Circuito convertidor buck dc-dc

En este proyecto vamos a hacer un circuito convertidor Buck usando Arduino y MOSFET de canal N con una capacidad de corriente máxima de 6 amperios. Vamos a reducir 12v DC a cualquier valor entre 0 y 10v DC. Podemos controlar el valor del voltaje de salida girando el potenciómetro.

Un convertidor reductor es un convertidor de CC a CC, que reduce el voltaje de CC. Es como un transformador con una diferencia; mientras que el transformador reduce el voltaje de CA, el convertidor reductor reduce el voltaje de CC. La eficiencia del convertidor reductor es menor que la de un transformador.

Los componentes clave del convertidor buck son mosfet; Generador de pulso cuadrado de canal n o canal p y alta frecuencia (ya sea un temporizador IC o microcontrolador). Arduino se usa aquí como generador de pulsos, un 555 Timer IC también se puede usar para este propósito. Aquí hemos demostrado este convertidor Buck controlando la velocidad del motor de CC con potenciómetro, también probamos el voltaje con un multímetro. Consulte el video al final de este artículo.

Componentes requeridos:

1. Arduino Uno
2. IRF540N
3. Inductor (100Uh)
4. Condensador (100 uf)
5. Diodo Schottky
6. Potenciómetro
7. Resistencia de 10k, 100ohm
8. Carga
9. Batería de 12v

Diagrama de circuito y conexiones:

Realice las conexiones como se muestra en el diagrama de circuito anterior para el convertidor reductor CC-CC.

1. Conecte un terminal del inductor a la fuente de mosfet y otro al LED en serie con una resistencia de 1k. La carga está conectada en paralelo a esta disposición.
2. Conecte una resistencia de 10k entre la puerta y la fuente.
3. Conecte el condensador en paralelo a la carga.
4. Conecte el terminal positivo de la batería al drenaje y el negativo al terminal negativo del capacitor.
5. Conecte el terminal p del diodo al negativo de la batería y el terminal n directamente a la fuente.
6. El pin PWM de Arduino va a la puerta del mosfet
7. El pin GND de Arduino va a la fuente de mosfet. Conéctelo allí o el circuito no funcionará.
8. Conecte los terminales extremos del potenciómetro al pin 5v y al pin GND de Arduino respectivamente. Mientras que el terminal de limpiaparabrisas al pin analógico A1.

Función de Arduino:

Como ya se explicó, Arduino envía pulsos de reloj a la base del MOSFET. La frecuencia de estos pulsos de reloj es de aprox. 65 Khz. Esto provoca una conmutación muy rápida del mosfet y obtenemos un valor de voltaje medio. Debe aprender sobre ADC y PWM en Arduino, lo que le aclarará cómo los pulsos de alta frecuencia son generados por Arduino:

• Atenuador LED basado en Arduino usando PWM
• ¿Cómo usar ADC en Arduino Uno?

Función de MOSFET:

Mosfet se utiliza para dos propósitos:

1. Para conmutación de alta velocidad de la tensión de salida.
2. Para proporcionar alta corriente con menos disipación de calor.

Función del inductor: el

inductor se utiliza para controlar picos de voltaje que pueden dañar el mosfet. El inductor almacena energía cuando el mosfet está encendido y libera esta energía almacenada cuando el mosfet está apagado. Dado que la frecuencia es muy alta, el valor de inductancia requerido para este propósito es muy bajo (alrededor de 100uH).

Función del diodo Schottky: el

diodo Schottky completa el bucle de corriente cuando el mosfet está apagado y, por lo tanto, garantiza un suministro uniforme de corriente a la carga. Aparte de esto, el diodo Schottky disipa muy poco calor y funciona bien a una frecuencia más alta que los diodos regulares.

Función del LED: el

brillo del LED indica la reducción de voltaje a través de la carga. A medida que giramos el potenciómetro, el brillo del LED varía.

Función del potenciómetro:

Cuando el terminal del limpiaparabrisas del potenciómetro se lanza a una posición diferente, el voltaje entre él y el suelo cambia, lo que a su vez cambia el valor analógico recibido por el pin A1 de arduino. Este nuevo valor se asigna entre 0 y 255 y luego se le da al pin 6 de Arduino para PWM.

** El capacitor suaviza el voltaje dado a la carga.

¿Por qué resistencia entre puerta y fuente?

Incluso el más mínimo ruido en la puerta del MOSFET puede encenderlo, por lo tanto, para evitar que esto suceda, siempre se recomienda conectar una resistencia de alto valor entre la puerta y la fuente.

Explicación del código:

El código completo de Arduino, para generar pulsos de alta frecuencia, se proporciona en la sección de códigos a continuación.

El código es simple y se explica por sí mismo, por lo que aquí solo hemos explicado algunas partes del código.

A la variable x se le asigna el valor analógico que se recibe del pin analógico A0 de Arduino

x = analogRead (A1);

A la variable w se le asigna el valor mapeado que está entre 0 y 255. Aquí los valores ADC de Arduino se mapean de 2 a 255 usando la función de mapa en Arduino.

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

La frecuencia normal de PWM para el pin 6 es de aproximadamente 1 kHz. Esta frecuencia no es adecuada para propósitos como convertidor reductor. Por tanto, esta frecuencia debe aumentarse a un nivel muy alto. Esto se puede lograr usando un código de una línea en la configuración vacía:

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // cambia la frecuencia de pwm a 65 KHZ aprox.

Funcionamiento del convertidor DC-DC Buck:

Cuando el circuito está encendido, el mosfet se enciende y apaga con una frecuencia de 65 khz. Esto hace que el inductor almacene energía cuando el mosfet está encendido y luego le dé esta energía almacenada para cargar cuando el mosfet se apague. Dado que esto sucede a una frecuencia muy alta, obtenemos un valor promedio de voltaje de salida pulsado dependiendo de la posición del terminal del limpiaparabrisas del potenciómetro con respecto al terminal de 5v. Y a medida que aumenta este voltaje entre el terminal del limpiaparabrisas y la tierra, también lo hace el valor mapeado en el pin no. 6 de Arduino.

Digamos que este valor mapeado es 200. Entonces el voltaje PWM en el pin 6 estará en: = 3.921 voltios

Y dado que MOSFET es un dispositivo dependiente del voltaje, este voltaje pwm finalmente determina el voltaje a través de la carga.

Aquí hemos demostrado este convertidor Buck girando un motor de CC y en un multímetro, consulte el video a continuación. Hemos controlado la velocidad del motor con potenciómetro y controlado el brillo del LED con potenciómetro.