- Các thành phần bắt buộc:
- Sơ đồ mạch và kết nối:
- Giải thích mã:
- Hoạt động của Bộ chuyển đổi DC-DC Buck:
Trong dự án này, chúng tôi sẽ tạo một mạch chuyển đổi Buck sử dụng Arduino và N-Channel MOSFET với công suất hiện tại tối đa là 6 ampe. Chúng tôi sẽ giảm 12v DC xuống bất kỳ giá trị nào từ 0 đến 10v DC. Chúng ta có thể kiểm soát giá trị điện áp đầu ra bằng cách xoay chiết áp.
Bộ chuyển đổi buck là một bộ chuyển đổi DC sang DC, làm giảm điện áp DC. Nó chỉ giống như một máy biến áp với một điểm khác biệt; trong khi máy biến áp bước xuống bộ chuyển đổi điện áp xoay chiều xuống điện áp một chiều. Hiệu suất của bộ biến đổi buck thấp hơn máy biến áp.
Các thành phần chính của bộ chuyển đổi buck là mosfet; hoặc kênh n hoặc kênh p và Bộ tạo xung vuông tần số cao (có thể là IC hẹn giờ hoặc vi điều khiển). Arduino được sử dụng ở đây như Bộ tạo xung, một IC Hẹn giờ 555 cũng có thể được sử dụng cho mục đích này. Ở đây chúng tôi đã trình diễn bộ chuyển đổi Buck này bằng cách điều khiển tốc độ DC-Motor bằng Potentiometer, cũng đã kiểm tra điện áp bằng Multimeter. Kiểm tra Video ở cuối bài viết này.
Các thành phần bắt buộc:
- Arduino Uno
- IRF540N
- Cuộn cảm (100Uh)
- Tụ điện (100uf)
- Đèn Schottky
- Chiết áp
- Điện trở 10k, 100ohm
- Tải
- Pin 12v
Sơ đồ mạch và kết nối:
Thực hiện kết nối như thể hiện trong sơ đồ mạch ở trên cho Bộ chuyển đổi DC-DC Buck.
- Kết nối một đầu cuối của cuộn cảm với nguồn của mosfet và một đầu cuối khác với LED mắc nối tiếp với điện trở 1k. Tải được kết nối song song với sự sắp xếp này.
- Kết nối điện trở 10k giữa cổng và nguồn.
- Nối song song tụ điện với tải.
- Kết nối cực dương của pin để tiêu và cực âm với cực âm của tụ điện.
- Kết nối đầu cuối p của diode với cực âm của pin và đầu cuối n trực tiếp với nguồn.
- Chân PWM của Arduino đi đến cổng MOSFET
- Chân GND của Arduino đi đến nguồn của mosfet. Hãy kết nối nó ở đó hoặc mạch sẽ không hoạt động.
- Kết nối các cực của chiết áp tương ứng với chân 5v và chân GND của Arduino. Trong khi thiết bị đầu cuối gạt nước đến chân tương tự A1.
Chức năng của Arduino:
Như đã giải thích, Arduino gửi xung đồng hồ đến cơ sở của MOSFET. Tần số của các xung đồng hồ này là khoảng. 65 Khz. Điều này làm cho mosfet chuyển mạch rất nhanh và chúng ta thu được giá trị điện áp trung bình. Bạn nên tìm hiểu về ADC và PWM trong Arduino, điều này sẽ giúp bạn hiểu rõ cách tạo xung tần số cao bởi Arduino:
- Bộ điều chỉnh độ sáng LED dựa trên Arduino sử dụng PWM
- Làm thế nào để sử dụng ADC trong Arduino Uno?
Chức năng của MOSFET:
Mosfet được sử dụng cho hai mục đích:
- Để chuyển đổi tốc độ cao của điện áp đầu ra.
- Để cung cấp dòng điện cao với ít tản nhiệt hơn.
Chức năng của cuộn cảm:
Cuộn cảm được sử dụng để điều khiển các xung điện áp có thể làm hỏng mosfet. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng khi mosfet được bật và giải phóng năng lượng tích trữ này khi mosfet tắt. Vì tần số rất cao, giá trị của điện cảm cần thiết cho mục đích này là rất thấp (khoảng 100uH).
Chức năng của Diode Schottky: Diode
Schottky hoàn thành vòng lặp của dòng điện khi mosfet được ngắt và do đó đảm bảo cung cấp dòng điện cho tải thông suốt. Ngoài ra, điốt schottky tản nhiệt rất thấp và hoạt động tốt ở tần số cao hơn điốt thông thường.
Chức năng của đèn LED:
Độ sáng của đèn LED cho biết mức điện áp giảm trên tải. Khi chúng ta xoay Potentiometer, độ sáng của đèn LED thay đổi.
Chức năng của chiết áp:
Khi đầu nối gạt nước của chiết áp được gạt ra vị trí khác, điện áp giữa nó và mặt đất thay đổi, do đó thay đổi giá trị tương tự nhận được bởi chân A1 của arduino. Giá trị mới này sau đó được ánh xạ từ 0 đến 255 và sau đó được cấp cho chân 6 của Arduino cho PWM.
** Tụ điện làm mịn điện áp cung cấp cho tải.
Tại sao điện trở giữa cổng và nguồn?
Ngay cả tiếng ồn nhỏ nhất ở cổng MOSFET cũng có thể bật nó lên, do đó để ngăn điều này xảy ra, bạn nên kết nối điện trở giá trị cao giữa cổng và nguồn.
Giải thích mã:
Mã Arduino hoàn chỉnh, để tạo xung tần số cao, được đưa ra trong phần mã bên dưới.
Mã rất đơn giản và dễ hiểu, vì vậy ở đây chúng tôi chỉ giải thích một số phần của mã.
Biến x được gán giá trị tương tự nhận được từ chân tương tự A0 của Arduino
x = analogRead (A1);
Biến w được gán giá trị ánh xạ từ 0 đến 255. Ở đây các giá trị ADC của Arduino được ánh xạ thành 2 đến 255 bằng cách sử dụng chức năng bản đồ trong Arduino.
w = bản đồ (x, 0,1023,0,255);
Tần số bình thường của PWM cho chân 6 là khoảng 1khz. Tần số này không phù hợp cho các mục đích như bộ chuyển đổi buck. Do đó tần số này phải được tăng lên mức rất cao. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng một mã dòng trong thiết lập void:
TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // thay đổi tần số của pwm thành khoảng 65 KHZ.
Hoạt động của Bộ chuyển đổi DC-DC Buck:
Khi bật mạch, mosfet sẽ bật và tắt với tần số 65 khz. Điều này làm cho cuộn cảm tích trữ năng lượng khi mosfet được bật và sau đó cung cấp năng lượng tích trữ này để tải khi mosfet tắt. Vì điều này xảy ra ở tần số rất cao, chúng tôi nhận được giá trị trung bình của điện áp đầu ra xung tùy thuộc vào vị trí của đầu cuối gạt nước của chiết áp đối với đầu cuối 5v. Và khi điện áp này giữa thiết bị đầu cuối gạt nước và mặt đất tăng lên, giá trị ánh xạ trên chân pwm không. 6 của Arduino.
Giả sử giá trị ánh xạ này là 200. Khi đó điện áp PWM trên chân 6 sẽ ở mức: = 3.921 vôn
Và vì MOSFET là một thiết bị phụ thuộc điện áp, điện áp pwm này cuối cùng sẽ xác định điện áp trên tải.
Ở đây chúng tôi đã trình diễn bộ chuyển đổi Buck này bằng cách quay Động cơ DC và trên Đồng hồ vạn năng, hãy xem Video bên dưới. Chúng tôi đã kiểm soát tốc độ của động cơ bằng Potentiometer và kiểm soát độ sáng của đèn LED bằng Potentiometer.