O artigo abaixo apresenta um conhecimento abrangente sobre como funcionam os conversores buck.
Como o nome sugere, um conversor buck é projetado para se opor ou restringir uma corrente de entrada causando uma saída que pode ser muito menor que a entrada fornecida.
Em outras palavras, pode ser considerado um conversor abaixador que pode ser usado para adquirir tensões calculadas ou correntes inferiores à tensão de entrada.
Vamos aprender mais sobre o funcionamento de conversores buck em circuitos eletrônicos através da seguinte discussão:
O conversor de dólares
Normalmente, você pode encontrar um conversor buck sendo usado em circuitos SMPS e MPPT que exigem especificamente que a tensão de saída seja significativamente reduzida do que a potência da fonte de entrada, sem afetar ou alterar a potência de saída, que é o valor V x I.
A fonte de alimentação para um conversor buck pode ser de uma tomada CA ou de uma fonte de alimentação CC.
Um conversor buck é usado apenas para aquelas aplicações em que um isolamento elétrico pode não ser criticamente necessário na fonte de alimentação de entrada e na carga, no entanto, para aplicações em que a entrada pode estar nos níveis da rede, uma topologia flyback é normalmente usada por meio de um transformador de isolamento.
O dispositivo principal que é usado como agente de comutação em um conversor buck pode ser na forma de um mosfet ou um BJT de potência (como um 2N3055), que é configurado para alternar ou oscilar em uma taxa rápida através de um estágio oscilador integrado com sua base ou portão.
O segundo elemento importante em um conversor buck é o indutor L, que armazena a eletricidade do transistor durante seus períodos ON e a libera durante seus períodos OFF mantendo um fornecimento contínuo para a carga no nível especificado.
Este estágio também é chamado de estágio “Flywheel”, pois sua função se assemelha a um volante mecânico que é capaz de sustentar uma rotação contínua e constante com a ajuda de empurrões regulares de uma fonte externa.
Entrada AC ou DC?
Um conversor buck é basicamente um circuito conversor DC para DC projetado para adquirir uma fonte de alimentação DC, que pode ser uma bateria ou um painel solar. Isso também pode ser de uma saída de adaptador CA para CC obtida por meio de um retificador de ponte e um capacitor de filtro.
Não importa qual seja a fonte da entrada CC para o conversor buck, ela é invariavelmente convertida em alta frequência usando um circuito oscilador chopper junto com um estágio PWM.
Esta frequência é então alimentada ao dispositivo de comutação para as ações necessárias do conversor buck.
Operação do Conversor Buck
Conforme discutido na seção acima sobre como funciona um conversor buck, e como pode ser visto no diagrama a seguir, o circuito do conversor buck inclui um transistor de comutação e um circuito Flywheel associado que inclui o diodo D1, o indutor L1 e o capacitor C1.
Durante os períodos em que o transistor está ligado, a energia passa primeiro pelo transistor e depois pelo indutor L1 e finalmente para a carga. No processo, o indutor, devido à sua propriedade inerente, tenta se opor à introdução repentina de corrente armazenando a energia nele.
Esta oposição de L1 inibe a corrente da entrada aplicada para atingir a carga e atingir o valor de pico para os instantes iniciais de comutação.
Entretanto, entretanto, o transistor entra em sua fase de desligamento, cortando a alimentação de entrada para o indutor.
Com a alimentação desligada, L1 novamente enfrenta uma mudança repentina na corrente e, para compensar a mudança, libera a energia armazenada na carga conectada
Período ‘ligado’ do transistor
Referindo-se à figura acima, enquanto o transistor está na fase de chaveamento, ele permite que a corrente atinja a carga, mas durante os instantes iniciais de chaveamento a corrente é fortemente restrita devido à oposição dos indutores à aplicação repentina do corrente através dele.
No entanto, no processo o indutor responde e compensa o comportamento armazenando a corrente nele, e no decorrer alguma parte da alimentação é permitida atingir a carga e também para o capacitor C1, que também armazena a parte permitida da alimentação nele .
Também deve ser levado em consideração que, enquanto o acima acontece, o cátodo D1 experimenta um potencial positivo total que o mantém polarizado inversamente, tornando impossível para a energia armazenada do L1 obter um caminho de retorno através da carga através da carga. Esta situação permite que o indutor continue armazenando a energia nele sem nenhum vazamento.
Período ‘desligado’ do transistor
Agora, referindo-se à figura acima, quando o transistor reverte sua ação de comutação, ou seja, assim que é desligado, o L1 é novamente introduzido com um súbito vazio de corrente, ao qual responde liberando a energia armazenada em direção à carga em na forma de uma diferença de potencial equivalente.
Agora, uma vez que o T1 está desligado, o cátodo de D1 é aliviado do potencial positivo e é habilitado com uma condição baseada em avanço.
Devido à condição de polarização direta de D1, a energia L1 liberada ou o EMF de volta chutado pelo L1 é permitido completar o ciclo através da carga, D1 e de volta para L1.
Enquanto o processo está sendo concluído a energia L1 sofre uma queda exponencial devido ao consumo da carga. C1 agora vem em socorro e auxilia ou auxilia o L1 EMF adicionando sua própria corrente armazenada à carga, garantindo assim uma tensão instantânea razoavelmente estável para a carga… até que o transistor ligue novamente para atualizar o ciclo de volta.
Todo o procedimento permite a execução da aplicação desejada do conversor buck, em que apenas uma parcela calculada da tensão e corrente de alimentação é permitida para a carga, em vez da tensão de pico relativamente maior da fonte de entrada.
Isso pode ser visto na forma de uma forma de onda de ondulação menor em vez das enormes ondas quadradas da fonte de entrada.
Na seção acima, aprendemos exatamente como funcionam os conversores buck, na discussão a seguir nos aprofundaremos e aprenderemos a fórmula relevante para determinar os vários parâmetros relacionados aos conversores buck.
Fórmula para calcular a tensão Buck em um circuito conversor Buck
A partir da decisão acima, podemos concluir que a corrente máxima armazenada dentro de L1 depende do tempo ON do transistor, ou o EMF traseiro de L1 pode ser dimensionado dimensionando adequadamente o tempo ON e OFF de L, isso também implica que a saída tensão em um conversor buck pode ser predeterminada pelo cálculo do tempo de ativação de T1.
A fórmula para expressar a saída do conversor buck pode ser testemunhada na relação abaixo:
V(saída) = {V(entrada) xt(ON)}/T
onde V (in) é a tensão da fonte, t(ON) é o tempo de ativação do transistor,
e T é o “tempo periódico” ou o período de um ciclo completo do PWM, que é o tempo necessário para completar um tempo completo ON + um tempo completo OFF.
Exemplo resolvido:
Vamos tentar entender a fórmula acima com um exemplo resolvido:
Vamos supor uma situação onde um conversor buck é operado com V(in) = 24V
T = 2ms + 2ms (tempo LIGADO + tempo DESLIGADO)
t(ON) = 1 ms
Substituindo na fórmula acima temos:
V(saída) = 24 x 0,001/0,004 = 6V
Portanto V(out) = 6V
Agora vamos aumentar o tempo do transistor fazendo t(ON) = 1,5ms
Portanto, V(out) = 24 x 0,0015/0,004 = 9V
A partir dos exemplos acima, torna-se bastante claro que em um conversor buck o tempo de comutação t(ON) do transistor governa a tensão de saída ou a tensão Buck necessária, portanto, qualquer valor entre 0 e V(in) pode ser alcançado simplesmente dimensionando adequadamente o Tempo LIGADO do transistor de comutação.
Buck Converter para suprimentos negativos
O circuito conversor buck que discutimos até agora é projetado para atender aplicações de alimentação positiva, uma vez que a saída é capaz de gerar um potencial positivo em relação ao terra de entrada.
No entanto, para aplicações que podem exigir uma alimentação negativa, o design pode ser ligeiramente modificado e compatível com tais aplicações.
A figura acima mostra que simplesmente trocando as posições do indutor e do diodo, a saída do conversor buck pode ser invertida ou tornada negativa em relação à entrada de terra comum disponível.
Hashtags: #Como #funcionam #conversores #moedas
FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução
Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
Status (Ok Até agora)
Se tiver algum erro coloque nos comentários