$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Buck dönüştürücüler, DC girişinden daha düşük bir DC çıkış voltajı üretir. Başka bir deyişle, besleme voltajını bağlamak veya azaltmak. Yaygın olarak kullanılan doğrusal regülatörler, giriş ve çıkış voltajları arasındaki büyük farklarla çok verimsiz hale gelen bir dirençte gücü ısı olarak dağıtarak voltajı düşürür. Dirençli bileşenler joule ısıtma yoluyla gücü boşa harcarken, kova dönüştürücüler ideal olarak hiçbir gücü dağıtmayan ve sonuç olarak mevcut akımda karşılık gelen bir artışla voltajı verimli bir şekilde azaltabilen reaktif bileşenler kullanır. Kova dönüştürücüde, bir anahtar, AC girişini alçak geçiren bir filtreye oluşturmak için DC beslemesini yakalar. Alçak geçiren filtre, bir indüktör ve bir kondansatörden oluşur ve parazitik dirençler nedeniyle sadece küçük kayıplarla ortalama voltajı çıkarır. Sonuç, giriş voltajından daha düşük veya ona eşit bir çıkış voltajıdır. Bu video, bir kova dönüştürücünün yapısını gösterecek ve dönüştürücünün çalışma durumunu değiştirmenin çıkış voltajını nasıl etkilediğini araştıracaktır.
Bu kova dönüştürücü devresi, bir indüktörü DC güç kaynağına bağlamak ve bağlantısını kesmek için bir elektronik anahtar kullanır. Bu anahtar bir bipolar transistör, bir MOSFET veya benzeri bir elektronik cihaz olabilir. İndüktör ve bir kondansatör, anahtar açıkken indüktör akımı için bir yol sağlamak üzere bir diyotlu alçak geçiren bir filtre oluşturur. Alçak geçiren filtrenin çıkışı yüke bağlanır. Dijital bir darbe dizisi, açık kalma süresinin periyoda oranı olan bir çalışma oranı olan D ile anahtarı açar veya kapatır. Anahtar kapatıldığında, alçak geçiren filtrenin girişi besleme voltajına, V girişine bağlanır. Diyot ters kutuplu hale gelir ve iletmez ve akım indüktörden geçer. Anahtar açıkken, bu indüktör akımı aynı yönde devam etmeli ve diyot tam bir akım döngüsü oluşturmak için ileri yönlü hale gelmelidir. Alçak geçiren filtrenin girişinde, bu anahtar komütasyonu, V arasında yaklaşık sıfır voltta salınan dikdörtgen bir dalga üretir. Bir miktar dalgalanma dışında, filtrenin çıkışı, görev oranı arttıkça artan dikdörtgen dalganın ortalamasıdır. Yeterince yüksek anahtarlama frekanslarında, kapasitörlerin şarj ve deşarj süreleri kısadır. Böylece voltaj dalgalanması küçülür ve sonuç, DC girişinden aşağı inen temiz bir DC çıkışıdır. İndüktör ve kondansatör reaktif bileşenler olduğundan, ideal olarak dirençli güç kaybı yaşamazlar. İdeal LC filtresi daha sonra gücü yüke %100 verimlilikle iletebilir. Gerçekte, indüktörün tel direnci ve devredeki diğer parazitik dirençler, verimliliği% 80 ila 95 aralığına düşürür. Artık kova dönüştürücünün temelleri tartışıldığına göre, bir kova dönüştürücünün voltajı nasıl düşürdüğüne ve indüktörün her zaman sıfır olmayan akımla çalıştığı bir durum olan CCM olarak da adlandırılan iletim modu olarak nasıl devam ettiğine bir göz atalım.
Bu deneyler, çeşitli DC'den DC'ye dönüştürücü devre topolojileri ile deney yapmak için tasarlanmış HiRel Systems güç direği kartını kullanır. Sinyal besleme anahtarının, S90'ın kapalı olduğundan emin olarak başlayın. Ardından sinyal beslemesini DIN konektörü J90'a takın. PWM kontrol seçimi jumper'larını, J62 ve J63'ü açık döngü konumuna ayarlayın. DC güç kaynağını pozitif 24 volta ayarlayın, ancak güç kaynağı çıkışını karta bağlamayın. Devreyi üst MOSFET, alt diyot ve BB manyetik kart ile oluşturun. İndüktörün değerini BB manyetik karta kaydedin. Yük direnci RL bir güç potansiyometresidir. 12 ohm'a ayarlarken direncini okumak için bir multimetre kullanın. Ardından yük direncini V2+ ve COM terminalleri arasına bağlayın. Anahtar seçici bankası S30'u aşağıdaki gibi ayarlayın. PWM'den üst MOSFET'e, Yerleşik PWM'yi kullanın ve yükü kapatın. Ardından, osiloskopların diferansiyel probunu, üst MOSFET'in kapısı olan terminal 15 ile kaynak olan terminal 11 arasına bağlayın. Sinyal besleme anahtarını, S90'ı açın ve MOSFET'i çalıştıran darbe trenini gözlemleyin. 100 kilohertz'lik bir anahtarlama frekansı üretmek için frekans ayar potansiyometresi RV60'ı ayarlayın. Görev oranı potansiyometresini, RV63'ü, darbelerin beş mikrosaniyelik bir açık kalma süresine sahip olacak şekilde ayarlayın.
Diferansiyel kapsam probunu, sırasıyla üst MOSFET'in kapısı ve kaynağı olan 15 ve 11 numaralı terminaller arasına bağlı tutun. Yük direnci, RL üzerindeki voltajı ölçmek için, diğer diferansiyel probu V2+ ve COM terminalleri arasına bağlayın. DC güç kaynağını V1+ ve COM giriş terminallerine bağlayın. Çıkış voltajı için üçgen dalga formunu ve anahtarlama sinyalinin dikdörtgen darbe trenini gözlemleyin. Çıkış voltajının yukarı doğru rampaları, kova dönüştürücü anahtarı kapatıldığında ve indüktör kondansatöre ve yüke enerji aktardığında meydana gelir. Aşağı doğru rampalar, anahtar açıkken, indüktör giriş voltajı kaynağından ayrıldığında ve kapasitör yüke depolanan enerjinin bir kısmını verdiğinde meydana gelir. Ardından, çıkış voltajının ortalama değerini ve geçit kaynak voltajının açık kalma süresini ölçün. DC güç kaynağından gelen giriş akımı ve voltaj okumalarına dikkat edin. Görev oranı potansiyometresini, RV64'ü ayarladıktan sonra bu testi tekrarlayın, böylece darbe dizisi 0.4, 0.6 ve 0.7 görev oranlarına sahip olur. Görev oranı D arttıkça, kova dönüştürücünün ortalama çıkış voltajı da artar. İdeal olarak, D'nin değeri 0,3 ise, 24 voltluk bir giriş yaklaşık 7,2 voltluk bir çıkış üretir. Benzer şekilde, D 0.5 ise, çıkış yaklaşık 12 volt olacaktır veya D 0.7 ise, çıkış yaklaşık 16.8 volt olacaktır ve bu böyle devam eder.
Görev oranını 0,5'e ayarlayın ve ardından giriş DC beslemesini V1+ ve COM terminallerine bağlayın. RV60'ı 100 kilohertz'lik bir anahtarlama frekansı üretecek şekilde ayarlayın. Daha önce olduğu gibi, çıkış voltajı dalga biçimi, dikdörtgen dalga girişine etki eden alçak geçiren filtreden kaynaklanan bir üçgen dalgadır. Kapı kaynak voltajı, 100 kilohertz frekansına sahip bir dijital darbe dizisidir. 10 mikrosaniyelik bir periyot ve beş mikrosaniyelik bir açık kalma süresi. Çıkış voltajının ortalama değerini ve geçitin kaynak voltajına açık kalma süresini ölçün. DC güç kaynağından gelen giriş akımı ve voltaj okumalarına dikkat edin. RV60'ı, görev oranı 0,5'te sabitlenmiş olarak 10, 20 ve 40 kilohertz anahtarlama frekansına ayarladıktan sonra bu testi tekrarlayın. Frekans arttıkça kondansatör şarj ve deşarj süreleri de azaldığı için çıkış dalgalanması azalır. Genel olarak, bu deneyde çıkış gerilimi ideal ilişkiden beklenenden daha düşüktür. Bu sapma, indüktördeki tel direnci ve devredeki diğer dirençler gibi parazitik elemanların sonucudur ve bu da ideal olmayan voltaj düşüşleri ve hesaplanmamış enerji kaybı yaratır.
Buck dönüştürücü, akımda bir artışla birlikte iyi kontrol edilen voltaj regülasyonu sağlar, bu da onları dönüştürme sürecinde minimum güç kaybıyla ilgili uygulamalar için çok önemli hale getirir. Yalnızca 1,8 veya 0,8 volt ile çalışan mikroişlemcilerin geliştirilmesi nedeniyle dizüstü bilgisayarlarda güç tüketimi büyük ölçüde azaldı. Dizüstü bilgisayarlar ve uzaktan kumandalı cihazlar, lityum pillerin voltajını bu düşük değerlere düşürmek, kullanışlı pil ömrünü uzatmak ve milyonlarca transistörlü entegre devrelerin ihtiyaçlarını karşılamak için pil akımını artırmak için kova dönüştürücüler kullanır. Cep telefonları gibi elektronik cihazlar, nominal hücre voltajı yaklaşık 3,6 ila 3,7 volt olan lityum iyon piller kullanır. Bununla birlikte, USB konektörlü standartlaştırılmış pil şarj cihazları beş volt sağlar. Elektronik cihazdaki bir kova dönüştürücü, USB çıkışını lityum iyon pili şarj etmek için gereken daha düşük voltaja düşürür.
Jove'un para dönüştürücülerle tanışmasını az önce izlediniz. Artık bunların çalışmasını ve DC çıkışının görev oranına ve anahtarlama frekansına nasıl bağlı olduğunu anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler.
