DC / DC-Abwärtswandlerschaltung

In diesem Projekt werden wir eine Buck-Wandlerschaltung mit Arduino- und N-Kanal-MOSFET mit einer maximalen Stromkapazität von 6 Ampere herstellen. Wir werden 12 V DC auf einen Wert zwischen 0 und 10 V DC senken. Wir können den Ausgangsspannungswert durch Drehen des Potentiometers steuern.

Ein Tiefsetzsteller ist ein DC / DC-Wandler, der die Gleichspannung senkt. Es ist wie ein Transformator mit einem Unterschied; Während der Transformator den Wechselspannungs-Abwärtswandler senkt, senkt er die Gleichspannung. Der Wirkungsgrad des Tiefsetzstellers ist geringer als bei einem Transformator.

Schlüsselkomponenten des Abwärtswandlers sind Mosfet; entweder n-Kanal- oder p-Kanal- und Hochfrequenz-Rechteckimpulsgenerator (entweder ein Timer-IC oder ein Mikrocontroller). Arduino wird hier als Impulsgenerator verwendet, zu diesem Zweck kann auch ein 555-Timer-IC verwendet werden. Hier haben wir diesen Buck-Wandler durch Steuern der Drehzahl des Gleichstrommotors mit einem Potentiometer demonstriert und auch die Spannung mit einem Multimeter getestet. Überprüfen Sie das Video am Ende dieses Artikels.

Erforderliche Komponenten:

1. Arduino Uno
2. IRF540N
3. Induktor (100Uh)
4. Kondensator (100uf)
5. Schottky Diode
6. Potentiometer
7. 10k, 100 Ohm Widerstand
8. Belastung
9. 12V Batterie

Schaltplan und Anschlüsse:

Stellen Sie die Verbindungen wie im obigen Schaltplan für den DC-DC-Abwärtswandler gezeigt her.

1. Verbinden Sie einen Anschluss des Induktors mit der Quelle des Mosfets und einen anderen mit der LED in Reihe mit dem 1k-Widerstand. Die Last ist parallel zu dieser Anordnung geschaltet.
2. Verbinden Sie den 10k-Widerstand zwischen Gate und Source.
3. Kondensator parallel zur Last anschließen.
4. Verbinden Sie den Pluspol der Batterie mit dem Drain und den Minuspol mit dem Minuspol des Kondensators.
5. Verbinden Sie den p-Anschluss der Diode mit dem Minuspol der Batterie und den n-Anschluss direkt mit der Quelle.
6. Der PWM-Pin von Arduino geht zum Tor des Mosfets
7. Der GND-Stift von Arduino geht zur Quelle des Mosfets. Schließen Sie es dort an, sonst funktioniert der Stromkreis nicht.
8. Verbinden Sie die extremen Klemmen des Potentiometers mit dem 5-V-Pin bzw. dem GND-Pin von Arduino. Wischerklemme an Analogstift A1.

Funktion von Arduino:

Wie bereits erläutert, sendet Arduino Taktimpulse an die Basis des MOSFET. Die Frequenz dieser Taktimpulse beträgt ca. 65 Khz. Dies führt zu einem sehr schnellen Umschalten des Mosfets und wir erhalten einen durchschnittlichen Spannungswert. Sie sollten ADC und PWM in Arduino kennenlernen, um zu erfahren, wie Hochfrequenzimpulse von Arduino erzeugt werden:

• Arduino-basierter LED-Dimmer mit PWM
• Wie verwende ich ADC in Arduino Uno?

Funktion des MOSFET:

Mosfet wird für zwei Zwecke verwendet:

1. Zum Hochgeschwindigkeitsschalten der Ausgangsspannung.
2. Um eine hohen Strom mit weniger Wärmeableitung.

Funktion des Induktors: Der

Induktor dient zur Steuerung von Spannungsspitzen, die den Mosfet beschädigen können. Der Induktor speichert Energie, wenn Mosfet eingeschaltet ist, und gibt diese gespeicherte Energie frei, wenn Mosfet ausgeschaltet ist. Da die Frequenz sehr hoch ist, ist der für diesen Zweck erforderliche Induktivitätswert sehr niedrig (ungefähr 100 uH).

Funktion der Schottky-Diode: Die

Schottky-Diode vervollständigt die Stromschleife beim Ausschalten des Mosfets und sorgt so für eine reibungslose Stromversorgung der Last. Abgesehen davon leitet die Schottky-Diode sehr wenig Wärme ab und arbeitet bei höheren Frequenzen einwandfrei als normale Dioden.

Funktion der LED: Die

Helligkeit der LED zeigt die Abwärtsspannung über der Last an. Während wir das Potentiometer drehen, variiert die Helligkeit der LED.

Funktion des Potentiometers:

Wenn der Wischeranschluss des Potentiometers in eine andere Position geworfen wird, ändert sich die Spannung zwischen ihm und Masse, was wiederum den von Pin A1 des Arduino empfangenen Analogwert ändert. Dieser neue Wert wird dann zwischen 0 und 255 abgebildet und dann an Pin 6 von Arduino für PWM übergeben.

** Der Kondensator glättet die an die Last angelegte Spannung.

Warum Widerstand zwischen Gate und Source?

Selbst das geringste Rauschen am Gate des MOSFET kann ihn einschalten. Um dies zu verhindern, wird immer empfohlen, einen hochwertigen Widerstand zwischen Gate und Source anzuschließen.

Code Erläuterung:

Der vollständige Arduino-Code zur Erzeugung von Hochfrequenzimpulsen ist im folgenden Codeabschnitt angegeben.

Code ist einfach und selbsterklärend, daher haben wir hier nur einige Teile des Codes erklärt.

Der Variablen x wird der analoge Wert zugewiesen, der vom analogen Pin A0 von Arduino empfangen wird

x = analogRead (A1);

Der Variablen w wird der zugeordnete Wert zugewiesen, der zwischen 0 und 255 liegt. Hier werden die ADC-Werte von Arduino mithilfe der Zuordnungsfunktion in Arduino auf 2 bis 255 abgebildet.

w = Karte (x, 0,1023,0,255);

Die normale Frequenz der PWM für Pin 6 beträgt ca. 1 kHz. Diese Frequenz ist nicht für Zwecke wie Abwärtswandler geeignet. Daher muss diese Frequenz auf ein sehr hohes Niveau erhöht werden. Dies kann mit einem einzeiligen Code in void void erreicht werden:

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // Frequenz von pwm auf ca. 65 kHz ändern.

Funktionsweise des DC-DC-Abwärtswandlers:

Wenn der Stromkreis eingeschaltet ist, schaltet sich mosfet mit einer Frequenz von 65 kHz ein und aus. Dies bewirkt, dass der Induktor Energie speichert, wenn Mosfet eingeschaltet ist, und diese gespeicherte Energie dann zum Laden gibt, wenn Mosfet ausgeschaltet wird. Da dies bei sehr hoher Frequenz geschieht, erhalten wir einen Durchschnittswert der gepulsten Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Position des Wischeranschlusses des Potentiometers in Bezug auf den 5-V-Anschluss. Und wenn diese Spannung zwischen Wischeranschluss und Masse ansteigt, steigt auch der abgebildete Wert am PWM-Pin Nr. 6 von Arduino.

Angenommen, dieser abgebildete Wert ist 200. Dann liegt die PWM-Spannung an Pin 6 bei: = 3,921 Volt

Und da der MOSFET ein spannungsabhängiges Gerät ist, bestimmt diese PWM-Spannung letztendlich die Spannung über der Last.

Hier haben wir diesen Buck-Wandler durch Drehen eines Gleichstrommotors demonstriert und am Multimeter das folgende Video überprüft. Wir haben die Motordrehzahl mit dem Potentiometer und die Helligkeit der LED mit dem Potentiometer gesteuert.