Как работают понижающие преобразователи

В статье ниже представлены подробные сведения о том, как работают понижающие преобразователи.

Как следует из названия, понижающий преобразователь разработан, чтобы противодействовать или ограничивать входной ток, вызывая выход, который может быть намного ниже, чем входной.

Другими словами, его можно рассматривать как понижающий преобразователь, который можно использовать для получения расчетных напряжений или токов ниже входного напряжения.

Давайте узнаем больше о работе понижающие преобразователи в электронных схемах через следующее обсуждение:

Бак-конвертер

Как правило, вы можете найти понижающий преобразователь, используемый в схемах SMPS и MPPT, которые специально требуют, чтобы выходное напряжение было значительно уменьшено, чем мощность входного источника, без влияния или изменения выходной мощности, то есть значения V x I.

Источник питания понижающего преобразователя может быть от розетки переменного тока или от источника постоянного тока.

Понижающий преобразователь используется только для тех приложений, где электрическая изоляция не может быть критически необходимой для входного источника питания и нагрузки, однако для приложений, где вход может быть на уровне сети, обычно используется обратная топология через изолирующий трансформатор.

Основное устройство, которое используется в качестве переключающего агента в понижающем преобразователе, может быть в виде МОП-транзистора или силового BJT (такого как 2N3055), который настроен на быстрое переключение или генерацию колебаний через встроенный каскад генератора с его основание или ворота.

Вторым важным элементом понижающего преобразователя является катушка индуктивности L, которая накапливает электроэнергию от транзистора в периоды включения и высвобождает ее в периоды выключения, поддерживая непрерывное питание нагрузки на заданном уровне.

Этот этап также называют 'Маховик' Этап, так как по своей функции напоминает механический маховик, который может поддерживать непрерывное и устойчивое вращение с помощью регулярных толчков от внешнего источника.

Вход переменного или постоянного тока?

Понижающий преобразователь - это, по сути, схема преобразователя постоянного тока в постоянный, которая предназначена для получения питания от источника постоянного тока, которым может быть батарея или солнечная панель. Это также может быть выходное напряжение адаптера переменного тока в постоянный, достигнутое через мостовой выпрямитель и конденсатор фильтра.

Независимо от того, что может быть источником входного постоянного тока в понижающий преобразователь, он неизменно преобразуется в высокую частоту с помощью схемы генератора прерывателя вместе с каскадом ШИМ.

Затем эта частота подается на переключающее устройство для выполнения необходимых действий понижающего преобразователя.

Операция понижающего преобразователя

Как обсуждалось в предыдущем разделе относительно того, как работает понижающий преобразователь, и как можно увидеть на следующей схеме, схема понижающего преобразователя включает в себя переключающий транзистор и связанную с ним схему маховика, которая включает в себя диод D1, катушку индуктивности L1 и конденсатор C1.

В периоды, когда транзистор включен, мощность проходит сначала через транзистор, затем через катушку индуктивности L1 и, наконец, на нагрузку. При этом индуктор из-за присущего ему свойства пытается противодействовать внезапному появлению тока, сохраняя в нем энергию.

Это противодействие L1 препятствует току от приложенного входа к достижению нагрузки и пикового значения для начальных моментов переключения.

Однако в это время транзистор переходит в фазу выключения, отключая подачу питания на катушку индуктивности.

При выключенном питании L1 снова сталкивается с внезапным изменением тока, и для компенсации этого изменения он сбрасывает накопленную энергию через подключенную нагрузку.

Время включения транзистора

Ссылаясь на приведенный выше рисунок, в то время как транзистор находится в фазе включения, он позволяет току достигать нагрузки, но в начальные моменты включения ток сильно ограничивается из-за сопротивления катушек индуктивности внезапному приложению ток через него.

Однако в процессе индуктор реагирует и компенсирует поведение, сохраняя в нем ток, и в ходе некоторой части источника питания разрешается достигать нагрузки, а также конденсатора C1, который также сохраняет разрешенную часть питания в нем. .

Следует также принять во внимание, что в то время как вышеупомянутое происходит, катод D1 испытывает полный положительный потенциал, который поддерживает его обратное смещение, делая невозможным для накопленной энергии L1 возможность получить обратный путь через нагрузку через нагрузку. Эта ситуация позволяет индуктору продолжать накапливать в нем энергию без каких-либо утечек.

Период выключения транзисторного выключателя

Теперь обращаясь к приведенному выше рисунку, когда транзистор возвращается к своему коммутационному действию, то есть как только он выключается, L1 снова вводится с внезапным исчезновением тока, на что он реагирует, высвобождая накопленную энергию в направлении нагрузки в форма эквивалентной разности потенциалов.

Теперь, так как T1 выключен, катод D1 освобожден от положительного потенциала, и он включен с условием прямого действия.

Из-за состояния прямого смещения D1 высвобожденной энергии L1 или обратной ЭДС, вызванной L1, разрешается завершить цикл через нагрузку D1 и вернуться к L1.

Пока процесс завершается, энергия L1 экспоненциально падает из-за потребления нагрузки. C1 теперь приходит на помощь и помогает или помогает L1 EMF, добавляя свой собственный сохраненный ток к нагрузке, тем самым обеспечивая достаточно стабильное мгновенное напряжение на нагрузке ... до тех пор, пока транзистор снова не включится, чтобы обновить цикл.

Вся процедура позволяет выполнить желаемое приложение понижающего преобразователя, в котором для нагрузки разрешается только рассчитанная часть напряжения питания и тока, вместо относительно большего пикового напряжения от входного источника.

Это можно увидеть в форме волны пульсации меньшего размера вместо огромных прямоугольных волн от входного источника.

В предыдущем разделе мы узнали, как именно работают понижающие преобразователи, в следующем обсуждении мы углубимся и изучим соответствующую формулу определения различных параметров, связанных с понижающими преобразователями.

Формула для расчета понижающего напряжения в цепи понижающего преобразователя

Из вышеприведенного решения мы можем сделать вывод, что максимальный сохраненный ток внутри L1 зависит от времени включения транзистора, или обратная ЭДС L1 может быть измерена путем соответствующего измерения времени включения и выключения L, это также означает, что выход Напряжение в понижающем преобразователе можно определить заранее, вычислив время включения T1.

Формулу для выражения выходной мощности понижающего преобразователя можно увидеть в приведенном ниже соотношении:

V (выход) = {V (вход) x t (ВКЛ)} / T

где V (in) - напряжение источника, t (ON) - время включения транзистора,

и T - «периодическое время» или период одного полного цикла ШИМ, то есть время, необходимое для завершения одного полного времени включения + одного полного времени выключения.

Решенный пример:

Попробуем разобраться в приведенной выше формуле на решенном примере:

Предположим, что понижающий преобразователь работает с V (in) = 24V.

T = 2 мс + 2 мс (время включения + время выключения)

t (ВКЛ) = 1 мс

Подставляя их в формулу выше, мы получаем:

V (выход) = 24 x 0,001 / 0,004 = 6 В

Следовательно, V (out) = 6V

Теперь увеличим время транзистора, сделав t (ON) = 1,5 мс.

Следовательно, V (выход) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9 В

Из приведенных выше примеров становится довольно ясно, что во время переключения понижающего преобразователя t (ВКЛ) транзистора регулируется выходное напряжение или требуемое понижающее напряжение, таким образом, любое значение от 0 до V (дюйм) может быть достигнуто просто путем соответствующего измерения Время включения переключающего транзистора.

Понижающий преобразователь для отрицательных материалов

Схема понижающего преобразователя, которую мы обсуждали до сих пор, предназначена для приложений с положительным питанием, поскольку выход может генерировать положительный потенциал по отношению к входной земле.

Однако для приложений, которые могут потребовать отрицательного источника питания, конструкцию можно немного изменить и сделать совместимой с такими приложениями.

На рисунке выше показано, что просто поменяв местами катушки индуктивности и диода, выход понижающего преобразователя может быть инвертирован или сделан отрицательным по отношению к общему входу заземления.