DC-DC Buck-omzettercircuit

In dit project gaan we een Buck Converter Circuit maken met Arduino en N-Channel MOSFET met een maximale stroomcapaciteit van 6 ampère. We gaan 12v DC verlagen naar een waarde tussen 0 en 10v DC. We kunnen de waarde van de uitgangsspanning regelen door de potentiometer te draaien.

Een buck-converter is een DC naar DC-omzetter, die de gelijkspanning verlaagt. Het is net een transformator met één verschil; terwijl de transformator de AC-spanning omlaag zet, de buck-converter de DC-spanning verlaagt. De efficiëntie van een buck-converter is lager dan die van een transformator.

De belangrijkste componenten van buck-converter zijn mosfet; ofwel n-kanaals of p-kanaals en hoogfrequente vierkante pulsgenerator (ofwel een timer-IC of microcontroller). Arduino wordt hier gebruikt als pulsgenerator, hiervoor kan ook een 555 Timer IC worden gebruikt. Hier hebben we deze Buck-converter gedemonstreerd door de DC-motorsnelheid te regelen met een potentiometer, ook de spanning getest met een multimeter. Bekijk de video aan het einde van dit artikel.

Vereiste componenten:

1. Arduino Uno
2. IRF540N
3. Inductor (100Uh)
4. Condensator (100uf)
5. Schottky-diode
6. Potentiometer
7. 10k, 100ohm weerstand
8. Laden
9. 12v batterij

Schakelschema en aansluitingen:

Maak de aansluitingen zoals weergegeven in het schakelschema hierboven voor DC-DC Buck Converter.

1. Verbind een terminal van de inductor met de bron van mosfet en een andere met LED in serie met 1k-weerstand. De belasting is parallel aan deze opstelling aangesloten.
2. Verbind een weerstand van 10k tussen poort en bron.
3. Sluit de condensator parallel aan om te laden.
4. Verbind de positieve pool van de batterij met de afvoer en de negatieve pool met de negatieve pool van de condensator.
5. Verbind de p-klem van de diode met de min van de batterij en de n-klem rechtstreeks met de bron.
6. PWM-pin van Arduino gaat naar poort van mosfet
7. GND-pin van Arduino gaat naar bron van mosfet. Sluit het daar aan, anders werkt het circuit niet.
8. Verbind de extreme terminals van de potentiometer met respectievelijk 5v pin en GND pin van Arduino. Terwijl de wisser-aansluiting naar analoge pin A1.

Functie van Arduino:

Zoals al uitgelegd, stuurt Arduino klokpulsen naar de basis van MOSFET. De frequentie van deze klokpulsen is ca. 65 Khz. Dit zorgt voor een zeer snelle omschakeling van mosfet en we krijgen een gemiddelde spanningswaarde. Je zou moeten leren over ADC en PWM in Arduino, wat je duidelijk zal maken hoe hoogfrequente pulsen worden gegenereerd door Arduino:

• Arduino-gebaseerde LED-dimmer met PWM
• Hoe ADC te gebruiken in Arduino Uno?

Functie van MOSFET:

Mosfet wordt voor twee doeleinden gebruikt:

1. Voor het snel schakelen van de uitgangsspanning.
2. Om een hoge stroom te leveren met minder warmteafvoer.

Functie van inductor:

Inductor wordt gebruikt om spanningspieken te regelen die mosfet kunnen beschadigen. De inductor slaat energie op wanneer mosfet is ingeschakeld en geeft deze opgeslagen energie vrij wanneer mosfet is uitgeschakeld. Omdat de frequentie erg hoog is, is de waarde van de inductantie die hiervoor nodig is erg laag (ongeveer 100uH).

Functie van Schottky-diode:

Schottky-diode voltooit de stroomlus wanneer mosfet is uitgeschakeld en zorgt zo voor een soepele stroomtoevoer naar de belasting. Afgezien hiervan dissipeert de schottky-diode zeer lage warmte en werkt hij prima bij een hogere frequentie dan gewone diodes.

Functie van LED:

Helderheid van LED geeft de verlagingsspanning over belasting aan. Terwijl we de potentiometer draaien, varieert de helderheid van de LED.

Functie van potentiometer:

Wanneer de wisseraansluiting van de potentiometer naar een andere positie wordt geworpen, verandert de spanning tussen deze en aarde, wat op zijn beurt de analoge waarde verandert die wordt ontvangen door pin A1 van de Arduino. Deze nieuwe waarde wordt vervolgens toegewezen tussen 0 en 255 en vervolgens gegeven aan pin 6 van Arduino voor PWM.

** Condensator egaliseert de spanning die aan de belasting wordt gegeven.

Waarom weerstand tussen poort en bron?

Zelfs de kleinste ruis bij de poort van de MOSFET kan deze inschakelen, daarom wordt om dit te voorkomen altijd geadviseerd om een ​​hoogwaardige weerstand tussen poort en bron aan te sluiten.

Code Verklaring:

Volledige Arduino-code, voor het genereren van hoogfrequente pulsen, wordt gegeven in het onderstaande codegedeelte.

Code is eenvoudig en spreekt voor zich, dus hier hebben we slechts enkele delen van de code uitgelegd.

Variabele x krijgt de analoge waarde toegewezen die wordt ontvangen van analoge pin A0 van Arduino

x = analogRead (A1);

Waarde w wordt de toegewezen waarde die tussen 0 en 255. Hier worden de ADC waarden van Arduino zijn toegewezen aan 2-255 standaard- kaart functie Arduino.

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

De normale frequentie van PWM voor pin 6 is ongeveer 1 kHz. Deze frequentie is niet geschikt voor doeleinden zoals buck-converter. Daarom moet deze frequentie worden verhoogd tot een zeer hoog niveau. Dit kan worden bereikt met behulp van een code van één regel in de ongeldige configuratie:

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // verander frequentie van pwm naar 65 KHZ ca.

Werking van DC-DC Buck Converter:

Als het circuit is ingeschakeld, wordt mosfet in- en uitgeschakeld met een frequentie van 65 khz. Dit zorgt ervoor dat de inductor energie opslaat wanneer mosfet aan staat en deze opgeslagen energie vervolgens laat laden wanneer mosfet uitschakelt. Omdat dit gebeurt met een zeer hoge frequentie, krijgen we een gemiddelde waarde van de gepulseerde uitgangsspanning, afhankelijk van de positie van de wisseraansluiting van de potentiometer ten opzichte van de 5v-aansluiting. En naarmate deze spanning tussen de wisseraansluiting en aarde toeneemt, neemt ook de toegewezen waarde op pwm-pin nr. 6 van Arduino.

Laten we zeggen dat deze toegewezen waarde 200 is. Dan is de PWM-spanning op pin 6: = 3,921 volt

En aangezien MOSFET een spanningsafhankelijk apparaat is, bepaalt deze pwm-spanning uiteindelijk de spanning over de belasting.

Hier hebben we deze Buck-converter gedemonstreerd door een DC-motor te draaien en op een multimeter, bekijk de onderstaande video. We hebben de snelheid van de motor geregeld met een Potentiometer en de helderheid van de LED met een Potentiometer.