В этом проекте мы собираемся снизить напряжение постоянного тока с 12 В до любого значения постоянного тока от 2 до 11 вольт. Схема, которая понижает напряжение постоянного тока, известна как понижающий преобразователь. Необходимое выходное напряжение или понижающее напряжение контролируется с помощью потенциометра, подключенного к Arduino.

Анкит Неги

ВВЕДЕНИЕ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ:

В основном есть два типа преобразователей:

1. Понижающий преобразователь

2. Повышающий преобразователь

Оба преобразователя изменяют входное напряжение в соответствии с требованиями. Они похожи на трансформатор с одним основным отличием. В то время как трансформатор повышает / понижает напряжение переменного тока, преобразователи постоянного тока повышают / понижают напряжение постоянного тока. Основными компонентами обоих преобразователей являются:

А. МОП-транзистор

Б. ИНДУКТОР

C. КОНДЕНСАТОР

BUCK CONVERTER: как следует из названия, buck означает понижение входного напряжения. Бак-конвертер дает нам напряжение меньше, чем входное напряжение постоянного тока с высокой токовой нагрузкой. Это прямое преобразование.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОВЫШЕНИЯ: как следует из названия, повышение означает увеличение входного напряжения.

Повышающий преобразователь дает нам напряжение постоянного тока больше, чем напряжение постоянного тока на входе. Это также прямое преобразование.

** в этом проекте мы собираемся сделать схему понижающего преобразователя для понижения 12 В постоянного тока с использованием Arduino в качестве источника ШИМ.

ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТЫ ШИМ НА ПИН-кодах ARDUINO:

Контакты PWM Arduino UNO - 3, 5, 6, 9, 10 и 11.

Для выполнения ШИМ используется следующая команда:

analogWrite (НОМЕР КОНТАКТА ШИМ, ЗНАЧЕНИЕ ШИМ)

и частота ШИМ для этих контактов:

Для выводов Arduino 9, 10, 11 и 3 - 500 Гц

“фильтр операционного усилителя низких частот ”

Для контактов 5 и 6 Arduino - 1 кГц

Эти частоты подходят для общего использования, например, для затухания светодиода. Но для схемы вроде понижающий или повышающий преобразователь , нужен высокочастотный источник ШИМ (в диапазоне десятков кГц), потому что MOSFET требует высокой частоты для идеального переключения, а также высокочастотный вход уменьшает значение или размер компонентов схемы, таких как индуктор и конденсатор. Таким образом, для этого проекта нам понадобится высокочастотный источник ШИМ.

Хорошо, что мы можем изменить частоту ШИМ выводов PWM Arduino, используя простой код:

ДЛЯ ARDUINO UNO:

Доступная частота ШИМ для D3 и D11:
// TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000001 // для частоты ШИМ 31372,55 Гц
// TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000010 // для частоты ШИМ 3921,16 Гц
// TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000011 // для частоты ШИМ 980,39 Гц
TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000100 // для частоты ШИМ 490,20 Гц (ПО УМОЛЧАНИЮ)
// TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000101 // для частоты ШИМ 245,10 Гц
// TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000110 // для частоты ШИМ 122,55 Гц
// TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000111 // для частоты ШИМ 30,64 Гц
Доступная частота ШИМ для D5 и D6:
// TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001 // для частоты ШИМ 62500,00 Гц
// TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000010 // для частоты ШИМ 7812,50 Гц
TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000011 // для частоты ШИМ 976,56 Гц (ПО УМОЛЧАНИЮ)
// TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000100 // для частоты ШИМ 244,14 Гц
// TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000101 // для частоты ШИМ 61,04 Гц
Доступная частота ШИМ для D9 и D10:
// TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000001 // установить делитель таймера 1 на 1 для частоты ШИМ 31372,55 Гц
// TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000010 // для частоты ШИМ 3921,16 Гц
TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000011 // для частоты ШИМ 490,20 Гц (ПО УМОЛЧАНИЮ)
// TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000100 // для частоты ШИМ 122,55 Гц
// TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000101 // для частоты ШИМ 30,64 Гц
** мы будем использовать пин № 6 для ШИМ отсюда и код:
// TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001 // для частоты ШИМ 62,5 кГц

СПИСОК КОМПОНЕНТОВ:

1. ARDUINO UNO

2. ИНДУКТОР (100Uh)

3. ДИОД ШОТТКИ.

4. КОНДЕНСАТОР (100 мкФ)

5. IRF540N

6. ПОТЕНЦИОМЕТР.

7. РЕЗИСТОР 10 кОм, 100 Ом

8. НАГРУЗКА (в данном случае двигатель)

9. 12 V BATTERY

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА

Понижающий преобразователь с использованием Arduino

Понижающий преобразователь с использованием схемы разводки Arduino

Выполните подключения, как показано на принципиальной схеме.

1. Подключите концевые клеммы потенциометра к контакту 5 В и контакту заземления Arduino UNO соответственно, а его контакт дворника - к аналоговому контакту A1.

2. Подключите вывод 6 PWM Arduino к основанию mosfet.

3. Положительный полюс батареи к разряду МОП-транзистора и отрицательный полюс к p-выводу диода Шоттки.

4. От клеммы p диода Шоттки подключите нагрузку (двигатель) последовательно с индуктором к клемме истока МОП-транзистора.

5. Теперь подключите n-клемму диода Шоттки к клемме истока МОП-транзистора.

6. Подключите к двигателю конденсатор емкостью 47 мкФ.

7. Наконец, подключите заземляющий контакт Arduino к клемме истока mosfet.

Назначение MOSFET:

Mosfet используется для переключения входного напряжения на высокой частоте и для обеспечения высокого тока с меньшим тепловыделением.

Назначение ардуино:

Для высокой скорости переключения МОП-транзистора (при частоте около 65 кГц)

Назначение индуктора:

Если эта схема работает без подключения катушки индуктивности, то высока вероятность повреждения МОП-транзистора из-за скачков высокого напряжения на его выводе.

Чтобы предотвратить эти выбросы высокого напряжения, он подключается, как показано на рисунке, поскольку, когда МОП-транзистор включен, он накапливает энергию, а когда МОП-транзистор выключен, он отдает эту накопленную энергию двигателю.

Назначение диода Шоттки:

Предположим, что диод Шоттки не включен в цепь. В этом случае, когда МОП-транзистор выключен, индуктор передает свою энергию нагрузке или двигателю, что оказывает очень незначительное влияние на нагрузку, поскольку существует неполный контур для протекания тока. Таким образом, диод Шоттки замыкает контур для протекания тока. Теперь нормальный диод сюда не подключается, так как диод Шоттки имеет низкое прямое падение напряжения.
для индикации понижающего напряжения на нагрузке.

Назначение потенциометра:

Потенциометр дает аналоговое значение для Arduino (в зависимости от положения клеммы стеклоочистителя), в соответствии с которым напряжение ШИМ принимается клеммой затвора МОП-транзистора от контакта 6 ШИМ Arduino. Это значение в конечном итоге определяет выходное напряжение на нагрузке.

Почему между затвором и истоком включен резистор?

Даже небольшой шум может включить МОП-транзистор. Следовательно понижающий резистор подключен между затвором и землей, т. е. источником.

Программный код

Burn this code to arduino: int m // initialize variable m int n // initialize variable n void setup() B00000001 // for PWM frequency of 62.5 KHz on pin 6( explained under code section) Serial.begin(9600) // begin serial communication void loop() { m= analogRead(A1) // read voltage value from pin A1 at which pot. wiper terminal is connected n= map(m,0,1023,0,255) // map this ip value betwenn 0 and 255 analogWrite(6,n) // write mapped value on pin 6 Serial.print(' PWM Value ') Serial.println(n) }

КОД ОБЪЯСНЕНИЕ

1. Переменная x - это значение напряжения, полученное с вывода A1, к которому подключен вывод дворника.

2. Переменной y присваивается отображаемое значение от 0 до 255.

3. ** как уже объяснялось в предыдущем разделе для таких схем, как понижающий или повышающий преобразователь, нужен высокочастотный источник ШИМ (в диапазоне десятков кГц), потому что MOSFET требуется высокая частота для идеального переключения, а высокочастотный вход уменьшает значение или размер компонентов схемы, таких как индуктор и конденсатор.

Таким образом, мы собираемся использовать этот простой код для генерации напряжения ШИМ прибл. Частота 65 кГц: TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001 // для частоты ШИМ 62,5 кГц на выводе 6

Как это устроено:

Поскольку потенциометр выдает аналоговое значение на Arduino (в зависимости от положения клеммы стеклоочистителя), он определяет значение напряжения ШИМ, полученное клеммой затвора МОП-транзистора от контакта 6 PWM Arduino.

И это значение в конечном итоге определяет выходное напряжение на нагрузке.

Когда МОП-транзистор включен, индуктор накапливает энергию, а при выключении эта накопленная энергия передается нагрузке, то есть в данном случае двигателю. И поскольку этот процесс происходит на очень высокой частоте, мы получаем понижающее напряжение постоянного тока на двигателе, которое зависит от положения клеммы стеклоочистителя, поскольку МОП-транзистор является устройством, зависящим от напряжения.