L'article següent presenta un ampli coneixement sobre el funcionament dels convertidors de dòlars.
Com el seu nom indica, un convertidor Buck està dissenyat per oposar-se o restringir un corrent d’entrada que provoca una sortida que pot ser molt inferior a l’entrada subministrada.
En altres paraules, es pot considerar un convertidor de descens que es podria utilitzar per adquirir tensions o corrents calculats inferiors a la tensió d'entrada.
Aprenem més informació sobre el funcionament de convertidors de buck en circuits electrònics mitjançant el debat següent:
El convertidor Buck
Normalment, es pot trobar un convertidor de dòlars que s’utilitza en circuits SMPS i MPPT que requereixen específicament que la tensió de sortida es redueixi significativament a la potència de la font d’entrada, sense afectar ni alterar la potència de sortida, és a dir, el valor V x I.
La font d'alimentació a un convertidor Buck podria provenir d'una presa de corrent altern o d'una font d'alimentació CC.
Un convertidor de dòlars només s’utilitza per a aquelles aplicacions en què potser no es requereixi un aïllament elèctric a través de la font d’energia d’entrada i la càrrega, tot i que per a aplicacions on l’entrada pot estar a nivells de xarxa, normalment s’utilitza una topologia de retrocés mitjançant un transformador d’aïllament
El dispositiu principal que s’utilitza com a agent de commutació en un convertidor Buck podria tenir la forma d’un mosfet o un BJT de potència (com un 2N3055), que està configurat per canviar o oscil·lar a una velocitat ràpida a través d’una etapa oscil·ladora integrada amb la seva base o porta.
El segon element important en un convertidor de dòlars és l’inductor L, que emmagatzema l’electricitat del transistor durant els seus períodes ON i l’allibera durant els períodes OFF mantenint un subministrament continu a la càrrega al nivell especificat.
Aquesta etapa també es coneix com el 'Volant d'inèrcia' etapa, ja que la seva funció s’assembla a un volant mecànic capaç de mantenir una rotació contínua i constant amb l’ajut d’empentes regulars des d’una font externa.
Entrada CA o CC?
Un convertidor Buck és bàsicament un circuit convertidor de CC a CC que està dissenyat per adquirir un subministrament d’una font de CC, que pot ser una bateria o un panell solar. Això també podria ser des d'una sortida de l'adaptador de CA a CC aconseguida mitjançant un rectificador de pont i un condensador de filtre.
No importa quina sigui la font de l’entrada DC al convertidor buck, invariablement es converteix en una alta freqüència mitjançant un circuit oscil·lador chopper juntament amb una etapa PWM.
Aquesta freqüència s’alimenta al dispositiu de commutació per a les accions necessàries del convertidor de dòlars.
Operació Buck Converter
Com es va comentar a la secció anterior sobre el funcionament d’un convertidor Buck, i com es pot veure al següent diagrama, el circuit convertidor Buck inclou un transistor de commutació i un circuit de volant associat que inclou el díode D1, l’inductor L1 i el condensador C1.
Durant els períodes en què el transistor està engegat, la potència passa primer pel transistor i després per l’inductor L1 i finalment fins a la càrrega. En el procés, l’inductor degut a la seva propietat inherent intenta oposar-se a la sobtada introducció de corrent emmagatzemant-hi l’energia.
Aquesta oposició per L1 inhibeix el corrent de l'entrada aplicada per arribar a la càrrega i assolir el valor màxim dels instants de commutació inicials.
Tanmateix, mentrestant, el transistor entra en la seva fase de desconnexió, tallant l'alimentació d'entrada a l'inductor.
Amb el subministrament apagat, L1 torna a afrontar un canvi sobtat de corrent i, per compensar el canvi, elimina l'energia emmagatzemada a través de la càrrega connectada
Període d’encès del transistor
En referència a la figura anterior, mentre el transistor està en fase d’engegada, permet que el corrent arribi a la càrrega, però durant els instants inicials de l’encesa el corrent està fortament restringit a causa de l’oposició dels inductors a l’aplicació sobtada del actual a través d'ella.
Tanmateix, en el procés, l’inductor respon i compensa el comportament emmagatzemant el corrent, i, en el curs, es permet que alguna porció del subministrament arribi a la càrrega i també al condensador C1, que també emmagatzema la part permesa del subministrament. .
També s’ha de tenir en compte que, mentre succeeix l’anterior, el càtode D1 experimenta un potencial positiu complet que el manté polaritzat inversament, fent impossible que l’energia emmagatzemada de l’L1 aconsegueixi un camí de retorn a través de la càrrega a través de la càrrega. Aquesta situació permet a l’inductor continuar emmagatzemant-hi l’energia sense filtracions.
Període d’activació del transistor
Referint-nos ara a la figura anterior, quan el transistor reverteix la seva acció de commutació, és a dir, tan bon punt s’apaga, el L1 es torna a introduir amb un buit sobtat de corrent, al que respon alliberant l’energia emmagatzemada cap a la càrrega la forma d’una diferència de potencial equivalent.
Ara, des que el T1 està apagat, el càtode de D1 s’allibera del potencial positiu i s’activa amb una condició avançada.
A causa de l'estat esbiaixat cap endavant de D1, l'energia L1 alliberada o la CEM posterior llançada per l'L1 permet completar el cicle a través de la càrrega, D1 i tornar a L1.
Mentre es completa el procés, l'energia L1 passa per una caiguda exponencial a causa del consum de la càrrega. Ara C1 surt al rescat i ajuda o ajuda el CEM L1 afegint el seu propi corrent emmagatzemat a la càrrega, garantint així una tensió instantània raonablement estable a la càrrega ... fins que el transistor s’encengui de nou per refrescar el cicle.
Tot el procediment permet l'execució de l'aplicació de convertidor de buck desitjada, en la qual només es permet una part calculada de la tensió i el corrent d'alimentació per a la càrrega, en lloc del voltatge pic relativament més gran de la font d'entrada.
Això es pot veure en forma d'una forma d'ona ondulada més petita en lloc de les enormes ones quadrades de la font d'entrada.
A la secció anterior hem après exactament com funcionen els convertidors de dòlars; a la discussió següent aprofundirem i aprendrem la fórmula pertinent per determinar els diversos paràmetres relacionats amb els convertidors de dòlars.
Fórmula per calcular la tensió de Buck en un circuit convertidor de Buck
A partir de la decisió anterior, podem concloure que el corrent màxim emmagatzemat a l'interior de L1 depèn del temps d'encesa del transistor, o que el CEM posterior de L1 es pot dimensionar dimensionant adequadament el temps d'encesa i apagat de L, també implica que la sortida la tensió en un convertidor de dòlars es pot predeterminar calculant el temps d'encesa de T1.
La fórmula per expressar la sortida del convertidor de dòlars es pot veure en la relació següent:
V (fora) = {V (in) x t (ON)} / T
on V (in) és la tensió de la font, t (ON) és el temps d’encesa del transistor,
i T és el 'temps periòdic' o el període d'un cicle complet del PWM, és a dir, el temps que es triga a completar un temps d'activació complet + un temps d'APAGAT complet.
Exemple resolt:
Intentem entendre la fórmula anterior amb un exemple resolt:
Suposem una situació en què un convertidor de dòlars funciona amb V (in) = 24V
T = 2ms + 2ms (temps ON + temps OFF)
t (ON) = 1 ms
En substituir-los per la fórmula anterior obtindrem:
V (fora) = 24 x 0,001 / 0,004 = 6V
Per tant, V (fora) = 6V
Ara augmentem el temps del transistor fent t (ON) = 1,5 ms
Per tant, V (fora) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9V
A partir dels exemples anteriors, queda força clar que en un convertidor Buck el temps de commutació t (ON) del transistor governa la tensió de sortida o la tensió Buck necessària, per tant, qualsevol valor entre 0 i V (in) es podria aconseguir simplement dimensionant adequadament el Temps d'encesa del transistor de commutació.
Convertidor de dòlars per a subministraments negatius
El circuit convertidor de buck que hem comentat fins ara està dissenyat per adaptar-se a aplicacions de subministrament positives, ja que la sortida és capaç de generar un potencial positiu en referència a la terra d’entrada.
No obstant això, per a aplicacions que puguin requerir un subministrament negatiu, el disseny es podria modificar lleugerament i fer-lo compatible amb aquestes aplicacions.
La figura anterior mostra que, simplement canviant les posicions de l’inductor i el díode, la sortida del convertidor Buck es pot invertir o fer negativa respecte a l’entrada de terra comuna disponible.
Anterior: Circuit del controlador de l'escalfador mitjançant botons de pressió Següent: Càlcul de tensió, corrent en un inductor de Buck
