ist. Open-Loop Betrieb mit einer manuell-Set Tastverhältnis wird verwendet. Eine Annäherung an die Input-Output-Beziehung wird beobachtet.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Elektrotechnik und Informationstechnik. DC/DC Buck Converter. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Linearregler (Serie und Shunt) Step-Down-Fähigkeit bieten können, aber höchst ineffizient sind, wenn die Ausgabe Eingangsspannung Rate sehr niedrig ist. Spannungsteiler kann auch step-down DC-Spannung, jedoch gibt es keine Regelung mit Variable Lasten beteiligt. Buck-Wandler präsentieren so effiziente und robuste DC Spannung Step-Down-Fähigkeiten.

Um einen Buck-Konverter zu bauen, können wir mit der Schaltung in Abb. 1a unten beginnen. Wenn der Schalter auf einen Teil (D) den Schaltzeitraum (T) ist, sind die Ausgangsspannung (Vo) und Eingangsspannung (Vin) gleich. Wenn der Schalter für eine Portion (1-D) der Periode ausgeschaltet ist, ist die Ausgangsspannung Null. Dadurch entsteht eine Rechtecksignal Ausgangsspannung, deren Durchschnitt (dargestellt durch Klammern < >) geringer als die der Eingangsspannung ist: < Vo> = VoD + Vo(1-D) = VinD + 0(1-D) = VinD.

Zur Minimierung der aktuellen Ausgangswelligkeit und somit die Ausgangsspannung ripple mit eine ohmsche Last, eine Induktivität wird hinzugefügt, wie in Abb. 1 dargestellt. Das Problem mit einer Induktivität ist, dass es Stromfluss beibehält, bis seine gespeicherte Energie freigesetzt wird, also wenn der Schalter ausgeschaltet ist, einen großen dI/dt über den Schalter auftreten werden, da Strom fließen muss. Daher wird eine Freilaufdiode hinzugefügt einen Induktor Aktueller Pfad angeben, wie in Abb. 1 dargestellt. Jedoch die Induktivität Induktivität müssen sehr groß sein, um sehr niedrige Spannung Ausgangswelligkeit haben werden, und ein Kondensator muss hinzugefügt werden, reduzieren Sie die Größe der Induktivität und bieten eine saubere DC-Spannung Ausgang an der Last, wie in Abb. 1 Buchstabe d gezeigt.

Figure 1
Abbildung 1. Schritte zum Aufbau einer Buck-Konverters

Im weiteren Verlauf dieses Experiment wird es gezeigt, dass die durchschnittliche Ausgangsspannung steigen werden, da das Tastverhältnis, D, erhöht. Mit höher Schaltfrequenzen, verringert sich die Welligkeit der Spannung am Ausgang seit der Spannung aufladen und Entladen Zeiten an den Kondensator werden mit einer verringerten Schaltfrequenz deutlich kürzer.

Procedure

Dieses Experiment wird die DC-DC Konverter Verpflegung HiRel Systeme nutzen. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.HTML

Informationen über den Vorstand Betrieb finden Sie in diesem Video Sammlungen "Introduction to HiRel Board."

Das hier gezeigte Verfahren gilt für jede einfache Buck-Konverter-Schaltung, die auf Proto-Boards, Frühstück Bretter oder Leiterplatten aufgebaut werden kann.

(1) Board-setup

  1. ±12 Signal anschließen an der Buchse "DIN" aber halten "S90" aus.
  2. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Steuerung-Selektor auf die offene Regelkreis-steht.
  3. Das DC-Netzteil auf 24 V. halten die Ausgabe vom Spielfeld getrennt festgelegt.
  4. Vor dem Anschließen des Last Widerstands, 12 Ω angepasst.
  5. Bauen Sie die Schaltung in Abb. 2 gezeigt, indem die oberen MOSFET, untere Diode und BB Magnettafel. Notieren Sie sich die Induktivität Wert gezeigt im Vorstand. Beachten Sie, dass die BB-Magnettafel eine Induktivität mit zwei Terminals, die in den DC / DC Konverter (Strommast) Vorstand einstecken.
    1. Schließen Sie "RL"auf "V2 +" und "Com"
    2. Sicherstellen, dass der Schalter-Array für MOSFET Auswahl, PWM-Auswahl, und andere Einstellungen sind wie in Abb. 2 dargestellt.

Figure 2
Abbildung 2 . Wandlerschaltung Bock

2. Einstellen der Einschaltdauer und Schalthäufigkeit

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
  2. Schalten Sie "S90." Ein Schaltsignal sollte auf dem Oszilloskop Bildschirm angezeigt werden.
    1. Passen Sie die Signal-Zeit-Achse um zwei oder drei Punkte zu sehen.
    2. Stellen Sie die Frequenz Potentiometer um eine Frequenz von 100 kHz (Zeitraum von 10µs) zu erreichen.
    3. Passen Sie das Dienst Verhältnis Potentiometer um ein Tastverhältnis von 50 % zu erreichen.

(3) Buck Converter für Variable Eingabe testen

  1. Schließen Sie die Eingabe DC-Stromversorgung, die bereits bei 24 V, "V1 +" und "Com" eingestellt
  2. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
  3. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    1. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
  4. Passen Sie die Eingangsspannung 21 V, 18 V und 15 V, und wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser Spannungen.
  5. Trennen Sie den Eingang DC liefern und passen Sie die Leistung auf 24 V.

(4) Buck Converter für Variable Einschaltverhältnis testen

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
  2. Schließen Sie die DC-Eingangsspannung, die auf 24 V zwischen "V1 +" und "Com" festgelegt ist
  3. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    1. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
    2. Passen Sie das Einschaltverhältnis für drei Schritte Ihrer Wahl zwischen 30 % und 70 %. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser drei Pflicht-Verhältnisse.
  4. Setzen Sie das Einschaltverhältnis auf 50 %.
  5. Trennen Sie den DC-Eingangsspannung.

(5) Buck Converter testen für Variable Taktfrequenz

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
  2. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
  3. Schließen Sie den DC-Eingangsspannung "V1 +" und "Com"
  4. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    1. Aufzeichnung der Eingangsstrom und lesen auf die DC Spannung liefern.
    2. Passen Sie die Schaltfrequenz für drei Schritte Ihrer Wahl zwischen 5 kHz und 40 kHz. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser drei Pflicht-Verhältnisse.
  5. Schalten Sie den DC-Eingangsspannung und "S90", und dann zerlegen Sie die Schaltung zu.

Buck-Wandler erzeugen eine DC-Ausgangsspannung, die kleiner ist als der DC-Eingang. Das heißt, nach unten Knicken oder die Versorgungsspannung abnimmt. Häufig verwendete Linearregler zurücktreten Spannung durch zerstreuen Energie als Wärme in einem Widerstand, der mit großen Unterschieden zwischen den Eingangs- und Spannungen sehr ineffizient wird. Während resistive Komponenten macht durch Joule Heizung Abfall, verwenden Buck-Konverter reaktive Komponenten, die im Idealfall kein Strom zu zerstreuen und folglich Spannung mit einem entsprechenden Anstieg der verfügbaren Strom effizient verringern können. Ein Schalter fallen in der Buck-Konverters die DC-Versorgung um den AC input für ein Tiefpass-Filter zu erstellen. Der Tiefpass-Filter bestehen aus einer Induktivität und einem Kondensator und extrahiert die durchschnittliche Spannung mit nur geringe Verluste durch parasitäre Widerstände. Das Ergebnis ist eine Ausgangsspannung kleiner als oder gleich der Eingangsspannung. Dieses Video wird den Bau eines Buck-Konverter zu veranschaulichen und untersuchen, wie die Konverter Betriebszustand ändern seine Ausgangsspannung auswirkt.

Dieses Buck Konverter Schaltung verwendet einen elektronischen Schalter zu verbinden und trennen eine Induktivität von der DC-Stromversorgung. Dieser Schalter vielleicht einen bipolaren Transistor, einen MOSFET oder andere ähnliche elektronische Geräte. Die Drosselspule und Kondensator bilden ein Tiefpassfilter mit einer Diode einen Pfad für Induktivität zu Strom, wenn der Schalter geöffnet ist. Der Tiefpass-Filter ist an die Last angeschlossen. Eine digitale Impulsfolge öffnet oder schließt den Schalter mit einem Tastverhältnis, D, ist das Verhältnis der Zeit der Periode. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist die Eingabe für den Tiefpass-Filter mit V Spannungsversorgung verbunden. Die Diode wird umgekehrt voreingenommen und wird nicht geleitet und fließt Strom durch die Induktivität. Wenn der Schalter geöffnet ist, diese Induktivität aktuelle muss in die gleiche Richtung weiter und die Diode wird nach vorne um eine komplette Stromschleife bilden voreingenommen. Am Eingang der Tiefpass-Filter produziert diese Schalter Kommutierung eine rechteckige Welle, die zwischen V bei in etwa Null Volt changiert. Mit Ausnahme einiger Ripple ist der Ausgang des Filters der Durchschnitt der rechteckigen Welle, die mit zunehmender Pflicht Verhältnis erhöht. Bei ausreichend hohen Schaltfrequenzen, die Kondensatoren zu laden und entladen sind mal kurz. Die Welligkeit der Spannung wird so klein, und das Ergebnis ist eine saubere DC-Ausgang trat aus der DC-Eingang. Da die Drosselspule und Kondensator reaktive Komponenten sind, haben sie im Idealfall keine ohmsche Verlustleistung. Dann ist die ideale LC-Filter Leistung an der Last mit 100 % Wirkungsgrad weitergeben. Reduzieren Sie in Wirklichkeit, der Draht-Widerstand der Induktivität und andere parasitäre Widerstände in der Schaltung Effizienz in der Größenordnung von 80 bis 95 %. Nun, die Grundlagen des Buck-Konverters diskutiert hatten, lassen Sie uns betrachten, wie ein Buck-Konverters auf Spannung Schritte und Wärmeleitung Modus, auch genannt CCM, eine Bedingung, wenn die Induktivität aller Zeiten mit Null-Strom betreibt weiter.

Diese Experimente nutzen die HiRel Systeme Pol Leistungskarte auf Experimente mit verschiedenen DC-DC Wandler Schaltung Topologien ausgelegt ist. Beginnen Sie mit der Gewährleistung, die das Signal Angebot wechseln, S90 ausgeschaltet ist. Dann stecken Sie die Signal-Versorgung in DIN-Stecker J90. Jumper die PWM-Steuerung Auswahl, J62 und J63, die Open-Loop-Position. Passen Sie die DC-Stromversorgung bis positive 24 Volt, aber schließen Sie die Stromversorgung nicht in den Vorstand. Bauen Sie die Schaltung mit der oberen MOSFET, die untere Diode und die BB-Magnettafel. Nehmen Sie den Wert der Induktivität auf der BB-Magnettafel. Last Widerstand RL ist ein Power-Poti. Benutzen Sie ein Multimeter seinen Widerstand während der Einstellung es auf 12 Ohm zu lesen. Schließen Sie dann den Last Widerstand zwischen den Klemmen V2 + und com Set Selektor Bank S30 wie folgt wechseln. PWM, obere MOSFET verwenden Onboard PWM und Last abgeschaltet. Schließen Sie als nächstes die Oszilloskope Differenzialfühler zwischen Klemme 15, das ist das Tor der oberen MOSFET und Klemme 11, welches ist die Quelle. Schalten Sie Signal Versorgung ein, S90 und beobachten Sie den Puls dieser Laufwerke der MOSFET zu trainieren. Legen Sie die Frequenz Einstellung Potentiometer, RV60, eine Schaltfrequenz von 100 Kilohertz zu produzieren. Das Pflicht-Verhältnis Potentiometer, RV63, so dass die Impulse eine Zeit von fünf Mikrosekunden haben eingestellt.

Halten Sie die differenzielle Umfang Sonde zwischen den Klemmen 15 und 11, die das Tor und die Quelle der oberen MOSFETs sind verbunden. Zur Messung der Spannung an der Last Widerstand RL, verbinden die Differenzialfühler zwischen den Klemmen V2 + und Connect com die Gleichstromversorgung zur Eingabe Klemmen, V1 + und com Observe die dreieckige Wellenform für Ausgangsspannung und der rechteckige Puls von trainieren der Schaltsignal. Die nach oben Rampen der Ausgangsspannung auftreten, wenn der Buck-Konverter-Schalter geschlossen und die Induktivität Energie auf den Kondensator und Last überträgt. Die Rampen nach unten treten auf, wenn der Schalter geöffnet ist, die Induktivität von der Eingangsspannung Quelle getrennt wird und der Kondensator ist, einige gespeicherte Energie zur Last aufzugeben. Als nächstes messen Sie den Mittelwert der Ausgangsspannung und die Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung. Hinweis der Eingangsstrom und Spannung Lesungen von der DC-Stromversorgung. Wiederholen Sie diesen Test Pflicht Verhältnis Potentiometer, RV64, so hat die Impulsfolge Pflicht Verhältnisse von 0,4, 0,6 und 0,7 bereinigt. Wie das Einschaltverhältnis D erhöht, steigt auch die durchschnittliche Ausgangsspannung des Buck-Konverters. Im Idealfall, wenn D einen Wert von 0,3 hat, erzeugt eine Eingabe von 24 Volt eine Leistung von etwa 7,2 Volt. Ebenso, wenn D 0,5, dann Ausgang wäre etwa 12 Volt oder wenn D 0,7, dann wäre die Ausgabe etwa 16,8 Volt und so weiter.

Das Einschaltverhältnis 0,5 eingestellt und schließen Sie dann die DC-Eingangsspannung an Klemmen V1 + und com Set RV60 eine Schaltfrequenz von 100 Kilohertz zu produzieren. Wie ist vor, die Ausgang Spannung Wellenform eine Dreieck-Welle aus der Tiefpass-Filter auf die rechteckige Welle eingeben. Die Gate-Source-Spannung ist eine digitale Impulsfolge mit einer Frequenz von 100 Kilohertz. Einen Zeitraum von 10 Mikrosekunden und einer Zeit von fünf Mikrosekunden. Messen Sie der Mittelwert der Ausgangsspannung und die Einschaltzeit des Tores zu Source-Spannung. Hinweis der Eingangsstrom und Spannung Lesungen von der DC-Stromversorgung. Wiederholen Sie diesen Test nach dem Einstellen der RV60 auf eine Schaltfrequenz von 10, 20 und 40 Kilohertz mit das Einschaltverhältnis 0,5 festgesetzt. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Ausgangswelligkeit weil die Kondensator Ladung und Entladung auch mal Abnahme. Im Allgemeinen ist die Ausgangsspannung in diesem Experiment sind geringer als erwartet aus der idealen Beziehung. Diese Abweichung ist das Ergebnis von parasitären Element wie Draht-Widerstand in der Induktivität und andere Widerstände in der Schaltung, die nicht ideale Spannungsabfälle und vermisst Energieverlust zu schaffen.

Buck-Konverter bieten gut kontrollierten Spannungsregelung mit einer begleitenden Schritt bis in Strom, so dass sie im Konvertierungsprozess für Anwendungen mit minimaler Verlustleistung von entscheidender Bedeutung. Stromverbrauch bei Laptops ist spürbar schwächer geworden aufgrund der Entwicklung von Mikroprozessoren, die mit nur 1,8 oder 0,8 Volt betrieben. Laptops und funkgesteuerten Geräten Verwendung Buck Konverter reduzieren die Spannung der Lithium-Batterien zu diesen niedrigen Werten, nützliche Akkulaufzeit verlängern und Intensivierung der Batterie Strom auf die Bedürfnisse von integrierten Schaltungen mit Millionen von Transistoren zu liefern. Elektronische Geräte wie Handys verwenden Lithium-Ionen-Batterien mit einer nominalen Zellenspannung, etwa 3,6 bis 3,7 Volt. Einheitliche Ladegeräte mit USB-Anschlüsse liefern jedoch fünf Volt. Buck-Konverters in das elektronische Gerät tritt der USB-Ausgang auf die niedrigere Spannung erforderlich, um die Lithium-Ionen-Akku aufladen.

Sie habe nur Jupiters Einführung um Konverter Bock beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, ihre Funktion und wie der DC-Ausgang hängt das Tastverhältnis und Schaltfrequenz. Danke fürs Zuschauen.

Results

Es wird erwartet das Ausgabe-Eingangsspannung Verhältnis von eine ideale Buck-Konverters auf die Einschaltdauer oder Tastverhältnis Dbezogen werden. Wenn die Eingangsspannung Vin und die Ausgangsspannung V,, ist V, /Vin D =, wobei 0≤D≤ 100 %. Also, für eine Eingangsspannung von 24 V, V,≈ 12 V für D = 50 %, VOut≈ 7,2 V für D = 30 %, und V,≈ 16,8 V für D = 70 %. Dennoch werden die Ausgangsspannung niedriger als erwartet aus der idealen Beziehung, die linear mit der Einschaltdauer ist, und der Hauptgrund dafür ist, dass das Idealmodell Buck Konverter nicht für nicht-Idealities berücksichtigt und Spannungsabfälle im Konverter.

Applications and Summary

Buck-Wandler sind sehr häufig in elektronisches Gerät Ladegeräte wo sie ausgezeichnete Spannungsregelung bieten für Batterieladung erforderlich. Sie werden häufig verwendet in Stromversorgungen, die schalten Sie Computer, integrierte Schaltungen und elektronischen Baugruppen sowie in erneuerbaren Energieanwendungen und Batterie Systeme eingespeist.

Dieses Experiment wird die DC-DC Konverter Verpflegung HiRel Systeme nutzen. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.HTML

Informationen über den Vorstand Betrieb finden Sie in diesem Video Sammlungen "Introduction to HiRel Board."

Das hier gezeigte Verfahren gilt für jede einfache Buck-Konverter-Schaltung, die auf Proto-Boards, Frühstück Bretter oder Leiterplatten aufgebaut werden kann.

(1) Board-setup

  1. ±12 Signal anschließen an der Buchse "DIN" aber halten "S90" aus.
  2. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Steuerung-Selektor auf die offene Regelkreis-steht.
  3. Das DC-Netzteil auf 24 V. halten die Ausgabe vom Spielfeld getrennt festgelegt.
  4. Vor dem Anschließen des Last Widerstands, 12 Ω angepasst.
  5. Bauen Sie die Schaltung in Abb. 2 gezeigt, indem die oberen MOSFET, untere Diode und BB Magnettafel. Notieren Sie sich die Induktivität Wert gezeigt im Vorstand. Beachten Sie, dass die BB-Magnettafel eine Induktivität mit zwei Terminals, die in den DC / DC Konverter (Strommast) Vorstand einstecken.
    1. Schließen Sie "RL"auf "V2 +" und "Com"
    2. Sicherstellen, dass der Schalter-Array für MOSFET Auswahl, PWM-Auswahl, und andere Einstellungen sind wie in Abb. 2 dargestellt.

Figure 2
Abbildung 2 . Wandlerschaltung Bock

2. Einstellen der Einschaltdauer und Schalthäufigkeit

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
  2. Schalten Sie "S90." Ein Schaltsignal sollte auf dem Oszilloskop Bildschirm angezeigt werden.
    1. Passen Sie die Signal-Zeit-Achse um zwei oder drei Punkte zu sehen.
    2. Stellen Sie die Frequenz Potentiometer um eine Frequenz von 100 kHz (Zeitraum von 10µs) zu erreichen.
    3. Passen Sie das Dienst Verhältnis Potentiometer um ein Tastverhältnis von 50 % zu erreichen.

(3) Buck Converter für Variable Eingabe testen

  1. Schließen Sie die Eingabe DC-Stromversorgung, die bereits bei 24 V, "V1 +" und "Com" eingestellt
  2. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
  3. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    1. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
  4. Passen Sie die Eingangsspannung 21 V, 18 V und 15 V, und wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser Spannungen.
  5. Trennen Sie den Eingang DC liefern und passen Sie die Leistung auf 24 V.

(4) Buck Converter für Variable Einschaltverhältnis testen

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
  2. Schließen Sie die DC-Eingangsspannung, die auf 24 V zwischen "V1 +" und "Com" festgelegt ist
  3. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    1. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
    2. Passen Sie das Einschaltverhältnis für drei Schritte Ihrer Wahl zwischen 30 % und 70 %. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser drei Pflicht-Verhältnisse.
  4. Setzen Sie das Einschaltverhältnis auf 50 %.
  5. Trennen Sie den DC-Eingangsspannung.

(5) Buck Converter testen für Variable Taktfrequenz

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle der oberen MOSFETs.
  2. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
  3. Schließen Sie den DC-Eingangsspannung "V1 +" und "Com"
  4. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    1. Aufzeichnung der Eingangsstrom und lesen auf die DC Spannung liefern.
    2. Passen Sie die Schaltfrequenz für drei Schritte Ihrer Wahl zwischen 5 kHz und 40 kHz. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser drei Pflicht-Verhältnisse.
  5. Schalten Sie den DC-Eingangsspannung und "S90", und dann zerlegen Sie die Schaltung zu.

Buck-Wandler erzeugen eine DC-Ausgangsspannung, die kleiner ist als der DC-Eingang. Das heißt, nach unten Knicken oder die Versorgungsspannung abnimmt. Häufig verwendete Linearregler zurücktreten Spannung durch zerstreuen Energie als Wärme in einem Widerstand, der mit großen Unterschieden zwischen den Eingangs- und Spannungen sehr ineffizient wird. Während resistive Komponenten macht durch Joule Heizung Abfall, verwenden Buck-Konverter reaktive Komponenten, die im Idealfall kein Strom zu zerstreuen und folglich Spannung mit einem entsprechenden Anstieg der verfügbaren Strom effizient verringern können. Ein Schalter fallen in der Buck-Konverters die DC-Versorgung um den AC input für ein Tiefpass-Filter zu erstellen. Der Tiefpass-Filter bestehen aus einer Induktivität und einem Kondensator und extrahiert die durchschnittliche Spannung mit nur geringe Verluste durch parasitäre Widerstände. Das Ergebnis ist eine Ausgangsspannung kleiner als oder gleich der Eingangsspannung. Dieses Video wird den Bau eines Buck-Konverter zu veranschaulichen und untersuchen, wie die Konverter Betriebszustand ändern seine Ausgangsspannung auswirkt.

Dieses Buck Konverter Schaltung verwendet einen elektronischen Schalter zu verbinden und trennen eine Induktivität von der DC-Stromversorgung. Dieser Schalter vielleicht einen bipolaren Transistor, einen MOSFET oder andere ähnliche elektronische Geräte. Die Drosselspule und Kondensator bilden ein Tiefpassfilter mit einer Diode einen Pfad für Induktivität zu Strom, wenn der Schalter geöffnet ist. Der Tiefpass-Filter ist an die Last angeschlossen. Eine digitale Impulsfolge öffnet oder schließt den Schalter mit einem Tastverhältnis, D, ist das Verhältnis der Zeit der Periode. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist die Eingabe für den Tiefpass-Filter mit V Spannungsversorgung verbunden. Die Diode wird umgekehrt voreingenommen und wird nicht geleitet und fließt Strom durch die Induktivität. Wenn der Schalter geöffnet ist, diese Induktivität aktuelle muss in die gleiche Richtung weiter und die Diode wird nach vorne um eine komplette Stromschleife bilden voreingenommen. Am Eingang der Tiefpass-Filter produziert diese Schalter Kommutierung eine rechteckige Welle, die zwischen V bei in etwa Null Volt changiert. Mit Ausnahme einiger Ripple ist der Ausgang des Filters der Durchschnitt der rechteckigen Welle, die mit zunehmender Pflicht Verhältnis erhöht. Bei ausreichend hohen Schaltfrequenzen, die Kondensatoren zu laden und entladen sind mal kurz. Die Welligkeit der Spannung wird so klein, und das Ergebnis ist eine saubere DC-Ausgang trat aus der DC-Eingang. Da die Drosselspule und Kondensator reaktive Komponenten sind, haben sie im Idealfall keine ohmsche Verlustleistung. Dann ist die ideale LC-Filter Leistung an der Last mit 100 % Wirkungsgrad weitergeben. Reduzieren Sie in Wirklichkeit, der Draht-Widerstand der Induktivität und andere parasitäre Widerstände in der Schaltung Effizienz in der Größenordnung von 80 bis 95 %. Nun, die Grundlagen des Buck-Konverters diskutiert hatten, lassen Sie uns betrachten, wie ein Buck-Konverters auf Spannung Schritte und Wärmeleitung Modus, auch genannt CCM, eine Bedingung, wenn die Induktivität aller Zeiten mit Null-Strom betreibt weiter.

Diese Experimente nutzen die HiRel Systeme Pol Leistungskarte auf Experimente mit verschiedenen DC-DC Wandler Schaltung Topologien ausgelegt ist. Beginnen Sie mit der Gewährleistung, die das Signal Angebot wechseln, S90 ausgeschaltet ist. Dann stecken Sie die Signal-Versorgung in DIN-Stecker J90. Jumper die PWM-Steuerung Auswahl, J62 und J63, die Open-Loop-Position. Passen Sie die DC-Stromversorgung bis positive 24 Volt, aber schließen Sie die Stromversorgung nicht in den Vorstand. Bauen Sie die Schaltung mit der oberen MOSFET, die untere Diode und die BB-Magnettafel. Nehmen Sie den Wert der Induktivität auf der BB-Magnettafel. Last Widerstand RL ist ein Power-Poti. Benutzen Sie ein Multimeter seinen Widerstand während der Einstellung es auf 12 Ohm zu lesen. Schließen Sie dann den Last Widerstand zwischen den Klemmen V2 + und com Set Selektor Bank S30 wie folgt wechseln. PWM, obere MOSFET verwenden Onboard PWM und Last abgeschaltet. Schließen Sie als nächstes die Oszilloskope Differenzialfühler zwischen Klemme 15, das ist das Tor der oberen MOSFET und Klemme 11, welches ist die Quelle. Schalten Sie Signal Versorgung ein, S90 und beobachten Sie den Puls dieser Laufwerke der MOSFET zu trainieren. Legen Sie die Frequenz Einstellung Potentiometer, RV60, eine Schaltfrequenz von 100 Kilohertz zu produzieren. Das Pflicht-Verhältnis Potentiometer, RV63, so dass die Impulse eine Zeit von fünf Mikrosekunden haben eingestellt.

Halten Sie die differenzielle Umfang Sonde zwischen den Klemmen 15 und 11, die das Tor und die Quelle der oberen MOSFETs sind verbunden. Zur Messung der Spannung an der Last Widerstand RL, verbinden die Differenzialfühler zwischen den Klemmen V2 + und Connect com die Gleichstromversorgung zur Eingabe Klemmen, V1 + und com Observe die dreieckige Wellenform für Ausgangsspannung und der rechteckige Puls von trainieren der Schaltsignal. Die nach oben Rampen der Ausgangsspannung auftreten, wenn der Buck-Konverter-Schalter geschlossen und die Induktivität Energie auf den Kondensator und Last überträgt. Die Rampen nach unten treten auf, wenn der Schalter geöffnet ist, die Induktivität von der Eingangsspannung Quelle getrennt wird und der Kondensator ist, einige gespeicherte Energie zur Last aufzugeben. Als nächstes messen Sie den Mittelwert der Ausgangsspannung und die Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung. Hinweis der Eingangsstrom und Spannung Lesungen von der DC-Stromversorgung. Wiederholen Sie diesen Test Pflicht Verhältnis Potentiometer, RV64, so hat die Impulsfolge Pflicht Verhältnisse von 0,4, 0,6 und 0,7 bereinigt. Wie das Einschaltverhältnis D erhöht, steigt auch die durchschnittliche Ausgangsspannung des Buck-Konverters. Im Idealfall, wenn D einen Wert von 0,3 hat, erzeugt eine Eingabe von 24 Volt eine Leistung von etwa 7,2 Volt. Ebenso, wenn D 0,5, dann Ausgang wäre etwa 12 Volt oder wenn D 0,7, dann wäre die Ausgabe etwa 16,8 Volt und so weiter.

Das Einschaltverhältnis 0,5 eingestellt und schließen Sie dann die DC-Eingangsspannung an Klemmen V1 + und com Set RV60 eine Schaltfrequenz von 100 Kilohertz zu produzieren. Wie ist vor, die Ausgang Spannung Wellenform eine Dreieck-Welle aus der Tiefpass-Filter auf die rechteckige Welle eingeben. Die Gate-Source-Spannung ist eine digitale Impulsfolge mit einer Frequenz von 100 Kilohertz. Einen Zeitraum von 10 Mikrosekunden und einer Zeit von fünf Mikrosekunden. Messen Sie der Mittelwert der Ausgangsspannung und die Einschaltzeit des Tores zu Source-Spannung. Hinweis der Eingangsstrom und Spannung Lesungen von der DC-Stromversorgung. Wiederholen Sie diesen Test nach dem Einstellen der RV60 auf eine Schaltfrequenz von 10, 20 und 40 Kilohertz mit das Einschaltverhältnis 0,5 festgesetzt. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Ausgangswelligkeit weil die Kondensator Ladung und Entladung auch mal Abnahme. Im Allgemeinen ist die Ausgangsspannung in diesem Experiment sind geringer als erwartet aus der idealen Beziehung. Diese Abweichung ist das Ergebnis von parasitären Element wie Draht-Widerstand in der Induktivität und andere Widerstände in der Schaltung, die nicht ideale Spannungsabfälle und vermisst Energieverlust zu schaffen.

Buck-Konverter bieten gut kontrollierten Spannungsregelung mit einer begleitenden Schritt bis in Strom, so dass sie im Konvertierungsprozess für Anwendungen mit minimaler Verlustleistung von entscheidender Bedeutung. Stromverbrauch bei Laptops ist spürbar schwächer geworden aufgrund der Entwicklung von Mikroprozessoren, die mit nur 1,8 oder 0,8 Volt betrieben. Laptops und funkgesteuerten Geräten Verwendung Buck Konverter reduzieren die Spannung der Lithium-Batterien zu diesen niedrigen Werten, nützliche Akkulaufzeit verlängern und Intensivierung der Batterie Strom auf die Bedürfnisse von integrierten Schaltungen mit Millionen von Transistoren zu liefern. Elektronische Geräte wie Handys verwenden Lithium-Ionen-Batterien mit einer nominalen Zellenspannung, etwa 3,6 bis 3,7 Volt. Einheitliche Ladegeräte mit USB-Anschlüsse liefern jedoch fünf Volt. Buck-Konverters in das elektronische Gerät tritt der USB-Ausgang auf die niedrigere Spannung erforderlich, um die Lithium-Ionen-Akku aufladen.

Sie habe nur Jupiters Einführung um Konverter Bock beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, ihre Funktion und wie der DC-Ausgang hängt das Tastverhältnis und Schaltfrequenz. Danke fürs Zuschauen.

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