Convertisseur Buck DIY :Tutoriel sur le convertisseur Buck

Si vous utilisez souvent une alimentation à courant de sortie linéaire traditionnelle, vous conviendrez que ce n'est pas si efficace. Dans ce cas, un convertisseur abaisseur est une meilleure option de puissance de sortie car il abaisse efficacement la tension d'entrée. Mais y a-t-il plus qu'un convertisseur buck DIY ?

Oui, il y a plus dans l'appareil. Premièrement, il a au moins deux semi-conducteurs. Et les semi-conducteurs agissent comme une diode et une résistance. Mais vous pouvez remplacer la diode par un deuxième transistor, ce qui est utile pour le redressement simultané.

Deuxièmement, le convertisseur abaisseur est très efficace pour effectuer des tâches telles que la modification de la tension d'alimentation de sortie d'un ordinateur pour abaisser les tensions dont ont besoin des périphériques tels que le processeur, l'USB et la DRAM.

Cela dit, vous en apprendrez plus sur le convertisseur buck dans cet article. Essentiellement, nous mettrons en évidence ce que c'est, comment cela fonctionne et comment vous pouvez en créer un.

Allons-y déjà !

Qu'est-ce qu'un convertisseur Buck ?

Plus tôt, nous avons brièvement parlé du convertisseur buck. Mais nous parlerons longuement du sujet ici. Cela dit, un convertisseur abaisseur ressemble plus à un convertisseur d'alimentation CC à CC ou à un convertisseur de puissance abaisseur. De plus, sa fonction principale est de réduire la tension de l'alimentation (entrée) à la charge (sortie).

Étant donné que l'appareil comporte au moins deux semi-conducteurs, comme nous l'avons mentionné, il appartient à une classe de SMPS (alimentation à découpage).

Alimentation à découpage

De plus, outre les deux semi-conducteurs dont dispose l'appareil, il est livré avec au moins un élément de stockage d'énergie.

L'élément de stockage d'énergie en question est généralement soit un inducteur, un condensateur ou une combinaison. Donc, si vous prévoyez de réduire les ondulations de tension des transistors de puissance, il est crucial de s'assurer que le convertisseur abaisseur a des filtres constitués de simples condensateurs moyens (ou en combinaison avec des inductances parfois) ajoutés au filtre côté alimentation et côté charge.

Ainsi, il n'est pas surprenant que les convertisseurs abaisseurs fassent un excellent travail en fournissant une efficacité énergétique en tant que convertisseurs CC-CC par rapport aux alimentations linéaires. De plus, il convient de mentionner que cet appareil est très efficace à plus de 90 %, ce qui augmente son efficacité pour des tâches telles que le changement d'un chargeur solaire ou la tension d'alimentation en vrac d'un ordinateur.

Comment fonctionne un convertisseur Buck ?

En ce qui concerne les convertisseurs de dévoltage, il est crucial de noter que le fonctionnement du circuit de l'appareil est soumis à l'état de conduction du MOSFET. En d'autres termes, le convertisseur buck fonctionne en fonction de son état (off ou on).

Ainsi, le courant dans le circuit est nul - si l'appareil est à l'état éteint ou si l'interrupteur est ouvert. Mais, si l'interrupteur est fermé ou à l'état passant, le courant augmentera. De plus, l'inductance créera une tension opposée à ses bornes, en réaction au changement de courant.

En conséquence, la plage de tension d'entrée chutera, ce qui s'opposera à la tension de la source et diminuera la tension nette aux bornes de la charge.

Avec le temps, la tension aux bornes de l'inductance et le taux de variation du courant diminueront. Par conséquent, la tension à la charge augmentera. Pendant ce temps, l'inducteur stockera de l'énergie. Ainsi, si l'interrupteur s'ouvre alors que le courant change encore, l'inductance subira une chute de tension. De plus, la source de tension du filtre d'entrée sera supérieure à la tension à la charge.

Si le commutateur passe à nouveau à l'état désactivé, la source de tension quittera le circuit

Ce qui provoque une diminution du courant. Lorsque cela se produit, il y aura une tension réduite aux bornes de l'inductance en raison de la diminution du courant. Ensuite, l'inductance deviendra une source de courant.

Cela dit, le circuit convertisseur abaisseur fonctionne selon deux modes différents :continu et discontinu. Le mode continu se produit lorsque la valeur du courant traversant l'inductance ne tombe jamais à zéro tout au long du cycle de commutation.

En conséquence, lorsque l'interrupteur se ferme, la tension de la puce buck aux bornes de l'inductance est V_L =V_je – V_o . Et tant que la chute de tension est presque constante, le courant traversant l'inductance augmentera de manière linéaire.

De plus, lorsque l'interrupteur s'ouvre, la diode sera polarisée en direct. Ainsi, le courant diminuera et la tension aux bornes de l'inductance sera V_L =-V_o . alors, l'énergie que l'inductance L emmagasine est :

E =½ LI ² _L

De plus, l'énergie dans l'inducteur diminue pendant l'état bloqué et augmente à l'état passant. De plus, l'inductance L est utile pour conduire l'énergie de l'entrée à la sortie du convertisseur. Le mode discontinu, en revanche, se produit lorsque la charge nécessite une très petite énergie.

Ainsi, le courant traversant l'inductance tombera à zéro. Lorsque cela se produit, le condensateur de sortie se décharge à chaque cycle, ce qui entraîne des pertes de commutation plus élevées.

Comment créer un convertisseur de dollars simple ?

Avant de créer un simple convertisseur abaisseur, il est essentiel de faire référence à un schéma de circuit. Vous pouvez donc utiliser celui-ci ici.

Liste des choses nécessaires

Diode Schottky

Section des diodes Schottky

Potentiomètre

Potentiomètre

Batterie d'entrée 12V

1Batterie plomb 2v

Panneau unique

Résistance (10k, 100ohm)

Résistance 10K

Arduino UNO

Carte Arduino UDO

IRF540N

Moteur (charge)

Condensateur (100uf)

Condensateurs 100uf

Inductance (100Uh)

Petits inducteurs 100uh

Vous pouvez créer le convertisseur buck en suivant les étapes suivantes :

1. Commencez par relier les bornes d'extrémité du potentiomètre à la broche du rail d'alimentation 5v. De plus, vous devez connecter votre broche de terre d'Arduino UNO respectivement tandis que sa borne d'essuie-glace va à la broche A1 de l'électronique analogique.
2. Rejoignez la broche PWM 6 d'Arduino au bas du MOSFET.
3. Connectez la borne positive de la batterie au drain du MOSFET. Et répétez la même chose pour le négatif à la borne p de la diode Schottky.
4. Connectez le moteur de la borne p de la diode schottky en série avec l'inductance à la borne source du MOSFET.
5. Joignez la borne N de la diode Schottky à la borne source du MOSFET.
6. En travers du moteur, fixez le condensateur de 47 uf.
7. Enfin, vous pouvez relier la broche de terre d'Arduino au terminal source du MOSFET.

Le but de l'utilisation du MOSFET est de modifier la tension d'entrée à une fréquence élevée. De plus, il offre moins de dissipation de chaleur avec un courant élevé. De plus, l'inductance joue le rôle de protéger le MOSFET des pics de haute tension (ce qui est typique de ce projet électronique).

L'Arduino est utile pour la vitesse de commutation élevée du MOSFET. Et la fonction de la diode Schottky est d'aider à compléter la boucle pour la circulation du courant. Donc, s'il n'y a pas de diode Schottky lorsque vous éteignez le MOSFET, l'inducteur libérera son énergie au moteur. Ensuite, cela n'aura que peu ou pas d'effet sur la charge à cause de la boucle incomplète.

Le potentiomètre est un autre composant essentiel qui offre une valeur analogique à l'Arduino en fonction de la tension PWM que la borne de grille du MOSFET reçoit de la broche PWM 6 d'Arduino. Avec cette valeur, il y a contrôle de la tension de sortie aux bornes de la charge.

Applications du convertisseur Buck

Le convertisseur buck est très utile pour certaines applications courantes telles que :

Chargeurs de batterie

Chargeur de batterie solaire

Il est typique pour la plupart des gens de vouloir que leur batterie portable ou leur smartphone se recharge rapidement sans chauffer les appareils. Ainsi, le convertisseur abaisseur est la réponse et il se trouve généralement à l'intérieur de l'appareil mobile, car le port de charge est un port micro USB.

Amplificateurs audio de puissance

Contrôle de puissance et amplificateurs audio

L'étage de puissance d'un amplificateur audio de puissance est un convertisseur abaisseur. Et un bon exemple de cet appareil qui utilise le convertisseur abaisseur est les amplificateurs de classe D.

Quadcoptères

Dji Phantom Quadricoptère

Les batteries au lithium multicellulaires alimentent les quadricoptères. Et la configuration du pack est généralement de deux à six cellules en série. De plus, les batteries produisent une plage de tension d'environ 6V à 25V. Ainsi, un convertisseur abaisseur permet de réduire la tension de la batterie à environ 5 V ou 3,3 V pour que le contrôleur de vol de l'appareil puisse l'utiliser.

Vous pouvez trouver le convertisseur abaisseur sur la disposition du circuit imprimé de distribution d'alimentation qui dirige l'alimentation de la batterie ou les contrôleurs de vitesse électroniques.

Conclusion

Le convertisseur abaisseur DIY est le projet idéal sur lequel sauter si vous recherchez un convertisseur DC-DC qui transforme efficacement une haute tension en une basse tension. De plus, l'appareil est utile pour les appareils électroniques grand public qui nécessitent de stabiliser la tension d'affaissement de la batterie sous charge.

Que pensez-vous des convertisseurs buck ? Envisagez-vous de tenter le projet? Ou avez-vous des questions? N'hésitez pas à nous contacter.