El pràctic circuit convertidor buck explicat aquí només utilitza 3 transistors i és extremadament fàcil de construir. Tot i que el circuit és senzill, té una alta eficiència.
El circuit es pot utilitzar per conduir LED de 3,3 V des de fonts d'entrada més altes, com ara entrades de 12 V o 9 V.
El disseny del convertidor buck també es pot actualitzar fàcilment per operar càrregues nominals més altes en lloc d'un LED.
Continguts
Funcionament bàsic d'una topologia de convertidor Buck
En referència a la figura següent, intentem entendre-ho com funciona un convertidor 'dòlar' o 'reduït'. . Amb un circuit convertidor buck, una tensió d'entrada més alta es pot transformar en una tensió de sortida més baixa. El seu mode bàsic de funcionament es descriu a continuació.
Tan bon punt es prem l'interruptor S, es desenvolupa una tensió positiva a través de l'inductor L. Això és perquè Uin és superior a Uout. La bobina intenta inicialment resistir el flux de corrent instantani. Com a resultat, el corrent a la bobina augmenta linealment i l'energia comença a emmagatzemar-se a la bobina.
A continuació, tan aviat com s'obre l'interruptor S, el corrent emmagatzemat flueix a través de la bobina cap al condensador de sortida a través del díode D.
Com que el voltatge UL a través de la bobina és ara negatiu, el corrent a través de la bobina es redueix linealment. La sortida rep l'energia que es va capturar i emmagatzemar a la bobina. Ara, si l'interruptor S es torna a tancar, el procediment comença de nou i es repeteix a mesura que l'interruptor s'activa/desactiva.
Modes de funcionament
La tensió que apareix a la sortida ve determinada per com funciona l'interruptor S. Segons la figura següent, hi ha tres tipus bàsics de flux de corrent.
- Suposem que l'interruptor S està tancat en un punt on el corrent que circula a l'interior de la bobina no ha arribat a zero, sempre s'experimentarà un flux de corrent a través de la bobina. Això s'anomena 'mode continu' (CM).
- Si el corrent és capaç d'arribar a zero durant una part del cicle, tal com es mostra a la figura 2 (b), aleshores el circuit funciona en 'mode discontinu' (DM).
- Quan l'interruptor es tanca exactament quan el corrent de la bobina ha arribat a zero, anomenem aquesta operació límit CM/DM.
Això vol dir, en un convertidor buck, tant la tensió de sortida com la potència es podrien canviar ajustant els períodes 'encès' de l'interruptor. Això també s'anomena relació marca-espai.
Ja n'hi ha prou de teoria; ara examinem un circuit senzill del món real.
Elaboració d'un disseny pràctic del convertidor de Buck
La figura següent mostra un circuit convertidor buck senzill i pràctic que utilitza només 3 transistors i alguns altres elements passius.
Funciona de la següent manera:
L'interruptor S d'aquest circuit està representat pel transistor T1. Els altres components del convertidor reductor són el díode D1 i la bobina L1.
Tan bon punt el circuit s'engega, R3 subministra un corrent base a T2 (perquè l'especificació de voltatge directe de D2 és més gran que 0,7 V) i T2 s'encén.
Amb la conducció de T2, T1 obté un biaix de base i també comença a conduir. En aquesta situació, el punt P experimenta un augment de la tensió, la qual cosa fa que T2 condueixi encara més.
Ara, quan la tensió del punt P arriba a 9 V, el corrent a través de L1 comença a augmentar. La tensió a través de la bobina i la seva inductància influeixen amb la rapidesa amb què augmenta el corrent al seu interior.
A mesura que augmenta el corrent a través de la bobina, la tensió a través de R1 disminueix. Tan aviat com aquest potencial arriba a 0,7 V (uns 70 mA) fa que T3 s'encengui. Això elimina ràpidament el corrent base de T1.
Com que el corrent a L1 ja no pot augmentar, la tensió al punt P comença a disminuir. Com a resultat, T2 s'apaga, seguit de T1.
El corrent per L1 viatja ara per D1 fins que baixa a zero. Això fa que la tensió a T2 torni a augmentar i el procés es repeteixi de nou.
Els transistors funcionen com un tiristor amb retroalimentació positiva, donant lloc a una oscil·lació. T3 s'assegura que T1 s'apaga al corrent predeterminat i que el circuit funciona en mode límit CM/DM.
Actualització del circuit per a càrregues superiors
En lloc d'il·luminar un LED, podeu utilitzar aquest circuit per fer funcionar una càrrega nominal més alta. Però amb una càrrega més alta trobareu que el convertidor buck no oscil·la.
Això es deu a la càrrega que impedeix que R3 s'encengui T2 a l'inici.
Aquest problema es pot evitar col·locant un condensador (0,1 uF) entre el punt P i la base de T2.
Un altre moviment intel·ligent seria suavitzar la tensió connectant un condensador electrolític de 10 F a la sortida.
El convertidor buck funciona com a font de corrent en lloc de font de tensió i no està regulat. Tanmateix, per a les aplicacions més senzilles, això serà més que suficient.
Com construir
- Pas # 1: agafeu un tauler de tires d'ús general de 20 mm per 20 mm.
- Spep # 2: Netegeu el costat de coure amb un paper de vidre.
- Pas # 3: agafeu les resistències i els díodes i doblegueu els cables deixant una distància d'1 mm entre el seu cos i els cables.
- Pas #4: inseriu les resistències a la PCB i soldeu-les. Talleu l'excés de longituds de plom.
- Pas # 5: inseriu els transistors segons la mateixa posició de disseny que s'indica a l'esquema. Soldeu els cables i retalleu els cables estesos.
- Pas # 6: ara, inseriu l'inductor, soldeu-lo i retalleu-ne els cables.
- Pas # 7: Finalment, inseriu el condensador i el LED, soldeu els cables. Talla l'excés de cables
Un cop fet el muntatge anterior, interconnecteu acuradament els cables dels diferents components fent referència al diagrama esquemàtic. Feu-ho utilitzant els trossos dels cables de plom retallats, prèviament tallats.
Si no podeu connectar els cables directament des del costat de coure, podeu utilitzar un cable de pont des del costat dels components de la PCB.
Com provar
- Mantingueu el LED desconnectat al principi.
- Aplicar 9 V DC al circuit.
- Mesureu la tensió als punts on se suposa que està connectat el LED.
- Ha d'estar entre 3 V i 4 V.
- Això confirmarà que heu construït el convertidor de diners correctament i que funciona correctament.
- Podeu apagar l'alimentació i tornar a connectar el LED a la seva posició.
- Ara torneu a encendre el DC, trobareu el LED il·luminat brillantment des de l'entrada de 9 V DC amb la màxima eficiència.
Com mesurar l'eficiència
Per mesurar l'eficiència podeu connectar un amperímetre en sèrie amb la línia positiva del 9 V DC.
A continuació, podeu multiplicar la lectura actual per la tensió (9 V).
El resultat podria ser al voltant d'un 20% superior a l'especificació en watts del LED.
Això podria demostrar una eficiència del 80% per al circuit del convertidor buck, i també.
