JoVE Logo

Sign In

ממיר DC/DC Buck

Overview

מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.

אמנם זה פשוט להגביר או למטה מתחי AC וזרמים באמצעות שנאים, צעד למעלה או למטה מתחי DC וזרמים בצורה יעילה ומוסדרת דורשת ממירי כוח מיתוג. ממיר DC/DC Buck חותך את מתח DC הקלט באמצעות מתג כניסה סדרה, ואת המתח הקצוץ מסונן דרך מסנן L-C נמוך לעבור כדי לחלץ את מתח היציאה הממוצע. הדיודה מספקת נתיב עבור זרם המשרן כאשר המתג כבוי עבור חלק מתקופת המיתוג. מתח היציאה הוא זה פחות או שווה למתח הכניסה.

מטרת הניסוי היא לחקור מאפיינים שונים של ממיר באק. יכולת הירידה של הממיר תיצפה במצב הולכה רציף (CCM) שבו זרם המשרן אינו אפס. ייעשה שימוש בפעולת לולאה פתוחה עם יחס חובה קבוע באופן ידני. הערכה של יחסי הקלט-פלט תיבחן.

Principles

רגולטורים ליניאריים (סדרה ודלף) יכולים לספק יכולת הורדה, אך הם מאוד לא יעילים כאשר יחס מתח היציאה לקלט נמוך מאוד. חוצבי מתח יכולים גם לרדת מתח DC, עם זאת, אין רגולציה המעורבת בעומסים משתנים. ממירי Buck מציגים אפוא יכולות מיתנה יעילות וחזקות של מתח DC.

על מנת לבנות ממיר באק, אנו יכולים להתחיל עם המעגל המוצג להלן בתמונה. 1(א). כאשר המתג מופעל עבור חלק (D) של תקופת המיתוג (T), מתח היציאה (Vo) ומתחהכניסה( V in ) שווים. כאשר המתג כבוי עבור חלק (1-D)של התקופה, מתח היציאה הוא אפס. זה מייצר מתח יציאה גל מרובע שהממוצע שלו (מוצג על ידי סוגריים < >) הוא פחות מזה של מתח הכניסה: o> = VoD + Vo(1-D)= Vב-D + 0(1-D)= Vב-D.

על מנת למזער את אדווה זרם היציאה, וכך אדווה מתח היציאה עם עומס התנגדותי, משרן מתווסף כפי שמוצג ב איור 1(ב). הבעיה עם משרן היא שהוא שומר על זרימת הזרם עד שכל האנרגיה המאוחסנת שלו משתחררת, כך שאם המתג מכבה, dI/ dt גדול יתרחש על פני המתג מאז הזרם צריך לזרום. לכן, דיודה חופשית מתווספת כדי לספק נתיב נוכחי משרן כפי שמוצג ב איור 1(ג). עם זאת, שראתו של המשרן תצטרך להיות גדולה מאוד על מנת שיהיה אדווה נמוכה מאוד של מתח יציאה, ויש להוסיף קבל כדי להקטין את גודל המשרן ולספק יציאת מתח DC נקייה בעומס כפי שמוצג ב- Fig. 1(d).

Figure 1
איור 1. צעדים לבניית ממיר דולר

ככל שניסוי זה מתקדם, נראה כי מתח היציאה הממוצע יגדל ככל שמחזור החובה, D, עולה. עם תדרי מיתוג גבוהים יותר, אדווה המתח בפלט תקטן מכיוון שזמן הטעינה והפירוק של המתח הקבלי יתקצר משמעותית עם ירידה בתדר המיתוג.

Procedure

ניסוי זה ישתמש בלוח הממיר DC-DC המסופק על ידי HiRel Systems. http://www.hirelsystems.com/shop/Power-Pole-Board.html

מידע על פעולת הלוח ניתן למצוא בסרטון אוספים זה "מבוא ללוח HiRel".

ההליך המוצג כאן חל על כל מעגל ממיר באק פשוט שניתן לבנות על לוחות פרוטו, לוחות לחם או מעגלים מודפסים.

1. הגדרת לוח

  1. חבר את אספקת האות ±12 במחבר "DIN" אך השאר את "S90" כבוי.
  2. ודא שבוחר הפקדים PWM נמצא במיקום הלולאה הפתוחה.
  3. הגדר את ספק הכוח DC ב- 24 V. שמור על הפלט מנותק מהלוח.
  4. לפני חיבור נגד העומס, התאמת אותו ל 12 Ω.
  5. בנה את המעגל המוצג ב- Fig. 2 באמצעות MOSFET העליון, הדיודה התחתונה, ולוח מגנטי BB. הקלט את ערך האידוי המוצג בלוח. שים לב שללוח המגנטי של BB יש משרן עם שני מסופים המתחברים ללוח ממיר DC-DC (עמוד חשמל).
    1. חבר את "RL"על פני "V2+" ו-"COM".
    2. ודא שמערך המתגים עבור בחירת MOSFET, בחירת PWM והגדרות אחרות מוצגות ב- Fig. 2.

Figure 2
איור 2. מעגל ממיר באק

2. התאמת יחס החובה ותדירות המיתוג

  1. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית מעבר לשער למקור של MOSFET העליון.
  2. הפעל את "S90". אות מיתוג אמור להופיע על מסך האוסצילוסקופ.
    1. התאם את ציר זמן האות כדי לראות שתיים או שלוש תקופות.
    2. התאם את פוטנציומטר התדר כדי להשיג תדר של 100 קילו-הרץ (תקופה של 10μs).
    3. התאם את פוטנציומטר יחס החובה כדי להשיג יחס חובה של 50%.

3. בדיקת ממיר באק עבור קלט משתנה

  1. חבר את ספק הכוח DC הקלט, אשר כבר מוגדר ב 24 V, כדי "V1+ " ו "COM".
  2. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית מעבר לשער למקור של MOSFET העליון.
    1. חבר את הגשוש השני על פני העומס. ודא שמחבר הקרקע מחובר ל-"COM".
  3. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה ובזמן של מתח השער למקור (גם יחס החובה).
    1. הקלט את קריאות זרם הכניסה והמתח באספקת החשמל DC.
  4. התאם את מתח הכניסה ל- 21 V, 18 V ו- 15 V, וחזור על השלבים לעיל עבור כל אחד מהמתחים הללו.
  5. נתק את אספקת DC הקלט והתאם את הפלט שלו ל- 24 V.

4. בדיקת ממיר באק ליחס חובה משתנה

  1. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית מעבר לשער למקור של MOSFET העליון.
    1. חבר את הגשוש השני על פני העומס. ודא שמחבר הקרקע מחובר ל-"COM".
  2. חבר את אספקת DC הקלט המוגדרת ל- 24 V בין "V1+" ל- "COM".
  3. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה ובזמן של מתח השער למקור (גם יחס החובה).
    1. הקלט את קריאות זרם הכניסה והמתח באספקת החשמל DC.
    2. התאם את יחס החובה לשלושה שלבים לפי בחירתך בין 30% ל- 70%. חזור על השלבים לעיל עבור כל אחד משלושת יחסי החובה הללו.
  4. אפס את יחס החובה ל- 50%.
  5. נתק את אספקת DC הקלט.

5. בדיקת ממיר Buck לתדר מיתוג משתנה

  1. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית מעבר לשער למקור של MOSFET העליון.
  2. חבר את הגשוש השני על פני העומס. ודא שמחבר הקרקע מחובר ל-"COM".
  3. חבר את אספקת DC הקלט ל- "V1+" ו- "COM".
  4. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה ובזמן של מתח השער למקור (גם יחס החובה).
    1. הקלט את זרם הכניסה ואת קריאת המתח באספקת החשמל DC.
    2. התאם את תדר המיתוג לשלושה שלבים לפי בחירתך בין 5 קילו-הרץ ל-40 קילו-הרץ. חזור על השלבים לעיל עבור כל אחד משלושת יחסי החובה הללו.
  5. כבה את אספקת DC הקלט ואת "S90", ולאחר מכן לפרק את המעגל.

Results

צפוי יחסי מתח היציאה-כניסה של ממיר buck אידיאלי להיות קשור מחזור החובה או יחס החובה D. אם מתח הכניסה הוא Vב ומתח היציאה הוא Vהחוצה, V החוצה/Vב = D,שבו 0≤D≤ 100%. לכן, עבור מתח כניסה של 24 V, Vהחוצה≈ 12 V עבור D = 50%, Vout≈ 7.2 V עבור D = 30%, ו- Vהחוצה≈ 16.8 V עבור D = 70%. עם זאת, מתח היציאה יהיה נמוך מהצפוי מהיחס האידיאלי, שהוא ליניארי עם יחס החובה, והסיבה העיקרית היא כי מודל ממיר buck האידיאלי אינו מסביר את אי האידיאליות וירידות מתח בממיר.

Application and Summary

ממירי Buck נפוצים מאוד במטעני מכשירים אלקטרוניים שבהם הם מספקים ויסות מתח מעולה הנדרש לטעינת סוללה. הם משמשים בדרך כלל ספקי כוח כי מחשבי כוח, מעגלים משולבים ולוחות אלקטרוניים, כמו גם ביישומי אנרגיה מתחדשת ומערכות האכלת סוללה.

Tags

DC DCBuck ConverterDC Output VoltageInput VoltageLinear RegulatorResistive ComponentsReactive ComponentsSwitchLow Pass FilterInductorCapacitorOutput VoltageElectronic SwitchBipolar TransistorMOSFETDiodeLoadDigital Pulse Train

Skip to...

0:06

Overview

1:23

Principles of Buck Converters

3:47

Board Setup

5:40

Buck Converter Testing with Variable Duty Ratio

7:28

Buck Converter Testing with Variable Switching Frequency

8:58

Applications

10:08

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

ממיר DC/DC Buck

Electrical Engineering

21.1K Views

article

אמצעי זהירות חשמליים וציוד בסיסי

Electrical Engineering

144.6K Views

article

אפיון רכיבים מגנטיים

Electrical Engineering

15.0K Views

article

מבוא ללוח עמודי החשמל

Electrical Engineering

12.4K Views

article

ממיר האצת DC/DC

Electrical Engineering

56.9K Views

article

ממיר Flyback

Electrical Engineering

13.2K Views

article

רובוטריקים חד פאזיים

Electrical Engineering

20.1K Views

article

מפסקים חד פאזיים

Electrical Engineering

23.4K Views

article

מאמת תיריסטור

Electrical Engineering

17.5K Views

article

מהפך חד פאזי

Electrical Engineering

17.9K Views

article

מנועי DC

Electrical Engineering

23.4K Views

article

אפיון מנוע אינדוקציה AC

Electrical Engineering

11.6K Views

article

מכונת אינדוקציה AC הניזונה מ- VFD

Electrical Engineering

6.9K Views

article

סינכרון מחשב סינכרוני AC

Electrical Engineering

21.6K Views

article

אפיון מכונה סינכרוני AC

Electrical Engineering

14.2K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved