איך עובדים ממירי באק

המאמר שלהלן מציג ידע מקיף לגבי אופן הפעולה של ממירי באק.

כפי שהשם מרמז, ממיר באק נועד להתנגד או להגביל זרם קלט הגורם לפלט שעשוי להיות נמוך בהרבה מהקלט שסופק.

במילים אחרות זה יכול להיחשב ממיר למטה ויכול לשמש להשגת מתחים או זרמים מחושבים נמוכים ממתח הכניסה.

בואו ללמוד עוד על העבודה של ממירי באקים במעגלים אלקטרוניים באמצעות הדיון הבא:

הממיר באק

בדרך כלל אתה עשוי למצוא ממיר באק בשימוש במעגלי SMPS ו- MPPT אשר דורשים באופן ספציפי להפחית את מתח המוצא באופן משמעותי מהספק מקור הכניסה, מבלי להשפיע או לשנות את תפוקת הכוח, כלומר ערך ה- V x I.

מקור האספקה ​​לממיר באק יכול להיות משקע חשמל או מספק כוח DC.

ממיר באק משמש רק עבור יישומים שבהם ייתכן שלא נדרש קריטי לבידוד חשמלי על פני מקור הכניסה והעומס, אולם עבור יישומים בהם הקלט עשוי להיות ברמות רשת אז משתמשים בדרך כלל בטופולוגיית flyback באמצעות שנאי בידוד.

המכשיר הראשי המשמש כחומר מיתוג בממיר באק יכול להיות בצורה של מוספט או BJT כוח (כגון 2N3055), אשר מוגדר לעבור או להתנדנד בקצב מהיר באמצעות שלב מתנד משולב עם הבסיס או השער שלו.

האלמנט החשוב השני בממיר באק הוא המשרן L, המאחסן את החשמל מהטרנזיסטור בתקופות ה- ON שלו ומשחרר אותו בתקופות ה- OFF שלו ושומר על אספקה ​​רציפה לעומס ברמה שצוינה.

שלב זה מכונה גם 'גַלגַל תְנוּפָה' שלב מכיוון שתפקידו דומה לגלגל תנופה מכני אשר מסוגל לקיים סיבוב מתמשך ויציב בעזרת דחיפות קבועות ממקור חיצוני.

קלט AC או DC?

ממיר באק הוא בעצם מעגל ממיר DC ל DC שנועד לרכוש אספקה ​​ממקור DC, שעשוי להיות סוללה או פאנל סולארי. זה יכול להיות גם מיציאת מתאם AC ל- DC שהושגה באמצעות מיישר גשר וקבל פילטר.

לא משנה מה יכול להיות מקור קלט ה- DC לממיר ה- Buck, הוא תמיד מומר לתדר גבוה באמצעות מעגל מתנד צ'ופר יחד עם שלב PWM.

תדר זה מוזרם לאחר מכן למכשיר המיתוג לצורך פעולות ממיר הדף הנדרש.

מבצע ממיר באק

כפי שנדון בסעיף לעיל לגבי אופן פעולתו של ממיר באק, וכפי שניתן לראות בתרשים הבא, מעגל ממיר באק כולל טרנזיסטור מיתוג ומעגל גלגל תנופה משויך הכולל את הדיודה D1, המשרן L1 והקבל C1.

בתקופות בהן הטרנזיסטור פועל, הכוח עובר תחילה דרך הטרנזיסטור ואז דרך המשרן L1 ולבסוף לעומס. תוך כדי כך המשרן בשל תכונתו הטבועה מנסה להתנגד להכנסת זרם פתאומית על ידי אגירת האנרגיה בו.

התנגדות זו של L1 מעכבת את הזרם מהכניסה המיושמת כדי להגיע לעומס ולהגיע לערך השיא עבור רגעי המיתוג הראשוניים.

עם זאת בינתיים הטרנזיסטור נכנס לשלב הכיבוי שלו, ומנתק את אספקת הכניסה למשרן.

כאשר האספקה ​​כבויה L1 שוב מתמודד עם שינוי פתאומי בזרם, וכדי לפצות את השינוי הוא שוטף את האנרגיה המאוחסנת על פני העומס המחובר.

תקופת הפעלת טרנזיסטור

בהתייחס לאיור לעיל, בעוד הטרנזיסטור נמצא בשלב ההפעלה, הוא מאפשר לזרם להגיע לעומס, אך במהלך הרגעים הראשונים של המתג ON, הזרם מוגבל מאוד בגלל התנגדות המשרנים ליישום פתאומי של זרם דרכו.

אולם תוך כדי כך המשרן מגיב ומפצה את ההתנהגות על ידי אחסון הזרם בו, ובמהלך חלק כלשהו אספקה ​​מותרת להגיע לעומס וגם לקבל C1, המאחסן בו גם את החלק המותר של האספקה. .

כמו כן, יש לקחת בחשבון כי בעוד שהאמור לעיל קורה, הקתודה D1 חווה פוטנציאל חיובי מלא השומר עליה מוטה הפוכה, מה שמאפשר לאנרגיה המאוחסנת של ה- L1 להשיג נתיב חזרה דרך העומס. מצב זה מאפשר למשרן להמשיך לאגור את האנרגיה בתוכו ללא נזילות.

תקופת כיבוי טרנזיסטור

כעת בהתייחס לאיור לעיל, כאשר הטרנזיסטור מחזיר את פעולת המעבר שלו, כלומר ברגע שהוא כבוי, ה- L1 שוב מוחדר עם חלל זרם פתאומי, אליו הוא מגיב על ידי שחרור האנרגיה המאוחסנת לעבר העומס פנימה. צורת ההבדל הפוטנציאלי המקביל.

כעת, מכיוון שה- T1 כבוי, הקתודה של D1 משוחררת מהפוטנציאל החיובי והיא מופעלת עם מצב מבוסס קדימה.

בשל המצב המוטה קדימה של D1, אנרגיית L1 המשוחררת או ה- EMF האחורי שנבעט על ידי L1 מורשים להשלים את המחזור דרך העומס, D1 וחזרה ל- L1.

בזמן סיום התהליך אנרגיית L1 עוברת ירידה מעריכית עקב צריכת העומס. כעת C1 נחלץ לעזרה ומסייע או מסייע ל- L1 EMF על ידי הוספת זרם מאוחסן משלו לעומס, ובכך מבטיח מתח מיידי סביר לעומס ... עד שהטרנזיסטור יופעל שוב כדי לרענן את המחזור חזרה.

ההליך כולו מאפשר ביצוע היישום הממיר באק הרצוי בו מותר לעומס רק חלק מחושב ומתח אספקה ​​במקום מתח השיא הגדול יחסית ממקור הכניסה.

ניתן לראות זאת בצורה של גל אדווה קטן יותר במקום הגלים המרובעים הענקיים ממקור הקלט.

בחלק לעיל למדנו בדיוק כיצד פועלים ממירי באק, בדיון הבא נעמיק ונלמד את הנוסחה הרלוונטית לקביעת הפרמטרים השונים הקשורים לממירים באק.

נוסחה לחישוב מתח באק במעגל ממיר באק

מההחלטה הנ'ל אנו יכולים להסיק כי הזרם המאוחסן המרבי בתוך L1 תלוי בזמן ההפעלה של הטרנזיסטור, או שניתן לממד את ה- EMF האחורי של L1 על ידי מימד מתאים של זמן ON ו- OFF של L, זה גם מרמז שהפלט ניתן לקבוע מראש מתח בממיר באק על ידי חישוב זמן ההפעלה של T1.

הנוסחה לביטוי פלט ממיר ה- buck עשויה להיות עדה בקשר הבא:

V (out) = {V (in) x t (ON)} / T

כאשר V (in) הוא מתח המקור, t (ON) הוא זמן ה- ON של הטרנזיסטור,

ו- T הוא 'הזמן התקופתי' או התקופה של מחזור מלא אחד של ה- PWM, כלומר הזמן שנדרש להשלמת זמן הפעלה מלא אחד + זמן OFF מלא אחד.

דוגמה נפתרה:

בואו ננסה להבין את הנוסחה שלעיל בעזרת דוגמה נפתרת:

נניח למצב בו ממיר באק מופעל עם V (in) = 24V

T = 2ms + 2ms (זמן הפעלה + זמן OFF)

t (ON) = 1ms

החלפת אלה בנוסחה שלעיל נקבל:

V (out) = 24 x 0.001 / 0.004 = 6 V.

לכן V (החוצה) = 6V

עכשיו בואו להגדיל את זמן הטרנזיסטור על ידי הפיכת t (ON) = 1.5ms

לכן, V (out) = 24 x 0.0015 / 0.004 = 9V

מהדוגמאות לעיל מתברר למדי שבזמן החלפת ממיר באק t (ON) של הטרנזיסטור מסדיר את מתח המוצא או את מתח ה- Buck הנדרש, ולכן כל ערך בין 0 ל- V (in) יכול להיות מושג פשוט על ידי מימד מתאים של זמן ההפעלה של הטרנזיסטור.

ממיר באק לאספקה ​​שלילית

מעגל הממיר באק עליו דנו עד כה נועד להתאים ליישומי אספקה ​​חיוביים, מכיוון שהפלט מסוגל לייצר פוטנציאל חיובי בהתייחס לקרקע הקלט.

עם זאת ליישומים שעשויים לדרוש אספקה ​​שלילית, העיצוב יכול להיות שונה מעט ולהפוך אותו לתואם ליישומים כאלה.

האיור לעיל מראה כי פשוט על ידי החלפת המיקום של המשרן והדיודה, הפלט מממיר הכסף עשוי להיות הפוך או להיות שלילי ביחס לקלט הקרקע המשותף הזמין.