Cómo funcionan los convertidores de Buck

Pruebe Nuestro Instrumento Para Eliminar Los Problemas





El artículo a continuación presenta un conocimiento completo sobre cómo funcionan los convertidores Buck.

Como sugiere el nombre, un convertidor reductor está diseñado para oponerse o restringir una corriente de entrada que causa una salida que puede ser mucho más baja que la entrada suministrada.



En otras palabras, se puede considerar un convertidor reductor que podría usarse para adquirir voltajes calculados o corrientes inferiores a la tensión de entrada.

Aprendamos más sobre el funcionamiento de convertidores buck en circuitos electrónicos a través de la siguiente discusión:



detalles de funcionamiento del convertidor reductor con forma de onda de frecuencia de conmutación

El convertidor Buck

Por lo general, puede encontrar un convertidor reductor que se usa en circuitos SMPS y MPPT que requieren específicamente que el voltaje de salida se reduzca significativamente que la potencia de la fuente de entrada, sin afectar o alterar la salida de potencia, que es el valor V x I.

La fuente de suministro a un convertidor reductor podría ser de una toma de CA o de una fuente de alimentación de CC.

Un convertidor reductor se usa solo para aquellas aplicaciones donde un aislamiento eléctrico puede no ser críticamente requerido a través de la fuente de alimentación de entrada y la carga; sin embargo, para aplicaciones donde la entrada puede estar en los niveles de la red, normalmente se usa una topología flyback a través de un transformador de aislamiento.

El dispositivo principal que se utiliza como agente de conmutación en un convertidor reductor podría tener la forma de un mosfet o un BJT de potencia (como un 2N3055), que está configurado para cambiar u oscilar a una velocidad rápida a través de una etapa de oscilador integrado con su base o puerta.

El segundo elemento importante en un convertidor reductor es el inductor L, que almacena la electricidad del transistor durante sus períodos de encendido y la libera durante sus períodos de apagado, manteniendo un suministro continuo a la carga al nivel especificado.

Esta etapa también se conoce como 'Volante' etapa, ya que su función se asemeja a un volante mecánico que es capaz de mantener una rotación continua y constante con la ayuda de empujes regulares de una fuente externa.

¿Entrada AC o DC?

Un convertidor reductor es básicamente un circuito convertidor de CC a CC que está diseñado para adquirir un suministro de una fuente de CC, que puede ser una batería o un panel solar. Esto también podría ser de una salida de adaptador de CA a CC lograda a través de un puente rectificador y un condensador de filtro.

No importa cuál pueda ser la fuente de entrada de CC al convertidor reductor, invariablemente se convierte en una alta frecuencia utilizando un circuito de oscilador chopper junto con una etapa PWM.

Esta frecuencia se alimenta luego al dispositivo de conmutación para las acciones requeridas del convertidor reductor.

Operación del convertidor reductor

Como se discutió en la sección anterior con respecto a cómo funciona un convertidor reductor, y como se puede ver en el siguiente diagrama, el circuito convertidor reductor incluye un transistor de conmutación y un circuito volante asociado que incluye el diodo D1, el inductor L1 y el condensador C1.

Durante los períodos en los que el transistor está ENCENDIDO, la potencia pasa primero a través del transistor y luego a través del inductor L1 y finalmente a la carga. En el proceso, el inductor, debido a su propiedad inherente, intenta oponerse a la introducción repentina de corriente almacenando la energía en él.

Esta oposición de L1 inhibe la corriente de la entrada aplicada para alcanzar la carga y alcanzar el valor pico para los instantes de conmutación iniciales.

Sin embargo, mientras tanto, el transistor entra en su fase de apagado, cortando el suministro de entrada al inductor.

Con el suministro apagado, L1 se enfrenta de nuevo a un cambio repentino en la corriente y, para compensar el cambio, descarga la energía almacenada a través de la carga conectada.

cuando el inductor desconectado de la alimentación pasa por un cambio repentino en la corriente

Período de 'encendido' del interruptor del transistor

Con referencia a la figura anterior, mientras el transistor está en la fase de encendido, permite que la corriente alcance la carga, pero durante los instantes iniciales del interruptor en ON la corriente está muy restringida debido a la oposición de los inductores a la aplicación repentina del corriente a través de él.

Sin embargo, en el proceso, el inductor responde y compensa el comportamiento almacenando la corriente en él, y en el curso se permite que una parte del suministro alcance la carga y también al condensador C1, que también almacena la parte permitida del suministro en él. .

También debe tenerse en cuenta que mientras ocurre lo anterior, el cátodo D1 experimenta un potencial positivo total que lo mantiene polarizado en reversa, lo que hace imposible que la energía almacenada de L1 obtenga una ruta de retorno a través de la carga a través de la carga. Esta situación permite que el inductor siga almacenando la energía en él sin fugas.

el inductor almacena energía eléctrica sin fugas

Período de 'apagado' del interruptor del transistor

Ahora, refiriéndose a la figura anterior, cuando el transistor revierte su acción de conmutación, es decir, tan pronto como se apaga, el L1 se introduce nuevamente con un vacío repentino de corriente, a lo que responde liberando la energía almacenada hacia la carga en la forma de una diferencia de potencial equivalente.

Ahora, dado que T1 está APAGADO, el cátodo de D1 se libera del potencial positivo y se habilita con una condición de avance.

Debido a la condición de polarización hacia adelante de D1, se permite que la energía L1 liberada o la EMF trasera impulsada por L1 complete el ciclo a través de la carga, D1 y de regreso a L1.

Mientras se completa el proceso, la energía L1 pasa por una caída exponencial debido al consumo de la carga. C1 ahora viene al rescate y ayuda o ayuda al L1 EMF agregando su propia corriente almacenada a la carga, asegurando así un voltaje instantáneo razonablemente estable a la carga ... hasta que el transistor se enciende nuevamente para refrescar el ciclo.

Todo el procedimiento permite la ejecución de la aplicación de convertidor reductor deseada en la que solo se permite una parte calculada del voltaje y la corriente de suministro para la carga, en lugar del voltaje pico relativamente mayor de la fuente de entrada.

Esto se puede ver en forma de onda ondulada más pequeña en lugar de las enormes ondas cuadradas de la fuente de entrada.

En la sección anterior aprendimos exactamente cómo funcionan los convertidores buck, en la siguiente discusión profundizaremos y aprenderemos la fórmula relevante para determinar los diversos parámetros relacionados con los convertidores buck.

Fórmula para calcular el voltaje reductor en un circuito convertidor reductor

De la decisión anterior, podemos concluir que la corriente máxima almacenada dentro de L1 depende del tiempo de ENCENDIDO del transistor, o la EMF trasera de L1 se puede dimensionar al dimensionar adecuadamente el tiempo de ENCENDIDO y APAGADO de L, también implica que la salida El voltaje en un convertidor reductor se puede predeterminar calculando el tiempo de ENCENDIDO de T1.

La fórmula para expresar la salida del convertidor reductor se puede observar en la siguiente relación:

V (salida) = {V (entrada) x t (ON)} / T

donde V (in) es el voltaje de la fuente, t (ON) es el tiempo de ON del transistor,

y T es el 'tiempo periódico' o el período de un ciclo completo del PWM, que es el tiempo necesario para completar un tiempo de ENCENDIDO completo + un tiempo de APAGADO completo.

Ejemplo resuelto:

Intentemos entender la fórmula anterior con un ejemplo resuelto:

Supongamos una situación en la que se opera un convertidor reductor con V (in) = 24V

T = 2ms + 2ms (tiempo de ENCENDIDO + tiempo de APAGADO)

t (ENCENDIDO) = 1 ms

Sustituyendo estos en la fórmula anterior obtenemos:

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

Por lo tanto, V (fuera) = 6V

Ahora aumentemos el tiempo del transistor haciendo t (ON) = 1.5ms

Por lo tanto, V (salida) = 24 x 0,0015 / 0,004 = 9 V

A partir de los ejemplos anteriores, queda bastante claro que en un convertidor reductor, el tiempo de conmutación t (ON) del transistor gobierna el voltaje de salida o el voltaje Buck requerido, por lo que cualquier valor entre 0 y V (in) podría lograrse simplemente dimensionando adecuadamente el Tiempo de encendido del transistor de conmutación.

Convertidor Buck para suministros negativos

Convertidor Buck para suministros negativos

El circuito convertidor reductor que discutimos hasta ahora está diseñado para adaptarse a aplicaciones de suministro positivo, ya que la salida puede generar un potencial positivo con referencia a la tierra de entrada.

Sin embargo, para aplicaciones que podrían requerir un suministro negativo, el diseño podría modificarse ligeramente y hacerse compatible con dichas aplicaciones.

La figura anterior muestra que simplemente intercambiando las posiciones del inductor y el diodo, la salida del convertidor reductor puede invertirse o hacerse negativa con respecto a la entrada de tierra común disponible.




Artículo anterior: Circuito del controlador del calentador con botones pulsadores Siguiente: Cálculo de voltaje, corriente en un inductor reductor