Buck Converter | Chopper herunterfahren

DC-DC-Wandler werden auch als Choppers bezeichnet. Hier sehen wir uns das an Step Down Chopper oder Buck Converter wodurch die Eingangsgleichspannung auf eine angegebene Ausgangsgleichspannung reduziert wird.
Ein typischer Buck-Konverter ist unten dargestellt.

Abwärtswandler

Die Eingangsspannungsquelle ist an a angeschlossensteuerbare Halbleitereinrichtung, die als Schalter arbeitet. Die Festkörpervorrichtung kann ein Leistungs-MOSFET oder IGBT sein. Thyristoren werden im Allgemeinen nicht für DC / DC-Wandler verwendet, da zum Abschalten eines Thyristors in einer DC / DC-Schaltung eine weitere Kommutierung erforderlich ist, bei der ein anderer Thyristor verwendet wird, während der Power-MOSFET und der IGBT einfach durch die Spannung zwischen GATE und SOURCE ausgeschaltet werden können Anschlüsse eines Power-MOSFET oder die Anschlüsse GATE und COLLECTOR des IGBT gehen auf Null.
Der zweite verwendete Schalter ist eine Diode. Der Schalter und die Diode sind mit einem Tiefpass-LC-Filter verbunden, das geeignet ausgelegt ist, um die Strom- und Spannungswelligkeiten zu reduzieren. Die Last ist eine rein ohmsche Last.
Die Eingangsspannung ist konstant und der Strom durch die Last ist ebenfalls konstant. Die Last kann als Stromquelle angesehen werden.

Der gesteuerte Schalter wird durch ein- und ausgeschaltetunter Verwendung der Pulsweitenmodulation (PWM). PWM kann zeitbasiert oder frequenzbasiert sein. Die frequenzbasierte Modulation hat Nachteile wie ein breiter Frequenzbereich, um die gewünschte Steuerung des Schalters zu erreichen, die wiederum die gewünschte Ausgangsspannung ergibt. Dies führt zu einem komplizierten Design für das Tiefpass-LC-Filter, das für einen großen Frequenzbereich erforderlich wäre.
Zeitbasierte Modulation wird hauptsächlich für DC-DC-Wandler verwendet. Es ist einfach zu konstruieren und zu verwenden. Die Frequenz bleibt bei dieser Art der PWM-Modulation konstant.
Das Abwärtswandler hat zwei Betriebsarten. Der erste Modus ist, wenn der Schalter eingeschaltet ist und leitet.

Modus I: Schalter ist eingeschaltet, Diode ist ausgeschaltet


Die Spannung über der Kapazität im stationären Zustand ist gleich der Ausgangsspannung.
Nehmen wir an, der Schalter ist für eine Zeit T eingeschaltetAUF und ist für eine Zeit T ausgeschaltetAUS. Wir definieren den Zeitraum T als
und die Schaltfrequenz,

Lassen Sie uns jetzt einen anderen Begriff definieren, den Arbeitszyklus,

Lassen Sie uns den Abwärtswandler für diesen Modus im KV-Modus analysieren.

Da ist der Schalter für eine Zeit T geschlossenAUF = DT wir können sagen, dass Δt = DT ist.

Bei der Analyse des Buck-Konverters müssen wir dies berücksichtigen

  1. Der Induktorstrom ist konstant und dies wird durch Auswahl eines geeigneten Wertes von L ermöglicht.
  2. Der Induktorstrom steigt im stationären Zustand von a anWert mit einer positiven Steigung auf einen Maximalwert während des EIN-Zustands und fällt dann mit einer negativen Steigung auf den Anfangswert zurück. Daher ist die Nettoveränderung des Induktorstroms über jeden vollständigen Zyklus gleich Null.

Modus II: Schalter ist AUS, Diode ist EIN
Hier ist die in der Induktivität gespeicherte Energiefreigegeben und wird letztendlich im Lastwiderstand abgebaut, wodurch der Stromfluss durch die Last aufrechterhalten wird. Für die Analyse behalten wir jedoch die ursprünglichen Konventionen bei, um die Schaltung mit KVL zu analysieren.


Lassen Sie uns jetzt die analysieren Abwärtswandler im stationären Betrieb für Modus II mit KVL.

Da ist der Schalter eine Zeit lang offen
Wir können sagen, dass Δt = (1 - D) T ist.

Es wurde bereits festgestellt, dass die Nettoänderung des Induktorstroms über jeden vollständigen Zyklus gleich Null ist.

Eine Schaltung eines Buck-Wandlers und seiner Wellenformen ist unten gezeigt.
Die Induktivität L beträgt 20 mH und der C-Wert beträgt 100 & mgr; F und die Widerstandslast beträgt 5 & OHgr ;. Die Schaltfrequenz beträgt 1 kHz. Die Eingangsspannung beträgt 100 V DC und der Arbeitszyklus beträgt 0,5.
Chopper-Buck-Wandler herunterfahren

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Die Spannungsverläufe sind wie oben gezeigt und die Stromverläufe sind in der folgenden Abbildung dargestellt.
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