Bagaimana Penukar Buck Berfungsi

Artikel di bawah menyajikan pengetahuan yang komprehensif mengenai cara kerja penukar wang.

Seperti namanya, penukar buck dirancang untuk menentang atau menyekat arus input yang menyebabkan output yang mungkin jauh lebih rendah daripada input yang disediakan.

Dengan kata lain ia dapat dianggap sebagai penukar turun ke bawah yang dapat digunakan untuk memperoleh voltan atau arus yang dikira lebih rendah daripada voltan masukan.

Mari kita ketahui lebih lanjut mengenai cara kerja penukar wang dalam litar elektronik melalui perbincangan berikut:

Penukar Buck

Biasanya anda mungkin mendapati penukar buck digunakan dalam litar SMPS dan MPPT yang secara khusus memerlukan voltan keluaran dikurangkan dengan ketara daripada kuasa sumber input, tanpa mempengaruhi atau mengubah output daya, itulah nilai V x I.

Sumber bekalan ke penukar buck boleh berasal dari outlet AC atau dari bekalan kuasa DC.

Pengubah wang digunakan hanya untuk aplikasi di mana pengasingan elektrik mungkin tidak diperlukan secara kritikal di seluruh sumber kuasa input dan muatan, namun untuk aplikasi di mana input mungkin berada pada tahap utama maka topologi flyback biasanya digunakan melalui pengubah pengasingan.

Peranti utama yang digunakan sebagai agen peralihan dalam penukar buck boleh berupa mosfet atau BJT daya (seperti 2N3055), yang dikonfigurasi untuk beralih atau berayun pada kecepatan yang cepat melalui tahap pengayun bersepadu dengan pangkalan atau pintu pagarnya.

Elemen penting kedua dalam penukar buck adalah induktor L, yang menyimpan elektrik dari transistor semasa tempoh ON dan melepaskannya semasa tempoh OFFnya mengekalkan bekalan berterusan ke beban pada tahap yang ditentukan.

Tahap ini juga disebut sebagai 'Flywheel' tahap kerana fungsinya menyerupai roda gila mekanik yang mampu menahan putaran berterusan dan stabil dengan bantuan tolakan biasa dari sumber luaran.

Masukan AC atau DC?

Pengubah buck pada dasarnya adalah rangkaian penukar DC ke DC yang dirancang untuk memperoleh bekalan dari sumber DC, yang mungkin bateri atau panel solar. Ini juga mungkin dari output penyesuai AC ke DC yang dicapai melalui penyearah jambatan dan kapasitor penapis.

Tidak kira apa pun sumber input DC ke penukar buck, ia selalu diubah menjadi frekuensi tinggi menggunakan litar pengayun pencincang bersama dengan tahap PWM.

Kekerapan ini kemudian dimasukkan ke peranti pensuisan untuk tindakan penukar wang yang diperlukan.

Operasi Penukar Buck

Seperti yang dibincangkan dalam bahagian di atas mengenai bagaimana penukar buck berfungsi, dan seperti yang dapat dilihat pada rajah berikut, litar penukar buck merangkumi transistor pensuisan dan litar Flywheel yang berkaitan yang merangkumi dioda D1, induktor L1 dan kapasitor C1.

Semasa tempoh ketika transistor AKTIF, daya melewati pertama melalui transistor dan kemudian melalui induktor L1 dan akhirnya ke beban. Dalam prosesnya, induktor kerana sifatnya yang melekat cuba menentang pengenalan arus secara tiba-tiba dengan menyimpan tenaga di dalamnya.

Penentangan oleh L1 ini menghalang arus dari input yang diaplikasikan untuk mencapai beban dan mencapai nilai puncak untuk instan beralih awal.

Tetapi sementara itu transistor memasuki fasa OFF OFFnya, memutuskan bekalan input ke induktor.

Dengan bekalan yang dimatikan, L1 kembali menghadapi perubahan arus secara tiba-tiba, dan untuk mengimbangi perubahan, ia menyalurkan tenaga yang tersimpan di seluruh beban yang disambungkan

Transistor Switch 'on' Period

Merujuk pada gambar di atas, semasa transistor berada dalam fasa penghidup, ia membenarkan arus mencapai beban, tetapi semasa permulaan suis ON, arus sangat dibatasi kerana induktor menentang penggunaan tiba-tiba semasa melaluinya.

Walau bagaimanapun dalam proses itu induktor bertindak balas dan mengimbangi tingkah laku dengan menyimpan arus di dalamnya, dan tentu saja beberapa bahagian bekalan dibenarkan untuk mencapai beban dan juga ke kapasitor C1, yang juga menyimpan bahagian bekalan yang diizinkan di dalamnya .

Ia juga harus diperhatikan bahawa sementara perkara di atas berlaku, katod D1 mengalami potensi positif penuh yang menjadikannya bias terbalik, sehingga mustahil bagi tenaga tersimpan L1 untuk mendapatkan jalan kembali melintasi beban melalui beban. Keadaan ini membolehkan induktor terus menyimpan tenaga ke dalamnya tanpa ada kebocoran.

Tempoh ‘mati’ Transistor

Sekarang merujuk pada gambar di atas, ketika transistor mengembalikan tindakan pensuisannya, iaitu begitu dimatikan, L1 diperkenalkan sekali lagi dengan kekosongan arus yang tiba-tiba, yang mana ia bertindak balas dengan melepaskan tenaga yang tersimpan ke arah beban di bentuk perbezaan potensi setara.

Sekarang, sejak T1 dimatikan, katod D1 dibebaskan dari potensi positif dan diaktifkan dengan keadaan berdasarkan ke hadapan.

Oleh kerana keadaan D1 yang berat sebelah ke depan, tenaga L1 yang dilepaskan atau EMF belakang yang ditendang oleh L1 dibenarkan untuk menyelesaikan kitaran melalui beban, D1 dan kembali ke L1.

Semasa proses diselesaikan, tenaga L1 mengalami penurunan eksponensial kerana penggunaan beban. C1 kini datang untuk menyelamatkan dan membantu atau membantu EMF L1 dengan menambahkan arus tersimpan sendiri ke beban, sehingga memastikan voltan seketika yang cukup stabil untuk beban ... sehingga transistor dihidupkan kembali untuk menyegarkan kembali kitaran.

Keseluruhan prosedur memungkinkan pelaksanaan aplikasi penukar buck yang diinginkan di mana hanya bahagian pengiraan voltan dan arus bekalan yang dibenarkan untuk beban, bukannya voltan puncak yang relatif lebih besar dari sumber input.

Ini dapat dilihat dalam bentuk bentuk gelombang riak yang lebih kecil dan bukannya gelombang persegi besar dari sumber input.

Pada bahagian di atas, kami mengetahui dengan tepat bagaimana penukar buck berfungsi, dalam perbincangan berikut kami akan mempelajari lebih mendalam dan mempelajari formula yang relevan untuk menentukan pelbagai parameter yang berkaitan dengan penukar buck.

Formula untuk Mengira Voltan Buck dalam Litar Penukar Buck

Dari keputusan di atas kita dapat menyimpulkan bahawa arus maksimum yang tersimpan di dalam L1 bergantung pada masa ON transistor, atau EMF belakang L1 dapat dimensi dengan dimensi tepat waktu ON, dan OFF L, ini juga menunjukkan bahawa output voltan dalam penukar buck boleh ditentukan dengan mengira masa ON T1.

Formula untuk menyatakan output penukar buck dapat dilihat dalam hubungan yang diberikan di bawah ini:

V (keluar) = {V (dalam) x t (ON)} / T

di mana V (in) adalah voltan sumber, t (ON) adalah masa ON transistor,

dan T adalah 'waktu berkala' atau tempoh satu pusingan penuh PWM, iaitu masa yang diambil untuk menyelesaikan satu masa ON penuh + satu masa OFF penuh.

Contoh yang Diselesaikan:

Mari cuba memahami formula di atas dengan contoh yang dapat diselesaikan:

Mari kita anggap keadaan di mana penukar buck dikendalikan dengan V (in) = 24V

T = 2ms + 2ms (masa ON + masa OFF)

t (ON) = 1ms

Mengganti ini dalam formula di atas kita dapat:

V (keluar) = 24 x 0.001 / 0.004 = 6V

Oleh itu V (keluar) = 6V

Sekarang mari kita tambah masa transistor dengan membuat t (ON) = 1.5ms

Oleh itu, V (keluar) = 24 x 0.0015 / 0.004 = 9V

Dari contoh di atas menjadi sangat jelas bahawa dalam masa penukaran buck converter t (ON) transistor mengatur voltan output atau voltan Buck yang diperlukan, oleh itu sebarang nilai antara 0 dan V (in) dapat dicapai hanya dengan memodifikasi tepat ON pada masa transistor beralih.

Buck Converter untuk Bekalan Negatif

Litar penukar buck yang kita bincangkan sejauh ini dirancang untuk memenuhi aplikasi bekalan positif, kerana outputnya mampu menghasilkan potensi positif dengan merujuk pada ground input.

Namun untuk aplikasi yang mungkin memerlukan persediaan negatif, desainnya dapat sedikit diubah dan dibuat sesuai dengan aplikasi tersebut.

Gambar di atas menunjukkan bahawa dengan menukar posisi induktor dan dioda, output dari penukar buck boleh terbalik atau dibuat negatif sehubungan dengan input ground yang tersedia.