Circuit convertidor buck DC-DC

En aquest projecte farem un circuit convertidor Buck amb Arduino i MOSFET de canal N amb una capacitat de corrent màxima de 6 amperes. Reduirem 12v CC a qualsevol valor entre 0 i 10v CC. Podem controlar el valor de la tensió de sortida girant el potenciòmetre.

Un convertidor Buck és un convertidor de CC a CC, que redueix el voltatge de CC. És com un transformador amb una diferència; mentre que el transformador redueix el voltatge de corrent altern del voltatge alternatiu. L'eficiència del convertidor de dòlars és inferior a la d'un transformador.

Els components clau del convertidor de dòlars són el mosfet; ja sigui canal n o canal p i generador de pols quadrat d'alta freqüència (ja sigui un temporitzador IC o un microcontrolador). Arduino s'utilitza aquí com a generador de polsos; també es pot utilitzar un IC de temporitzador 555 per a aquest propòsit. Aquí hem demostrat aquest convertidor Buck controlant la velocitat del motor CC amb el potenciómetre, també hem provat la tensió mitjançant el multímetre. Consulteu el vídeo al final d’aquest article.

Components necessaris:

1. Arduino Uno
2. IRF540N
3. Inductor (100Uh)
4. Condensador (100uf)
5. Diodo de Schottky
6. Potenciòmetre
7. Resistència de 10k, 100ohm
8. Càrrega
9. Bateria de 12v

Diagrama de circuit i connexions:

Feu les connexions tal com es mostra al diagrama de circuits anterior per al convertidor Buck DC-DC.

1. Connecteu un terminal d’inductor a la font del mosfet i un altre al LED en sèrie amb resistència 1k. La càrrega està connectada en paral·lel a aquesta disposició.
2. Connecteu la resistència de 10 k entre la porta i la font.
3. Connecteu el condensador en paral·lel a la càrrega.
4. Connecteu el terminal positiu de la bateria per drenar-lo i el negatiu al terminal negatiu del condensador.
5. Connecteu el terminal p del díode al negatiu de la bateria i el terminal n directament a la font.
6. El pin PWM d'Arduino va a la porta del mosfet
7. El pin GND d'Arduino va a la font del mosfet. Connecteu-lo allà o el circuit no funcionarà.
8. Connecteu els terminals extrems del potenciòmetre al pin 5v i al pin GND d’Arduino respectivament. Mentre que el terminal del netejador al pin analògic A1.

Funció d'Arduino:

Com ja s'ha explicat, Arduino envia pulsacions de rellotge a la base de MOSFET. La freqüència d'aquests polsos de rellotge és d'aprox. 65 kHz. Això provoca un canvi de mosfet molt ràpid i obtenim un valor mitjà de voltatge. Heu d’aprendre sobre ADC i PWM a Arduino, que us aclarirà com els impulsos d’alta freqüència són generats per Arduino:

• Dimmer LED basat en Arduino mitjançant PWM
• Com utilitzar ADC a Arduino Uno?

Funció de MOSFET:

Mosfet s'utilitza per a dos propòsits:

1. Per a commutació d'alta velocitat de la tensió de sortida.
2. Per proporcionar un alt corrent amb menys dissipació de calor.

Funció de l’inductor: l’

inductor s’utilitza per controlar pics de tensió que poden danyar el mosfet. L’inductor emmagatzema energia quan el mosfet està activat i allibera aquesta energia emmagatzemada quan el mosfet està apagat. Com que la freqüència és molt alta, el valor d’inductància requerit per a aquest propòsit és molt baix (al voltant de 100 uH).

Funció del díode Schottky: el

díode Schottky completa el bucle de corrent quan el mosfet està apagat i assegura així un subministrament suau de corrent a la càrrega. A part d'això, el díode schottky dissipa calor molt baix i funciona bé a major freqüència que els díodes normals.

Funció del LED: la

brillantor del LED indica el descens de la tensió a través de la càrrega. A mesura que girem el potenciòmetre, la brillantor del LED varia.

Funció del potenciòmetre:

Quan es llança el terminal del netejador del potenciòmetre a una posició diferent, canvia la tensió entre ell i el sòl, que al seu torn canvia el valor analògic rebut pel pin A1 de l'arduino. Aquest nou valor es mapeja entre 0 i 255 i es dóna al pin 6 d'Arduino per a PWM.

** El condensador suavitza la tensió donada a la càrrega.

Per què la resistència entre la porta i la font?

Fins i tot el més mínim soroll a la porta del MOSFET pot activar-lo, per tant, per evitar que això passi, sempre es recomana connectar una resistència d’alt valor entre la porta i la font.

Explicació del codi:

El codi Arduino complet, per generar impulsos d'alta freqüència, es dóna a la secció de codi següent.

El codi és senzill i s’explica per si mateix, de manera que aquí només hem explicat algunes parts del codi.

A la variable x se li assigna el valor analògic que es rep del pin analògic A0 d'Arduino

x = analogRead (A1);

A la variable w se li assigna el valor assignat entre 0 i 255. Aquí els valors ADC d'Arduino es mapen a 2 a 255 mitjançant la funció de mapa a Arduino.

w = mapa (x, 0,1023,0,255);

La freqüència normal de PWM per al pin 6 és d'aproximadament 1 kHz. Aquesta freqüència no és adequada per a fins com el convertidor de dòlars. Per tant, aquesta freqüència s'ha d'augmentar a un nivell molt alt. Això es pot aconseguir utilitzant un codi d'una línia en la configuració nul·la:

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // canvia la freqüència de pwm a 65 KHZ aprox.

Funcionament del convertidor Buck DC-DC:

Quan el circuit està engegat, el mosfet s’encén i s’apaga amb una freqüència de 65 kHz. Això fa que l’inductor emmagatzemi energia quan el mosfet estigui encès i, a continuació, li doni aquesta energia emmagatzemada per carregar-se quan el mosfet s’apaga. Com que això passa a una freqüència molt alta, obtenim un valor mitjà de la tensió de sortida pulsada en funció de la posició del terminal del netejador del potenciòmetre respecte al terminal de 5V. I a mesura que augmenta aquesta tensió entre el terminal de l'eixugaparabrises i el terra, també augmenta el valor assignat al pin núm. 6 d'Arduino.

Suposem que aquest valor assignat és 200. Llavors la tensió PWM al pin 6 serà a: = 3,921 volts

I com que el MOSFET és un dispositiu dependent de la tensió, aquest voltatge pwm determina en última instància la tensió a través de la càrrega.

Aquí hem demostrat aquest convertidor Buck girant un motor de corrent continu i en multímetre, comproveu el vídeo següent. Hem controlat la velocitat del motor amb Potentiometer i hem controlat la brillantor del LED amb Potentiometer.