여기에서 설명하는 실용적인 벅 컨버터 회로는 3개의 트랜지스터만 사용하며 구축하기가 매우 쉽습니다. 회로는 단순하지만 높은 효율을 갖는다.
이 회로는 12V 또는 9V 공급 입력과 같은 더 높은 입력 공급에서 3.3V LED를 구동하는 데 사용할 수 있습니다.
벅 컨버터 설계는 LED 대신 더 높은 정격 부하를 작동하도록 쉽게 업그레이드할 수도 있습니다.
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벅 컨버터 토폴로지의 기본 작업
아래 그림을 참고하여 이해를 해보자 '벅' 또는 '강압' 컨버터 작동 방식 . 벅 컨버터 회로를 사용하면 더 높은 입력 전압을 더 낮은 출력 전압으로 변환할 수 있습니다. 기본 작동 모드는 다음과 같이 설명됩니다.
스위치 S를 누르자 마자 인덕터 L에 양의 전압이 발생합니다. 이는 Uin이 Uout보다 높기 때문입니다. 코일은 처음에 순간적인 전류 흐름에 저항하려고 합니다. 결과적으로 코일의 전류는 선형적으로 증가하고 에너지는 코일에 저장되기 시작합니다.
다음으로 스위치 S가 열리면 저장된 전류가 코일을 통해 다이오드 D를 통해 출력 커패시터로 흐릅니다.
코일 양단의 전압 UL이 이제 음수이므로 코일을 통과하는 전류는 선형으로 감소합니다. 출력은 코일에 포착되어 저장된 에너지를 수신합니다. 이제 스위치 S를 다시 한 번 닫으면 절차가 새로 시작되고 스위치가 ON/OFF로 작동되면서 절차가 계속 반복됩니다.
작동 모드
출력에 나타나는 전압은 스위치 S가 작동하는 방식에 따라 결정됩니다. 아래 그림에 따르면 세 가지 기본 유형의 전류 흐름이 있습니다.
- 코일 내부에 흐르는 전류가 0에 도달하지 않은 지점에서 스위치 S가 닫혀 있다고 가정하면, 전류의 흐름은 항상 코일을 통해 경험될 것입니다. 이것을 '연속 모드'(CM)라고 합니다.
- 전류가 사이클의 일부 동안 0에 도달할 수 있으면 그림 2(b)와 같이 회로가 '불연속 모드'(DM)에서 작동하는 것입니다.
- 코일 전류가 0에 도달했을 때 스위치가 정확히 닫힐 때 우리는 이것을 CM/DM 리미트 동작이라고 부릅니다.
이는 벅 컨버터에서 스위치의 '켜짐' 기간을 조정하여 출력 전압과 전력을 모두 변경할 수 있음을 의미합니다. 이를 마크 공간 비율이라고도 합니다.
그것으로 충분한 이론입니다. 이제 간단한 실제 회로를 살펴보겠습니다.
실용적인 벅 컨버터 설계 만들기
다음 그림은 단 3개의 트랜지스터와 몇 가지 다른 수동 소자를 사용하는 간단하고 실용적인 벅 컨버터 회로를 보여줍니다.
다음과 같은 방식으로 작동합니다.
이 회로의 스위치 S는 트랜지스터 T1으로 표시됩니다. 강압 컨버터의 다른 구성 요소는 다이오드 D1과 코일 L1입니다.
회로에 전원이 공급되자마자 R3은 기본 전류를 T2에 공급하고(D2의 순방향 전압 사양이 0.7V보다 크므로) T2가 켜집니다.
T2 전도로 T1은 베이스 바이어스를 얻고 전도를 시작합니다. 이 상황에서 지점 P는 전압이 증가하여 T2가 훨씬 더 강하게 전도됩니다.
이제 P 지점의 전압이 9V에 도달하면 L1을 통한 전류가 증가하기 시작합니다. 코일 양단의 전압과 인덕턴스는 코일 내부의 전류가 얼마나 빨리 증가하는지에 영향을 미칩니다.
코일 양단의 전류가 증가함에 따라 R1 양단의 전압은 감소합니다. 이 전위가 0.7V(약 70mA)에 도달하자마자 T3가 켜집니다. 이것은 T1의 기본 전류를 빠르게 제거합니다.
이제 L1의 전류가 더 이상 증가할 수 없으므로 지점 P의 전압이 감소하기 시작합니다. 결과적으로 T2가 꺼지고 T1이 꺼집니다.
L1을 통한 전류는 이제 0으로 떨어질 때까지 D1을 통해 이동합니다. 이로 인해 T2의 전압이 다시 증가하고 프로세스가 다시 반복됩니다.
트랜지스터는 양의 피드백이 있는 사이리스터로 작동하여 발진을 일으킵니다. T3는 T1이 미리 결정된 전류에서 차단되고 회로가 CM/DM 제한 모드에서 작동하는지 확인합니다.
더 높은 부하를 위한 회로 업그레이드
LED를 켜는 대신 이 회로를 사용하여 더 높은 정격 부하를 작동할 수 있습니다. 그러나 더 높은 부하에서는 벅 컨버터가 진동하지 않는다는 것을 알게 될 것입니다.
이는 시작 시 R3이 T2를 켜는 것을 방해하는 부하 때문입니다.
이 문제는 포인트 P와 T2 베이스 사이에 커패시터(0.1uF)를 배치하여 피할 수 있습니다.
또 다른 현명한 조치는 출력에 10F 전해 커패시터를 연결하여 전압을 평활화하는 것입니다.
벅 컨버터는 전압원 대신 전류원으로 기능하며 조정되지 않습니다. 그러나 대부분의 간단한 응용 프로그램의 경우 이것으로 충분합니다.
구축 방법
- 1단계: 20mm x 20mm 범용 스트립 보드를 가져옵니다.
- Spep#2: 사포로 구리 면을 청소합니다.
- 3단계: 저항과 다이오드를 잡고 몸체와 리드 사이에 1mm 거리를 두고 리드를 구부립니다.
- 4단계: 저항을 PCB에 삽입하고 납땜합니다. 초과 리드 길이를 자릅니다.
- 5단계: 회로도에 표시된 것과 동일한 레이아웃 위치에 따라 트랜지스터를 삽입합니다. 리드를 납땜하고 연장된 리드를 다듬습니다.
- 6단계: 이제 인덕터를 삽입하고 납땜하고 리드를 다듬습니다.
- 7단계: 마지막으로 커패시터와 LED를 삽입하고 리드를 납땜합니다. 초과 리드를 잘라
위의 조립이 완료되면 개략도를 참조하여 다양한 구성 요소의 리드를 조심스럽게 연결하십시오. 이전에 절단된 잘린 리드선 조각을 사용하여 이 작업을 수행합니다.
구리 쪽에서 직접 리드를 연결할 수 없는 경우 PCB의 구성 요소 쪽에서 점퍼 와이어를 사용할 수 있습니다.
테스트 방법
- 시작 시 LED를 분리된 상태로 유지하십시오.
- 회로에 9V DC를 적용합니다.
- LED가 연결되어야 하는 지점의 전압을 측정합니다.
- 약 3V ~ 4V여야 합니다.
- 이렇게 하면 벅 컨버터를 올바르게 구축했으며 올바르게 작동하는지 확인할 수 있습니다.
- 전원을 끄고 LED를 제자리에 다시 연결할 수 있습니다.
- 이제 DC를 다시 켜면 최대 효율로 9V DC 입력에서 LED가 밝게 켜집니다.
효율성 측정 방법
효율을 측정하기 위해 전류계를 9V DC의 양극 라인과 직렬로 연결할 수 있습니다.
그런 다음 전류 판독값을 전압(9V)과 곱할 수 있습니다.
결과는 LED의 와트 사양보다 약 20% 더 높을 수 있습니다.
이것은 벅 컨버터 회로에 대해 80% 효율을 입증할 수 있으며 이와 유사합니다.
