Tutorial Konverter Buck DIY: Buat Sumber Daya Pengalihan Efisien

Jika Anda sering menggunakan sumber daya arus output linier tradisional, maka Anda setuju bahwa ini tidak begitu efisien. Dalam hal ini, konverter buck adalah pilihan output daya yang lebih baik karena menurunkan tegangan input secara efektif. Namun, apakah ada lebih dari sekadar konverter buck DIY?

Ya, ada lebih banyak tentang perangkat ini. Pertama, ia memiliki setidaknya dua semikonduktor. Dan semikonduktor bertindak seperti dioda dan resistor. Namun Anda dapat mengganti dioda dengan transistor kedua—yang berguna untuk rectifikasi simultan.

Kedua, konverter buck sangat mahir dalam melakukan tugas-tugas seperti mengubah output daya komputer ke tegangan lebih rendah yang dibutuhkan oleh perangkat seperti CPU, USB, dan DRAM.

Dengan demikian, Anda akan mempelajari lebih banyak tentang konverter buck dalam artikel ini. Pada dasarnya, kami akan menyoroti apa itu konverter buck, cara kerjanya, dan bagaimana Anda dapat membuat satu.

Mari kita mulai!

Apa itu Konverter Buck?

Sebelumnya, kami singkat membahas konverter buck. Namun kami akan membahas topik ini secara luas di sini. Dengan demikian, konverter buck lebih seperti konverter daya DC-ke-DC atau step-down. Plus, fungsinya utama adalah untuk menurunkan tegangan dari supply (input) ke beban (output).

Karena perangkat ini memiliki setidaknya dua semikonduktor, seperti yang kami sebutkan, ia termasuk ke dalam kelas SMPS (switched-mode power supply).

Switched-mode power supply

Selain itu, selain dua semikonduktor yang dimiliki perangkat ini, ia dilengkapi dengan setidaknya satu elemen penyimpan energi.

Elemen penyimpan energi yang dimaksud biasanya adalah inductor, capacitor, atau kombinasi keduanya. Jadi, jika Anda berencana untuk mengurangi ripples tegangan transistor daya, penting untuk memastikan bahwa konverter buck memiliki filter yang terdiri dari capacitor sederhana (atau kadang-kadang dalam kombinasi dengan inductor) yang ditambahkan ke sisi supply dan sisi load filter.

Oleh karena itu, tidak heran bahwa konverter buck melakukan pekerjaan yang bagus dalam menyediakan efisiensi daya sebagai konverter DC-ke-DC dibandingkan dengan sumber daya linier. Plus, layak untuk disebutkan bahwa perangkat ini lebih dari 90% sangat efisien—yang meningkatkan efektivitasnya untuk tugas-tugas seperti mengubah tegangan supply besar charger surya atau komputer.

Cara Kerja Konverter Buck?

Saat berkaitan dengan konverter buck, penting untuk dicatat bahwa operasi sirkuit perangkat ini tunduk pada keadaan konduktif MOSFET. Dengan kata lain, konverter buck bekerja berdasarkan keadaan (mati atau nyala).

Jadi, arus dalam sirkuit adalah nol—jika perangkat dalam keadaan mati atau saklar terbuka. Namun, jika saklar tertutup atau dalam keadaan nyala, arus akan meningkat. Juga, inductor akan menciptakan tegangan sebaliknya di terminalnya—sebagai reaksi terhadap perubahan arus.

Akibatnya, rentang tegangan input akan menurun, yang akan menentang tegangan sumber dan mengurangi tegangan neto di beban.

Seiring waktu, tegangan di inductor dan laju perubahan arus akan berkurang. Akibatnya, tegangan di beban akan meningkat. Sambil ini terjadi, inductor akan menyimpan energi. Jadi, jika saklar membuka sementara arus masih berubah, inductor akan mengalami penurunan tegangan. Juga, sumber tegangan filter input akan lebih dari tegangan di beban.

Jika saklar masuk ke keadaan mati lagi, sumber tegangan akan keluar dari sirkuit

Yang menyebabkan penurunan arus. Saat ini terjadi, akan ada tegangan yang lebih rendah di inductor akibat arus yang menurun. Lalu, inductor akan menjadi sumber arus.

Dengan demikian, sirkuit konverter buck bekerja dalam dua mode yang berbeda: kontinu dan diskontinu. Mode kontinu terjadi ketika nilai arus yang melewati inductor tidak pernah jatuh ke nol selama siklus komutasi.

Akibatnya, ketika saklar tertutup, tegangan konverter buck di inductor adalah V_L = V_i – V_o. Dan selama penurunan tegangan hampir konstan, arus melalui inductor akan naik secara linier.

Juga, ketika saklar membuka, dioda akan bias maju. Jadi, arus akan menurun dan tegangan di inductor akan V_L = -V_o. lalu, energi yang disimpan inductor L adalah:

E = ½ LI²_L

Selanjutnya, energi di inductor berkurang selama keadaan mati dan bertambah selama keadaan nyala. Plus, inductor L berguna untuk mengkonduksi energi dari input ke output konverter. Mode diskontinu, di sisi lain, terjadi ketika beban memerlukan energi yang sangat kecil.

Oleh karena itu, arus yang melewati inductor akan jatuh ke nol. Saat ini terjadi, output capacitor akan terisi ulang dalam setiap siklus—yang menyebabkan switching loss yang lebih tinggi.

Bagaimana Membuat Konverter Buck Sederhana?

Sebelum Anda membuat konverter buck sederhana, penting untuk merujuk pada diagram sirkuit. Jadi, Anda dapat menggunakan yang ada di sini.

Daftar Bahan yang Dibutuhkan

Dioda Schottky

Schottky Diode Section

Potensiometer

Potensiometer

Baterai input 12V

12v Lead battery

Panel tunggal

Resistor (10k,100ohm)

10K Resistor

Arduino UNO

Arduino UDO board

IRF540N

Motor (beban)

Kapasitor (100uf)

100uf Capacitors

Induktor (100Uh)

        Small 100uh inductors

Anda dapat membuat konverter buck dengan langkah-langkah berikut:

1. Mulailah dengan menghubungkan terminal ujung potensiometer ke pin rail daya 5v. Juga, Anda harus menghubungkan pin ground Arduino UNO masing-masing sementara wiper terminal-nya ke pin analog electronics pin A1.
2. Gabungkan pin PWM 6 Arduino ke bawah MOSFET.
3. Hubungkan terminal positif baterai ke drain MOSFET. Dan ulangi hal yang sama untuk negatif ke p-terminal dioda Schottky.
4. Hubungkan motor dari p-terminal dioda Schottky secara seri dengan induktor ke terminal source MOSFET.
5. Gabungkan n-terminal dioda Schottky ke terminal source MOSFET.
6. Di seberang motor, pasang kapasitor 47uf.
7. Akhirnya, Anda dapat menghubungkan pin ground Arduino ke terminal source MOSFET.

Tujuan menggunakan MOSFET adalah untuk mengubah tegangan input pada frekuensi tinggi. Juga, ia menawarkan pengedapan panas yang lebih sedikit dengan arus tinggi. Selain itu, inductor berperan dalam melindungi MOSFET dari spike tegangan tinggi (yang khas dalam proyek elektronik ini).

Arduino berguna untuk kecepatan switching MOSFET yang tinggi. Dan fungsi dioda Schottky adalah untuk membantu menyelesaikan loop untuk aliran arus. Jadi, jika tidak ada dioda Schottky saat Anda mematikan MOSFET, inductor akan melepaskan energinya ke motor. Lalu, itu akan memiliki sedikit atau tidak ada efek pada beban karena loop yang tidak lengkap.

Potensiometer adalah komponen penting lainnya yang menawarkan nilai analog ke Arduino berdasarkan tegangan PWM yang diterima gate terminal MOSFET dari pin PWM 6 Arduino. Dengan nilai ini, ada kontrol atas output tegangan di seluruh beban.

Aplikasi Konverter Buck

Konverter buck sangat berguna untuk beberapa aplikasi umum seperti:

Charger Baterai

Battery Solar charger

Biasanya sebagian besar orang ingin baterai portable atau smartphone mereka charge cepat tanpa memanas. Jadi, konverter buck adalah jawabannya dan biasanya berada di dalam perangkat seluler—karena port charge adalah port micro USB.

Power Audio Amplifiers

Power control and audio amplifiers

Stage daya dari power audio amplifier adalah konverter buck. Dan contoh baik perangkat ini yang menggunakan konverter buck adalah amplifier kelas D.

Quadcopters

Dji Phantom Quadcopter

Paket baterai multi-cell lithium memenuhi daya Quadcopters. Dan konfigurasi paket biasanya dua hingga sel berturut-turut. Plus, paket baterai menghasilkan rentang tegangan sekitar 6V -25V. Jadi, konverter buck membantu mengurangi tegangan baterai menjadi sekitar 5V atau 3.3V untuk flight controller perangkat digunakan.

Anda dapat menemukan konverter buck pada layout PCB distribusi daya yang mengarahkan daya baterai atau electronic speed controllers.

Bottom Line

Konverter buck DIY adalah proyek ideal untuk diikuti jika Anda mencari konverter DC-DC yang mengubah tegangan tinggi menjadi rendah secara efisien. Plus, perangkat ini berguna untuk elektronik konsumen yang memerlukan stabilisasi tegangan baterai yang melemah di bawah beban.

Apa pendapat Anda tentang konverter buck? Apakah Anda berencana mencoba proyek ini? Atau apakah Anda memiliki pertanyaan? Silakan hubungi kami.