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Convertidor de DC/DC Buck

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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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