У цьому проекті ми збираємося створити схему перетворювача Бака з використанням Arduino та N-канального MOSFET з максимальною поточною потужністю 6 ампер. Ми збираємося знизити 12 В постійного струму до будь-якого значення від 0 до 10 В постійного струму. Ми можемо контролювати значення вихідної напруги, обертаючи потенціометр.
Бак-перетворювач - це перетворювач постійного і постійного струму, який знижує напругу постійного струму. Це як трансформатор з однією різницею; тоді як трансформатор знижує напругу змінного струму, перетворювач знижує напругу постійного струму. Ефективність перетворювача зниження нижча, ніж трансформатора.
Ключовими компонентами конвертора доларів є MOSFET; або n-канальний, або p-канальний, і високочастотний генератор квадратних імпульсів (або таймер IC, або мікроконтролер). Тут Arduino використовується як генератор імпульсів, для цього також може використовуватися 555 таймер IC. Тут ми продемонстрували цей перетворювач Бака, керуючи швидкістю двигуна постійного струму за допомогою потенціометра, а також перевірили напругу за допомогою мультиметра. Перегляньте відео в кінці цієї статті.
Необхідні компоненти:
- Arduino Uno
- IRF540N
- Індуктор (100Uh)
- Конденсатор (100 мкФ)
- Діод Шотткі
- Потенціометр
- Резистор 10 кОм, 100 Ом
- Навантаження
- 12 В акумулятор
Схема та з'єднання:
Зробіть з'єднання, як показано на схемі вище для DC-DC Buck Converter.
- Підключіть один термінал дроселя до джерела мос-транзистора, а інший - до світлодіода послідовно з резистором 1к. Навантаження підключається паралельно до цього розташування.
- Підключіть 10k резистор між затвором і джерелом.
- Паралельно підключіть конденсатор до навантаження.
- Підключіть позитивну клему акумулятора до стоку, а мінус - до мінусової клеми конденсатора.
- Підключіть термінал p діода до мінуса акумулятора, а термінал n безпосередньо до джерела.
- ШІМ-шпилька Arduino йде до воріт MOSFET
- Штифт GND Arduino йде до джерела MOSFET. Підключіть його туди, інакше схема не буде працювати.
- Підключіть крайні клеми потенціометра до 5-контактного і GND-контакту Arduino відповідно. Тоді як термінал склоочисника до аналогового штифта A1.
Функція Arduino:
Як вже пояснювалося, Arduino надсилає тактові імпульси на базу MOSFET. Частота цих тактових імпульсів становить приблизно. 65 кГц Це спричиняє дуже швидке перемикання MOSFET, і ми отримуємо середнє значення напруги. Ви повинні дізнатися про АЦП та ШІМ в Arduino, що дозволить зрозуміти, як високочастотні імпульси генеруються Arduino:
- Світлодіодний диммер на основі Arduino з використанням ШІМ
- Як використовувати АЦП в Arduino Uno?
Функція MOSFET:
Мосфет використовується для двох цілей:
- Для високошвидкісного перемикання вихідної напруги.
- Забезпечити високий струм з меншим відводом тепла.
Функція індуктора:
Індуктор використовується для контролю стрибків напруги, які можуть пошкодити MOSFET. Індуктор накопичує енергію, коли увімкнено MOSFET, і вивільняє цю накопичену енергію, коли MOSFET вимкнений. Оскільки частота дуже висока, значення індуктивності, необхідне для цієї мети, є дуже низьким (близько 100 мкГн).
Функція діода Шотткі: Діод
Шотткі завершує цикл струму при вимкненому мос-транзисторі і таким чином забезпечує плавну подачу струму на навантаження. Крім цього, діод Шотткі розсіює дуже низьке тепло і чудово працює на більш високій частоті, ніж звичайні діоди.
Функція світлодіода:
Яскравість світлодіода вказує на зниження напруги на навантаженні. Коли ми обертаємо потенціометр, яскравість світлодіода змінюється.
Функція потенціометра:
Коли клема склоочисника потенціометра відкидається в інше положення, напруга між ним і землею змінюється, що в свою чергу змінює аналогове значення, отримане штифтом А1 ардуіно. Потім це нове значення відображається між 0 і 255 і надається на штифт 6 Arduino для ШІМ.
** Конденсатор згладжує напругу, що подається під навантаження.
Чому резистор між затвором і джерелом?
Навіть найменший шум на затворі MOSFET може його увімкнути, тому, щоб цього не сталося, завжди рекомендується підключати високоцінний резистор між затвором і джерелом.
Пояснення коду:
Повний код Arduino для генерації високочастотних імпульсів наведено в розділі коду нижче.
Код простий і зрозумілий, тому тут ми пояснили лише кілька частин коду.
Змінній x присвоюється аналогове значення, яке отримується від аналогового виводу A0 Arduino
x = analogRead (A1);
Змінній w присвоюється відображене значення, яке знаходиться в діапазоні від 0 до 255. Тут значення ADC Arduino відображаються від 2 до 255 за допомогою функції map в Arduino.
w = карта (x, 0,1023,0,255);
Звичайна частота ШІМ для виводу 6 становить приблизно 1 кГц. Ця частота не підходить для таких цілей, як конвертер доларів. Отже, цю частоту потрібно збільшити до дуже високого рівня. Цього можна досягти за допомогою однорядкового коду при встановленні void:
TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // зміна частоти ШІМ до 65 кГц прибл.
Працює DC-DC Buck Converter:
Коли схема ввімкнена, MOSFET вмикається та вимикається з частотою 65 кГц. Це призводить до того, що індуктор накопичує енергію, коли увімкнено MOSFET, а потім дає цю накопичену енергію на навантаження, коли MOSFET вимикається. Оскільки це відбувається на дуже високій частоті, ми отримуємо середнє значення імпульсної вихідної напруги в залежності від положення клеми склоочисника потенціометра відносно терміналу 5 В. І оскільки ця напруга між клемою склоочисника та землею зростає, збільшується і відображене значення на ШІ-контакті №. 6 Ардуїно.
Скажімо, це відображене значення дорівнює 200. Тоді напруга ШІМ на виводі 6 буде дорівнювати: = 3,921 вольт
Оскільки MOSFET - це пристрій, що залежить від напруги, ця напруга ШІМ в кінцевому рахунку визначає напругу на навантаженні.
Тут ми продемонстрували цей перетворювач Бака, обертаючи двигун постійного струму та на мультиметрі, перевірте відео нижче. Ми контролювали швидкість двигуна за допомогою потенціометра та регулювали яскравість світлодіода за допомогою потенціометра.