Схема понижающего преобразователя постоянного тока

В этом проекте мы собираемся создать схему понижающего преобразователя с использованием Arduino и N-канального MOSFET с максимальной токовой нагрузкой 6 ампер. Мы собираемся понизить 12 В постоянного тока до любого значения от 0 до 10 В постоянного тока. Мы можем контролировать значение выходного напряжения, вращая потенциометр.

Понижающий преобразователь - это преобразователь постоянного тока в постоянный, который снижает постоянное напряжение. Это похоже на трансформатор с одним отличием; тогда как трансформатор понижает напряжение переменного тока, понижающий преобразователь понижает напряжение постоянного тока. КПД понижающего преобразователя ниже, чем у трансформатора.

Ключевые компоненты понижающего преобразователя - МОП-транзистор; n-канальный или p-канальный и высокочастотный генератор прямоугольных импульсов (таймер IC или микроконтроллер). Здесь в качестве генератора импульсов используется Arduino, для этой цели также можно использовать микросхему таймера 555. Здесь мы продемонстрировали понижающий преобразователь, контролируя скорость двигателя постоянного тока с помощью потенциометра, а также проверили напряжение с помощью мультиметра. Посмотрите видео в конце этой статьи.

Обязательные компоненты:

1. Ардуино Уно
2. IRF540N
3. Индуктор (100Uh)
4. Конденсатор (100 мкФ)
5. Диод Шоттки
6. Потенциометр
7. Резистор 10 кОм, 100 Ом
8. Загрузить
9. Аккумулятор 12 В

Принципиальная схема и подключения:

Выполните подключения, как показано на принципиальной схеме выше, для понижающего преобразователя постоянного тока.

1. Подключите один вывод индуктора к источнику МОП, а другой к светодиоду последовательно с резистором 1 кОм. Нагрузка подключается параллельно этому устройству.
2. Подключите резистор 10 кОм между затвором и истоком.
3. Подключите конденсатор параллельно нагрузке.
4. Подключите положительный полюс батареи к сливу, а отрицательный - к отрицательной клемме конденсатора.
5. Подключите клемму p диода к минусу батареи, а клемму n напрямую к источнику.
6. Вывод PWM Arduino идет к затвору mosfet
7. Вывод GND Arduino идет к источнику mosfet. Подключите его туда, иначе схема не будет работать.
8. Подключите крайние клеммы потенциометра к контакту 5 В и контакту GND Arduino соответственно. А клемма стеклоочистителя к аналоговому выводу A1.

Функция Arduino:

Как уже объяснялось, Arduino отправляет тактовые импульсы на базу MOSFET. Частота этих тактовых импульсов составляет ок. 65 кГц. Это вызывает очень быстрое переключение МОП-транзистора, и мы получаем среднее значение напряжения. Вы должны узнать об АЦП и ШИМ в Arduino, что поможет понять, как Arduino генерирует высокочастотные импульсы:

• Светодиодный диммер на базе Arduino с использованием ШИМ
• Как использовать АЦП в Arduino Uno?

Функция MOSFET:

Mosfet используется для двух целей:

1. Для быстрого переключения выходного напряжения.
2. Для обеспечения высокого тока с меньшим тепловыделением.

Функция индуктора:

индуктор используется для управления скачками напряжения, которые могут повредить МОП-транзистор. Индуктор накапливает энергию, когда МОП-транзистор включен, и высвобождает эту накопленную энергию, когда МОП-транзистор выключен. Так как частота очень высока, значение индуктивности, необходимое для этой цели, очень низкое (около 100 мкГн).

Функция диода Шоттки:

диод Шоттки замыкает контур тока при выключенном МОП-транзисторе и, таким образом, обеспечивает плавную подачу тока на нагрузку. Кроме того, диод Шоттки рассеивает очень мало тепла и отлично работает на более высокой частоте, чем обычные диоды.

Функция светодиода:

Яркость светодиода указывает на пониженное напряжение на нагрузке. Когда мы вращаем потенциометр, яркость светодиода меняется.

Функция потенциометра:

Когда клемма стеклоочистителя потенциометра отклоняется в другое положение, напряжение между ней и землей изменяется, что, в свою очередь, изменяет аналоговое значение, полученное на контакте A1 Arduino. Это новое значение затем отображается между 0 и 255, а затем передается на вывод 6 Arduino для ШИМ.

** Конденсатор сглаживает напряжение, подаваемое на нагрузку.

Почему резистор между затвором и истоком?

Даже малейший шум на затворе полевого МОП-транзистора может включить его, поэтому, чтобы этого не произошло, всегда рекомендуется подключать резистор большого номинала между затвором и истоком.

Пояснение к коду:

Полный код Arduino для генерации высокочастотных импульсов приведен в разделе кода ниже.

Код прост и не требует пояснений, поэтому здесь мы объяснили только несколько частей кода.

Переменной x назначается аналоговое значение, полученное от аналогового вывода A0 Arduino.

х = analogRead (A1);

Переменной w назначается сопоставленное значение от 0 до 255. Здесь значения АЦП Arduino сопоставлены с 2 до 255 с помощью функции сопоставления в Arduino.

ш = карта (х, 0,1023,0,255);

Нормальная частота ШИМ на выводе 6 составляет около 1 кГц. Эта частота не подходит для использования в качестве понижающего преобразователя. Следовательно, эту частоту необходимо увеличить до очень высокого уровня. Это может быть достигнуто с помощью однострочного кода в настройке void:

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // изменить частоту ШИМ примерно на 65 кГц.

Работа понижающего преобразователя постоянного тока:

При включении цепи mosfet включается и выключается с частотой 65 кгц. Это заставляет индуктор накапливать энергию, когда МОП-транзистор включен, а затем передавать эту накопленную энергию на нагрузку, когда МОП-транзистор выключается. Так как это происходит на очень высокой частоте, мы получаем среднее значение импульсного выходного напряжения в зависимости от положения клеммы стеклоочистителя потенциометра по отношению к клемме 5 В. И по мере того, как это напряжение между клеммой стеклоочистителя и землей увеличивается, увеличивается и отображаемое значение на контакте № ШИМ. 6 из Arduino.

Допустим, это отображаемое значение равно 200. Тогда напряжение ШИМ на выводе 6 будет равно: = 3,921 вольт.

А поскольку полевой МОП-транзистор является устройством, зависящим от напряжения, это напряжение ШИМ в конечном итоге определяет напряжение на нагрузке.

Здесь мы продемонстрировали этот понижающий преобразователь, вращая двигатель постоянного тока, и на мультиметре, посмотрите видео ниже. Мы контролировали скорость двигателя с помощью потенциометра и контролировали яркость светодиода с помощью потенциометра.