Buck converter что это

Обновлено: 04.07.2024

Тут задался вопросом, какие параметры реально выжать из synchronous buck converter - я имею ввиду скоростных характеристик и без осцилляций на выходе
Интересуют блоки в частности высоко амперные.

Допустим на выходе 80в нагрузка 50 ампер.
Райс 100 нс. - выбросы будут?
Снабберы в каких случаях ставить нужно и реально без них обойтись?

Реально избавиться абсолютно от звона и не потерять в динамике?
Или ограничений нет и только в возможности драйвера упирается?

вы считаете что так просто взять и сделать однофазный понижающий преобразователь мощностью несколько кВт? Это достаточно нетривиальная задача.

Паразитные колебания на высокой частоте неизбежны, но при грамотном выборе компонентов и качественной трассировке платы это лишь снизит КПД.

Нецелесообразно делать однофазный преобразователь с такими выходными характеристиками.

Какой был в этом смысл, применительно к данной теме, особенно без ТЗ?

_________________
"То, что я понял, - прекрасно, из этого я заключаю, что остальное, что я не понял, - тоже прекрасно". Сократ.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!

Есть у меня мысль тоже сделать Step Down с синхронным выпрямителем, только для питания устройства от АКБ, 12=>5В на ток 1,5А. Драйвер взял 2110, а deadtime формировал на 74HC14 с RC-цепочкой и диодами по такой схемке:

А управление думаю сделать на 34063.

P.S. Чуть не забыл, что бы с этой схемой корректно формировался Deadtime диоды надо переключить наоборот, иначе идет наложение импульсов друг на друга.

_________________
Математическая вероятность всегда больше нуля.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Я считаю это достаточно очень сложной задачей - но выполнимой, почему Вы так критично да же не целесообразно слово применили)))) ведь полно данных преобразователей самодельных да и купить можно отличие только в параметрах.

Допустим я применю передовую элементную базу, грамотно разведу компоненты на плате и конечно драйвер “супер-пупер” от IRF.

Мое ТЗ программа максимум:
Силовые транзисторы IRF.
Драйвер IRF с подстройкой дед-тайма.
ШИМ TL494 (частота 30khz заполнение MAX 97%) с обратной связью (стабилизация по вольтам).
Регулировка от 5-90в (в стабилизации) при нагрузке более 50Ампер.
Хочу на выходе получить при полной нагрузке и не только, прямоугольные импульсы без ВЧ шума “Звона” АБСОЛЮТНО ЧИСТЫЙ ВЫХОД да еще райс-тайм и дед-тайм под нагрузкой на силовом транзисторе не менее 40нс.
Эффект Миллера должен быть устранен.

Вы считаете что это невозможно, приведите пример своего опыта или других (что достижимо - на что я могу рассчитывать) - или приведенные параметры безнадежно не достижимы для меня да и вообще в домашних условиях на такую мощность.

Важен опыт чтоб на грабли не наступать!
Может кто еще добавит свое мнение?

P.S / В качестве примера (картинка) была дана для общего понимания как выглядит “звон” транзистора.
На реальных понижающих преобразователях то что я видел этот самый ВЧ “звон” транзистора выглядит идентично.

Приглашаем всех желающих 25/11/2021 г. принять участие в вебинаре, посвященном антеннам Molex. Готовые к использованию антенны Molex являются компактными, высокопроизводительными и доступны в различных форм-факторах для всех стандартных антенных протоколов и частот. На вебинаре будет проведен обзор готовых решений и перспектив развития продуктовой линейки. Разработчики смогут получить рекомендации по выбору антенны, работе с документацией и поддержкой, заказу образцов.

Регулировка от 5-90в (в стабилизации) при нагрузке более 50Ампер.

_________________
Не мешайте мешать!
С." Ну почему Господь так долго не протянет нам руку помощи? И самое страшное: может быть он протягивает, но мы всё дольше и дольше этого не замечаем?"

Навигационные модули позволяют существенно сократить время разработки оборудования. На вебинаре 17 ноября вы сможете познакомиться с новыми семействами Teseo-LIV3x, Teseo-VIC3x и Teseo-LIV4F. Вы узнаете, насколько просто добавить функцию определения местоположения с повышенной точностью благодаря использованию двухдиапазонного приемника и функции навигации по сигналам от MEMS-датчиков. Поработаем в программе Teseo Suite и рассмотрим результаты полевого тестирования.

Ну что выпускники ВУЗОВ и мастерских!

Я спецом создал данную тему - чтобы оценить ваши знания и уровень.
На столе стоит данный преобразователь - сделанный дома и соответствует данным параметрам.

Понижающий преобразователь (buck converter) - расчет компонентов

В данной статье будет приведен порядок расчета и подбора компонентов, необходимых при проектировании силовой части понижающего импульсного преобразователя постоянного тока без гальванической развязки, топологии buck-converter. Преобразователи данной топологии хорошо подходят для понижения постоянного напряжения в пределах 50 вольт по входу и при мощностях нагрузки не более 100 Вт.

Все что касается выбора контроллера и схемы драйвера, а также типа полевого транзистора, оставим за рамками данной статьи, однако подробно разберем схему и особенности рабочих режимов каждого из основных компонентов силовой части преобразователей данного типа.

Начиная разработку понижающего импульсного преобразователя, принимают во внимание следующие исходные данные: величины входного и выходного напряжений, максимальный постоянный ток нагрузки, частоту переключения силового транзистора (рабочую частоту преобразователя), а также размах пульсаций тока через дроссель. Далее, исходя из этих данных, рассчитывают индуктивность дросселя, который обеспечит требуемые параметры, емкость выходного конденсатора, а также характеристики возвратного диода.

Выходное напряжение — Uвых, В

Максимальный ток нагрузки — Iвых, А

Размах пульсаций тока через дроссель — Iдр, А

Частота переключения транзистора — f, кГц

Преобразователь работает следующим образом. В первую часть периода, когда транзистор замкнут, ток подается от первичного источника питания через дроссель к нагрузке, при этом выходной конденсатор фильтра заряжается. Когда транзистор разомкнут, ток нагрузки поддерживается зарядом конденсатора и током дросселя, который мгновенно прерваться не может, и замыкается через возвратный диод, который теперь, во вторую часть периода, открыт.

Для примера допустим, что нам необходимо разработать понижающий преобразователь топологии buck converter, питаемый постоянным напряжением 24 вольта, а на выходе нужно получить 12 вольт с номинальным током нагрузки в 1 ампер, и чтобы пульсации напряжения на выходе не превышали бы 50 мВ. Пусть рабочая частота преобразователя составляет 450 кГц, а размах пульсаций тока через дроссель не превышает 30% от максимального тока нагрузки.

I др = 0,3*1 А = 0,3 А

Поскольку речь идет об импульсном преобразователе, то в процессе его работы напряжение к дросселю не будет приложено постоянно, оно будет прикладываться именно импульсами, длительность положительных частей которых dT может быть рассчитана исходя из рабочей частоты преобразователя и соотношения входного и выходного напряжений по следующей формуле:

здесь Uвых/Uвх = DC — коэффициент заполнения импульса управления транзистором.

Во время положительной части импульса коммутации источник питает цепь преобразователя, во время отрицательной части импульса - запасенная дросселем энергия передается в выходную цепь.

Для нашего примера получается: dT = 1,11 мкс — время действия входного напряжения на дроссель с присоединенными к нему конденсатором и нагрузкой в течение положительной части импульса.

В соответствии с законом электромагнитной индукции, изменение тока Iдр через катушку индуктивности L (которой и является дроссель) окажется пропорционально приложенному к выводам катушки напряжению Uдр и времени его приложения dT (длительности положительной части импульса):

Напряжение на дросселе Uдр — в данном случае ни что иное, как разница между входным и выходным напряжениями в ту часть периода, когда транзистор пребывает в проводящем состоянии:

И для нашего примера получается: Uдр = 24 — 12 = 12 В — амплитуда напряжения, прикладываемого к дросселю во время положительной части рабочего импульса.

Теперь, зная величину напряжения прикладываемого к дросселю Uдр, задавшись временем действия рабочего импульса dT на дроссель, а также величиной максимально допустимого размаха пульсаций тока дросселя Iдр, можно вычислить требуемую индуктивность дросселя L:

Для нашего примера получается: L = 44,4 мкГн — минимальная индуктивность рабочего дросселя, с которой при данной длительности положительной части управляющего импульса dT, размах пульсаций не превысит Iдр.

Конденсатор

Когда величина индуктивности дросселя определена, приступают к выбору емкости выходного конденсатора фильтра. Пульсации тока через конденсатор равны пульсациям тока через дроссель. Поэтому, пренебрегая сопротивлением провода дросселя и индуктивностью конденсатора, воспользуемся следующей формулой для нахождения минимально требуемой емкости конденсатора:

где dU – пульсация напряжения на конденсаторе.

Приняв величину пульсаций напряжения на конденсаторе равной dU = 0,050 В, для нашего примера получим C = 6,66 мкф — минимальная емкость выходного конденсатора фильтра.

Наконец, остается определиться с параметрами рабочего диода. Ток через диод течет тогда, когда входное напряжение отключается от дросселя, то есть во вторую часть рабочего импульса:

Iд = (1-DC)*Iвых — средний ток через диод, когда он открыт и проводит ток.

Для нашего примера Iд = (1-Uвых/Uвх)*Iвых = 0,5 А — можно выбрать диод шоттки на ток 1 А с максимальным обратным напряжением больше входного, то есть в районе 30 вольт.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

В современных светодиодных лампах Е27 и Е14 встречаются 2 вида импульсных источников питания:

1) Неизолированный понижающий преобразователь. Его полное англоязычное название: "Non-isolated Buck Offline LED Driver". Иногда встречается краткое наименование - Buck converter. Этот драйвер используется в подавляющем большинстве ламп.

2) Обратноходовой преобразователь (Flyback converter). В лампах применяется очень редко. Видел его только в Ikea Ledare. Преимуществом является гальваническая развязка от сети 230 В.

Далее подробно расскажу о первом виде.

Специально подобрал простейший драйвер с минимальным количеством деталей, чтобы было проще разобраться в устройстве и легко понять принцип работы.

На одной стороне платы мы видим: микросхему-драйвер 9918C IC (от англ. "Integrated Circuit" - интегральная схема), она имеет 3 вывода; диодный мост MB10F , который делает из переменного тока постоянный, пульсирующий с частотой 100 Гц ; резистор RS1 , задающий ток светодиодов; диод со сверхбыстрым восстановлением D5 ES1J (уже начали встраивать этот диод в микросхему); керамический конденсатор C3 ; резистор R1 , для разряда выходного электролитического конденсатора.

На второй стороне платы расположены следующие элементы: дроссель - катушка индуктивности, имеет 4 вывода, но только к 2-м из них припаяны концы провода, на обратной стороне платы 3 вывода замкнуты дорожкой; конденсатор CD1 на 4,7 мкФ 400 В сглаживает пульсации 100 Гц после диодного моста; выходной конденсатор CD2 на 2,2 мкФ 400 В сглаживает ВЧ пульсации 62500 Гц (медленно снижается при прогреве). Без этих двух конденсаторов драйвер тоже работает, но появляются сильные пульсации.

В работе схемы выделяют 2 этапа: on-time и off-time, которые чередуются, как это показано на схеме ниже. Всё время напряжение на резисторе RS1 сравнивается с внутренним опорным напряжением 600 мВ. На стадии on-time (на схемах обозначена зелёным цветом) полевой транзистор открыт (т.к. напряжение на выводе CS ниже определённого уровня), и ток, постепенно (за счёт индуктивности) увеличиваясь, проходит через светодиоды и дроссель, накапливая в нём энергию. Когда напряжение на CS поднимается до определённого порога, то транзистор закрывается и начинается период off-time (обозначен серым цветом).

Во время него дроссель стремится поддержать ток в цепи с помощью энергии, накопленной в магнитном поле (первый закон коммутации). Ток к светодиодам от дросселя начинает поступать через диод D5, постепенно спадая. Через некоторое время это приводит к открытию транзистора и повторению всего, что было описано ранее. Драйвер работает в режиме критической проводимости тока индуктора, т.е. MOSFET открывается в тот момент, когда ток дросселя достигает нулевого значения.

Необходимое количество энергии для поддержания стабильной выходной мощности может подаваться на дроссель путём широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM) или частотно-импульсной модуляции (ЧИМ, PFM). В даташите к этой микросхеме прямо не сказано, какой тип модуляции используется, но написано, что "минимальная частота переключения устанавливается при самом низком входном напряжении, а максимальная частота переключения устанавливается при самом высоком входном напряжении". Эта информация и плавающая от нагрева частота, могут указывать на применение ЧИМ.

Тематическая подборка основных статей моего канала здесь .

Срочно понадобился регулируемый блок питания для выезда в командировку. Требования к БП были не очень сложные, напряжение питания от 1.5 до 30В, ток в пределах 2-3А, и желательно как можно более легкий прибор. Габариты чем меньше, тем лучше, но в разумных пределах, конечно. Посмотрел на свой «зоопарк» блоков питания, и ничего не нашел подходящего, по весу и габаритам. Задумчиво полез перебирать всевозможные блоки, купленные ранее про запас и часто спонтанно на Алиэкспресс… И в коробке наткнулся на Buck Boost конвертер ZK-4KX. Покрутил его в руках, и решил что вероятно это именно то, что мне нужно.

Я не планировал писать обзор на эту железяку, но поскольку она основа моего блока питания, то конечно протестируем модуль, и я вкратце расскажу про него, и про то что в итоге получилось. Всем кому интересна эта тема — Велком!

UPD: Про просьбам трудящихся добавил осциллограммы при различных сценариях включения прибора.

Эпиграф: «Я его слепила из того что было. »

Подходящий модуль питания, это уже почти полдела, так же в закромах выкопал:
— Импульсный блок питания MW 24В 2.1А лет 5 купленный в оффлайн
— Коробку из пластика для DIY конструкций, почти подходящего размера (куплена в оффлайн, хотелось бы на пару сантиметров побольше, но на безрыбье и рак рыба)
— Вентилятор улитку 12В 0.1А (покупал на Али в увлажнитель, но с размером не угадал)
— Импульсный понижающий модуль малой мощности (тоже был куплен давно на Али)
Ну и понятное дело, что провода, клеммы, предохранители, кнопки всегда найдутся в закромах радиогубителя.

Попытался все вышеперечисленное запихать в корпус, не хватало буквально 5мм для полного счастья, что бы Импульсный блок питания разместить с модулем Buck Boost конвертера ZK-4KX. Выход нашел через некоторое время, закрепив ИИП на крышку корпуса, только в таком положении мог выиграть эти нужные мне 5 мм. В прочем, закреплен ИИП хорошо, на латунные «столбики» и в этом перевернутом положении.

Вырезаем на лицевой панели 2 прямоугольных отверстия и сверлим 2 круглых под клеммы. Все село на свои места замечательно.

Примеряем… Вроде входит и выходит, крышку закрыть не мешает.

Соединяем выходные клеммы с выходами модуля при помощи проводов достаточного сечения, и как можно более короткими.

Подключаем выход ИИП к входу модуля Buck Boost конвертера, так же подключаем шнур питания через дополнительный керамический предохранитель (лишним не будет)

Задумчиво смотрим на вентилятор улитку…

И пытаемся впихнуть невпихуемое…

Влез прям впритык, но зато не требуется вентилятор закреплять, поскольку он сел довольно плотно, греметь внутри точно не будет.
На нижней стенке крепим на двухсторонний скотч маленький импульсный понижающий модуль. Он нужен для того, что бы снизить напряжение ИИП в 24 вольта, до нужных 12В от которых работает вентилятор. Я заранее выставил на модуле 10,5В, при этом напряжении, и так почти бесшумного вентилятора, не слышно вообще…

Собственно всё. Ставим нижнюю крышку (в которой просверлены отверстия для вентиляции аккурат под модулем) и стягиваем 2 половинки корпуса винтами, не забыв так же надеть ножки.

Вот такой он получился «цветочек аленький».

Вид с боку.

Подключаем небольшую нагрузку (мощный зеленый проволочный резистор) и перекрестившись даем питание. Ничего не взорвалось — уже хорошо. В этот раз рискнул и первый запуск не делал последовательно с лампой накаливания, как обычно, тестирую свои самодельные импульсные блоки питания. Все работает. Вентилятора не слышно.

Внимательный читатель помнит, что Импульсный блок питания у меня на 24В, но поскольку модуль Buck Boost конвертер, он может повышать напряжение до 30В, конечно при снижении максимального тока, но мне этих возможностей достаточно.

Примененный мною модуль Buck Boost конвертера ZK-4KX имеет множество настроек, управление не самое удобное, но все же получше чем у новых версий, и кроме того, кнопки очень мягко нажимаются, в отличие от мембранных кнопок в новых версиях модулей.
Характеристики модуля китайцы приводят такие:

Управление модулем происходит при помощи 2-х кнопок (короткое и долгое нажатие задействует разные меню настроек) так и ручкой энкодера (вращение ручки и нажатие)

Короткое нажатие на кнопку U/I интуитивно понятно ведет к меню в котором можно задать выходное напряжение и ток. Вращение ручки энкодера плавно меняет значение, нажатие на кнопку энкодера меняет декады (вольты — десятые вольта, амперы-десятые ампер)

Долгое нажатие на кнопку U/I переводит в меню настроек:
Где можно выставить подается ли напряжение на выходные клеммы по умолчанию (да-нет)

Далее кнопкой SW переходим на следующий пункт меню: порога защиты от низкого напряжения LUP (видать этот модуль можно подключать к аккумуляторной батарее, и тут задаются параметры отключения по разряду АКБ)

Далее идут настройки:
— OUP — порог защиты от перенапряжения; OCP — порог защиты от перегрузки по току; OPP — Верхний порог входного напряжения; OAP — порог защиты по емкости; OHP порог по времени (тайм аут); OTP — выставление защиты от перегрева.

Далее идут три пункта меню, где можно откалибровать входное и выходное напряжение, в случае, если девайс показывает неправильно, а так же откалибровать ток, по внешнему амперметру. Фото тоже под спойлером.

Короткое нажатие на кнопку SW перелистывает различные варианты отображения информации в ходе работы блока питания. Так же спрячу все под спойлер.

В общем разнообразная информация на любой вкус и пожелание.
Ну и посмотрим осциллограммы процессов возникающих при включении и выключении нагрузки.

А это помехи при работе Блока питания при 12В

Тоже помехи, но в режиме бустера и напряжении 30В.

Ничего страшного я на осциллограммах не нашел, вроде вполне неплохо с моей точки зрения.

UDP: Про просьбам трудящихся осциллограммы включения и выключения испытуемого блока питания при разных сценариях
1. Нагрузка Резистор. Напряжение 30В ограничение тока 0.9А
Включение

2. Нагрузка Лампочка 12В 35Вт Напряжение 13В ограничение тока 2.1А
Включение

3. Светодиод 25В 300мА Напряжение 24В ограничение тока 300мА
Включение

4. Нагрузка Конденсатор 2200 мкФ 50В
Включение

ИМХО, я опять ничего страшного не вижу на осциллограммах, но я не инженер, может кто прокомментирует, кто понимает больше чем я.

На этом всё! Нормальные и по делу комментарии приветствуются, на неадекватные комментарии я отвечать не буду, уж извините заранее.
Обзор накидал за полчаса, потому заранее прошу прощения за погрешности и недочеты…
Всем мира и добра!
Котейко одобрил…

Читайте также: