Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Electrical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

DC/DC Buck Converter

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

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.

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter