Cara Kerja Pengonversi Buck

Artikel di bawah ini menyajikan pengetahuan komprehensif tentang cara kerja konverter uang.

Seperti namanya, konverter uang dirancang untuk melawan atau membatasi arus masukan yang menyebabkan keluaran yang mungkin jauh lebih rendah daripada masukan yang disediakan.

Dengan kata lain, ini dapat dianggap sebagai konverter step down yang dapat digunakan untuk memperoleh tegangan atau arus yang dihitung lebih rendah dari tegangan input.

Mari pelajari lebih lanjut tentang cara kerja konverter uang di sirkuit elektronik melalui pembahasan berikut:

Konverter Buck

Biasanya Anda mungkin menemukan konverter uang yang digunakan di sirkuit SMPS dan MPPT yang secara khusus membutuhkan tegangan output untuk dikurangi secara signifikan daripada daya sumber input, tanpa mempengaruhi atau mengubah output daya, yaitu nilai V x I.

Sumber suplai ke konverter uang bisa dari stopkontak AC atau dari catu daya DC.

Konverter uang hanya digunakan untuk aplikasi di mana isolasi listrik mungkin tidak diperlukan secara kritis di seluruh sumber daya input dan beban, namun untuk aplikasi di mana input mungkin pada level utama maka topologi flyback biasanya digunakan melalui transformator isolasi.

Perangkat utama yang digunakan sebagai switching agent dalam buck converter bisa dalam bentuk mosfet atau power BJT (seperti 2N3055), yang dikonfigurasi untuk beralih atau berosilasi dengan kecepatan tinggi melalui tahap osilator terintegrasi dengan basis atau gerbangnya.

Elemen penting kedua dalam konverter uang adalah induktor L, yang menyimpan listrik dari transistor selama periode ON dan melepaskannya selama periode OFF mempertahankan suplai kontinu ke beban pada level yang ditentukan.

Tahap ini juga disebut sebagai 'Roda gila' tahap karena fungsinya menyerupai roda gila mekanis yang mampu mempertahankan rotasi yang terus menerus dan stabil dengan bantuan dorongan teratur dari sumber eksternal.

Masukan AC atau DC?

Konverter uang pada dasarnya adalah rangkaian konverter DC ke DC yang dirancang untuk memperoleh pasokan dari sumber DC, yang dapat berupa baterai atau panel surya. Ini juga bisa dari output adaptor AC ke DC yang dicapai melalui penyearah jembatan dan kapasitor filter.

Tidak peduli apa yang mungkin menjadi sumber input DC ke konverter buck, itu selalu diubah menjadi frekuensi tinggi menggunakan rangkaian osilator chopper bersama dengan tahap PWM.

Frekuensi ini kemudian diumpankan ke perangkat switching untuk tindakan konverter uang yang diperlukan.

Operasi Konverter Buck

Seperti yang dibahas di bagian atas mengenai cara kerja konverter uang, dan seperti yang dapat dilihat pada diagram berikut, rangkaian konverter uang mencakup transistor sakelar dan rangkaian Roda Gila terkait yang mencakup dioda D1, induktor L1 dan kapasitor C1.

Selama periode transistor ON, daya melewati transistor pertama dan kemudian melalui induktor L1 dan terakhir ke beban. Dalam prosesnya, induktor karena sifatnya yang melekat mencoba untuk menentang masuknya arus secara tiba-tiba dengan menyimpan energi di dalamnya.

Penentangan oleh L1 ini menghambat arus dari input yang diterapkan untuk mencapai beban dan mencapai nilai puncak untuk instans switching awal.

Namun sementara itu transistor memasuki fase sakelar OFF, memutus suplai input ke induktor.

Dengan suplai dimatikan OFF L1 lagi menghadapi perubahan arus yang tiba-tiba, dan untuk mengkompensasi perubahan itu mengeluarkan energi yang tersimpan di seluruh beban yang terhubung

Periode 'On' Transistor

Mengacu pada gambar di atas, sementara transistor dalam fase sakelar, memungkinkan arus mencapai beban, tetapi selama saat-saat awal sakelar ON, arus sangat terbatas karena oposisi induktor terhadap penerapan tiba-tiba dari saat ini melalui itu.

Namun dalam proses induktor merespon dan mengkompensasi perilaku dengan menyimpan arus di dalamnya, dan dalam kursus beberapa bagian pasokan diizinkan untuk mencapai beban dan juga ke kapasitor C1, yang juga menyimpan bagian pasokan yang diizinkan di dalamnya. .

Juga harus diperhitungkan bahwa sementara hal di atas terjadi, katoda D1 mengalami potensial positif penuh yang membuatnya tetap bias terbalik, sehingga energi yang disimpan L1 tidak mungkin mendapatkan jalur balik melintasi beban melalui beban. Situasi ini memungkinkan induktor untuk tetap menyimpan energi ke dalamnya tanpa kebocoran.

Transistor Matikan Periode 'off'

Sekarang mengacu pada gambar di atas, ketika transistor mengembalikan aksi switchingnya, yaitu segera setelah dimatikan, L1 sekali lagi diperkenalkan dengan aliran arus yang tiba-tiba, yang ditanggapi dengan melepaskan energi yang tersimpan ke beban di bentuk perbedaan potensial yang setara.

Sekarang, karena T1 dimatikan, katoda D1 dilepaskan dari potensi positif dan diaktifkan dengan kondisi berbasis maju.

Karena kondisi bias maju D1, energi L1 yang dilepaskan atau EMF belakang yang ditendang oleh L1 diizinkan untuk menyelesaikan siklus melalui beban, D1 dan kembali ke L1.

Saat proses sedang diselesaikan, energi L1 mengalami penurunan eksponensial karena konsumsi beban. C1 sekarang datang untuk menyelamatkan dan membantu atau membantu EMF L1 dengan menambahkan arus yang disimpan sendiri ke beban, dengan demikian memastikan tegangan sesaat yang cukup stabil ke beban ... sampai transistor ON lagi untuk menyegarkan siklus kembali.

Seluruh prosedur memungkinkan pelaksanaan aplikasi konverter buck yang diinginkan di mana hanya porsi yang dihitung dari tegangan suplai dan arus yang diperbolehkan untuk beban, daripada tegangan puncak yang relatif lebih besar dari sumber input.

Hal ini dapat dilihat dalam bentuk gelombang riak yang lebih kecil daripada gelombang persegi besar dari sumber masukan.

Pada bagian di atas kita mempelajari dengan tepat cara kerja konverter uang, dalam diskusi berikut kita akan mempelajari lebih dalam dan mempelajari rumus yang relevan untuk menentukan berbagai parameter yang terkait dengan konverter uang.

Formula untuk Menghitung Tegangan Buck dalam Sirkuit Konverter Buck

Dari keputusan di atas kita dapat menyimpulkan bahwa arus tersimpan maksimum di dalam L1 bergantung pada waktu ON transistor, atau EMF belakang L1 dapat didimensi dengan secara tepat mengukur waktu ON, dan waktu OFF L, itu juga menyiratkan bahwa output tegangan pada buck converter dapat ditentukan sebelumnya dengan menghitung waktu ON T1.

Rumus untuk mengekspresikan keluaran konverter uang dapat disaksikan dalam hubungan yang diberikan di bawah ini:

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

dimana V (in) adalah tegangan sumber, t (ON) adalah waktu ON dari transistor,

dan T adalah 'waktu periodik' atau periode satu siklus penuh PWM, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu waktu ON penuh + satu waktu OFF penuh.

Contoh yang Dipecahkan:

Mari kita coba memahami rumus di atas dengan contoh yang diselesaikan:

Mari kita asumsikan situasi di mana konverter buck dioperasikan dengan V (in) = 24V

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

t (ON) = 1ms

Mengganti ini dalam rumus di atas kita dapatkan:

V (keluar) = 24 x 0,001 / 0,004 = 6V

Oleh karena itu V (out) = 6V

Sekarang mari kita tambah waktu transistor dengan membuat t (ON) = 1,5ms

Oleh karena itu, V (keluar) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9V

Dari contoh di atas, menjadi sangat jelas bahwa waktu switching konverter buck t (ON) dari transistor mengatur tegangan output atau tegangan Buck yang diperlukan, sehingga nilai apa pun antara 0 dan V (in) dapat dicapai hanya dengan mengukur dimensi yang tepat ON waktu transistor switching.

Konverter Buck untuk Persediaan Negatif

Rangkaian konverter uang yang telah kita bahas sejauh ini dirancang agar sesuai dengan aplikasi suplai positif, karena keluarannya mampu menghasilkan potensial positif dengan mengacu pada arde masukan.

Namun untuk aplikasi yang mungkin memerlukan suplai negatif, desain dapat sedikit dimodifikasi dan dibuat kompatibel dengan aplikasi tersebut.

Gambar di atas menunjukkan bahwa hanya dengan menukar posisi induktor dan dioda, keluaran dari konverter buck dapat dibalik atau dibuat negatif sehubungan dengan masukan pembumian umum yang tersedia.