Соберите простую схему понижающего преобразователя [понижающий преобразователь]

Объясняемая здесь практическая схема понижающего преобразователя использует всего 3 транзистора и чрезвычайно проста в сборке. Несмотря на простоту схемы, она имеет высокий КПД.

Схема может использоваться для управления светодиодами 3,3 В от источников питания с более высоким напряжением, например, от входов питания 12 В или 9 В.

Конструкцию понижающего преобразователя также можно легко модернизировать для работы с более высокими номинальными нагрузками вместо светодиода.

Содержание

Базовая работа топологии понижающего преобразователя

Ссылаясь на рисунок ниже, давайте попробуем понять как работает «понижающий» или «понижающий» преобразователь . С помощью схемы понижающего преобразователя более высокое входное напряжение может быть преобразовано в более низкое выходное напряжение. Его основной режим работы описан следующим образом.

Как только переключатель S нажат, на катушке индуктивности L возникает положительное напряжение. Это связано с тем, что Uвх выше, чем Uвых. Катушка изначально пытается сопротивляться мгновенному протеканию тока. В результате ток в катушке линейно возрастает, и в катушке начинает накапливаться энергия.

Затем, как только переключатель S размыкается, накопленный ток течет через катушку в выходной конденсатор через диод D.

Поскольку напряжение UL на катушке теперь отрицательное, ток через катушку уменьшается линейно. На выходе получает энергию, которая была захвачена и сохранена в катушке. Теперь, если переключатель S снова замкнут, процедура начинается заново и продолжает повторяться по мере того, как переключатель включается или выключается.

Режимы работы

Напряжение, которое появляется на выходе, определяется тем, как работает переключатель S. Согласно рисунку ниже, существует три основных типа течения.

• Предположим, что переключатель S замкнут в точке, где ток, протекающий внутри катушки, не достигает нуля, через катушку всегда будет проходить ток. Это называется «непрерывным режимом» (CM).
• Если ток достигает нуля в течение части цикла, как показано на рис. 2(b), то схема работает в «прерывистом режиме» (DM).
• Когда переключатель замыкается точно тогда, когда ток катушки достигает нуля, мы называем это операцией ограничения CM/DM.

Это означает, что в понижающем преобразователе как выходное напряжение, так и мощность могут быть изменены путем регулировки периодов включения переключателя. Это также называется отношением метки к пространству.

Достаточно теории; Теперь давайте рассмотрим простую реальную схему.

Создание практичной конструкции понижающего преобразователя

На следующем рисунке показана простая практическая схема понижающего преобразователя, использующая всего 3 транзистора и несколько других пассивных элементов.

Он работает следующим образом:

Переключатель S в этой схеме представлен транзистором Т1. Другими компонентами понижающего преобразователя являются диод D1 и катушка L1.

Как только на схему подается питание, R3 подает базовый ток на T2 (поскольку спецификация прямого напряжения D2 больше 0,7 В), и T2 включается.

Когда T2 проводит, T1 получает базовое смещение и также начинает проводить. В этой ситуации в точке Р повышается напряжение, из-за чего Т2 проводит еще сильнее.

Теперь, когда напряжение в точке P достигает 9 В, ток через L1 начинает увеличиваться. Напряжение на катушке и ее индуктивность влияют на скорость увеличения тока внутри нее.

По мере увеличения тока в катушке напряжение на резисторе R1 уменьшается. Как только этот потенциал достигает 0,7 В (около 70 мА), T3 включается. Это быстро устраняет базовый ток T1.

Поскольку ток в L1 больше не может увеличиваться, напряжение в точке P начинает уменьшаться. В результате выключается T2, за ним следует T1.

Ток через L1 теперь проходит через D1, пока не упадет до нуля. Это приводит к тому, что напряжение на T2 снова увеличивается, и процесс повторяется заново.

Транзисторы работают как тиристоры с положительной обратной связью, что приводит к колебаниям. T3 обеспечивает отключение T1 при заданном токе и работу схемы в режиме ограничения CM/DM.

Модернизация цепи для более высоких нагрузок

Вместо того, чтобы зажигать светодиод, вы можете использовать эту схему для работы с более высокой номинальной нагрузкой. Но при более высокой нагрузке вы обнаружите, что понижающий преобразователь не колеблется.

Это связано с тем, что нагрузка не позволяет R3 включить T2 при запуске.

Этой проблемы можно избежать, поместив конденсатор (0,1 мкФ) между точкой P и базой T2.

Еще одним разумным шагом было бы сгладить напряжение, подключив к выходу электролитический конденсатор емкостью 10 Ф.

Понижающий преобразователь работает как источник тока, а не как источник напряжения, и не регулируется. Однако для большинства простых приложений этого будет более чем достаточно.

Как построить

• Шаг № 1: Возьмите полосовую доску общего назначения размером 20 мм на 20 мм.
• Шаг № 2: Очистите медную сторону наждачной бумагой.
• Шаг № 3: Возьмите резисторы и диоды и согните их выводы, оставив расстояние 1 мм между их корпусом и выводами.
• Шаг № 4: Вставьте резисторы в печатную плату и припаяйте их. Отрежьте лишнюю длину проводов.
• Шаг № 5: Вставьте транзисторы в том же положении, что и на схеме. Припаяйте их выводы и обрежьте удлиненные выводы.
• Шаг № 6: Теперь вставьте катушку индуктивности, припаяйте ее и обрежьте выводы.
• Шаг № 7: Наконец, вставьте конденсатор и светодиод, припаяйте выводы. Отрежьте лишние провода

После того, как описанная выше сборка выполнена, тщательно соедините выводы различных компонентов, сверяясь со схематической схемой. Сделайте это, используя предварительно разрезанные куски обрезанных подводящих проводов.

Если вы не можете подключить провода напрямую со стороны меди, вы можете использовать перемычку со стороны компонентов на печатной плате.

Как проверить

• Держите светодиод отключенным в начале.
• Подайте на цепь 9 В постоянного тока.
• Измерьте напряжение в точках, где предполагается подключение светодиода.
• Оно должно быть в пределах от 3 В до 4 В.
• Это подтвердит, что вы правильно построили понижающий преобразователь и он работает правильно.
• Вы можете отключить питание и снова подключить светодиод на место.
• Теперь снова включите постоянный ток, вы увидите, что светодиод ярко горит от входа постоянного тока 9 В с максимальной эффективностью.

Как измерить эффективность

Чтобы измерить эффективность, вы можете подключить амперметр последовательно с положительной линией 9 В постоянного тока.

Затем вы можете умножить показание тока на напряжение (9 В).

Результат может быть примерно на 20% выше, чем мощность светодиода.

Это может доказать эффективность схемы понижающего преобразователя на уровне 80%, и то же самое.