DIY 降圧コンバータ:降圧コンバータのチュートリアル
従来のリニア出力電流電源を頻繁に使用する場合、それほど効率的ではないことに同意するでしょう。この場合、降圧コンバータは入力電圧を効果的に下げるため、より優れた出力電力オプションです。しかし、DIY バック コンバーターには他に何かありますか?
はい、デバイスには他にもあります。まず、少なくとも2つの半導体を持っています。そして、半導体はダイオードと抵抗のように機能します。ただし、ダイオードを 2 番目のトランジスタに置き換えることができます。これは、同時整流に役立ちます。
第二に、降圧コンバータは、コンピュータの電源出力供給電圧を、CPU、USB、DRAM などのデバイスが必要とするより低い電圧に変更するなどのタスクを実行するのに非常に優れています。
とはいえ、この記事では降圧コンバータについて詳しく説明します。本質的に、それが何であるか、どのように機能するか、どのように作成できるかを強調します.
では早速始めましょう!
降圧コンバーターとは?
先ほど、降圧コンバータについて簡単に説明しました。ただし、ここではこのトピックについて詳しく説明します。つまり、降圧コンバータは、DC 電力から DC または降圧電力コンバータに似ています。さらに、その主な機能は、電源 (入力) から負荷 (出力) への電圧を下げることです。
前述のように、デバイスには少なくとも 2 つの半導体があるため、SMPS (スイッチモード電源) のクラスに属します。
スイッチモード電源
また、デバイスが持つ 2 つの半導体とは別に、少なくとも 1 つのエネルギー貯蔵要素が付属しています。
問題のエネルギー貯蔵要素は、通常、インダクタ、コンデンサ、またはその組み合わせのいずれかです。そのため、パワー トランジスタの電圧リップルを減らすことを計画している場合は、バック コンバータに、供給側と負荷側のフィルタに追加された単純な平均コンデンサ (またはインダクタと組み合わせたもの) で構成されたフィルタがあることを確認することが重要です。
したがって、リニア電源と比較して、降圧コンバータが DC-DC コンバータとして優れた電力効率を提供するのは当然のことです。さらに、このデバイスは 90% 以上の高効率であることにも言及する価値があります。これにより、ソーラー充電器やコンピューターのバルク供給電圧の変更などのタスクの効率が向上します。
バック コンバータの仕組み
バッキング コンバータに関しては、デバイスの回路動作が MOSFET の導通状態に左右されることに注意することが重要です。つまり、降圧コンバーターはその状態 (オフまたはオン) に基づいて動作します。
したがって、デバイスがオフ状態またはスイッチが開いている場合、回路内の電流はゼロです。ただし、スイッチが閉じているかオン状態の場合、電流は増加します。また、インダクタは、電流の変化に反応して、端子間に逆電圧を発生させます。
その結果、入力電圧範囲が低下し、ソースの電圧に対抗して負荷全体の正味電圧が低下します。
時間が経つにつれて、インダクタの両端の電圧と電流の変化率が低下します。したがって、負荷の電圧が増加します。これが発生している間、インダクタはエネルギーを蓄えます。そのため、電流がまだ変化しているときにスイッチが開くと、インダクタで電圧降下が発生します。また、入力フィルタ電圧源は、負荷の電圧より高くなります。
スイッチが再びオフ状態になると、電圧源は回路から離れます
これは、電流の減少を引き起こします。これが発生すると、電流が減少する結果として、インダクタの両端の電圧が減少します。次に、インダクタが電流源になります。
つまり、降圧コンバータ回路は、連続モードと不連続モードの 2 つの異なるモードで動作します。連続モードは、インダクタを通過する電流の値が転流サイクル全体でゼロに落ちない場合に発生します。
その結果、スイッチが閉じると、インダクタのバック チップ電圧は VL になります。 =Vi – Vo .電圧降下がほぼ一定である限り、インダクタを流れる電流は直線的に増加します。
また、スイッチが開くと、ダイオードは順方向にバイアスされます。したがって、電流は減少し、インダクタの両端の電圧は VL になります。 =-Vo .その場合、インダクタ L が蓄えるエネルギーは次のとおりです。
E =½ LI 2 L
さらに、インダクタのエネルギーは、オフ状態で減少し、オン状態で増加します。さらに、インダクタ L は、コンバータの入力から出力にエネルギーを伝導するのに役立ちます。一方、不連続モードは、負荷が非常に小さなエネルギーしか必要としない場合に発生します。
したがって、インダクタを通過する電流はゼロになります。これが発生すると、出力コンデンサが各サイクルで放電し、スイッチング損失が大きくなります。
シンプルな降圧コンバーターの作り方
簡単な降圧コンバータを作成する前に、回路図を参照することが重要です。したがって、ここにあるものを利用できます。
必要なもののリスト
ショットキー ダイオード
ショットキー ダイオード セクション
ポテンショメータ
ポテンショメータ
12V 入力バッテリー
12v 鉛バッテリー
シングルパネル
抵抗器 (10k、100Ω)
10K レジスタ
Arduino UNO
Arduino UDO ボード
IRF540N
モーター（負荷）
コンデンサー (100uf)
100uf コンデンサ
インダクタ (100Uh)
小型の 100uh インダクタ
次の手順で降圧コンバータを作成できます:
<オール>MOSFET を使用する目的は、入力電圧を高周波で変化させることです。また、大電流での放熱が少なくなります。さらに、インダクタは高電圧スパイクから MOSFET を保護する役割を果たします (これは、この電子プロジェクトの典型です)。
Arduino は、MOSFET の高速スイッチングに役立ちます。ショットキー ダイオードの機能は、電流の流れのループを完成させることです。そのため、MOSFET をオフにしたときにショットキー ダイオードがない場合、インダクタはそのエネルギーをモーターに放出します。その後、ループが不完全なため、負荷への影響はほとんどまたはまったくありません。
ポテンショメータは、MOSFET のゲート端子が Arduino の PWM ピン 6 から受け取る PWM 電圧に基づいて、Arduino にアナログ値を提供するもう 1 つの重要なコンポーネントです。この値を使用すると、負荷全体の出力電圧を制御できます。
降圧コンバータのアプリケーション
降圧コンバータは、次のようないくつかの一般的なアプリケーションに非常に役立ちます:
バッテリー充電器
バッテリー ソーラー充電器
ほとんどの人は、デバイスを加熱することなく、ポータブル バッテリー パックやスマートフォンをすばやく充電したいと考えるのが一般的です。そのため、降圧コンバーターが答えであり、充電ポートはマイクロ USB ポートであるため、通常はモバイル デバイスの内部にあります。
パワーオーディオアンプ
電源制御とオーディオ アンプ
パワー オーディオ アンプのパワー段はバック コンバータです。バック コンバータを使用するこのデバイスの良い例は、クラス D アンプです。
クアッドコプター
Dji Phantom Quadcopter
マルチセル リチウム バッテリ パックは、クワッドコプターに電力を供給します。また、パック構成は通常、直列に 2 ～ 6 個のセルです。さらに、バッテリー パックは約 6V ～ 25V の範囲の電圧を生成します。そのため、バック コンバーターは、デバイスのフライト コントローラーが使用できるように、バッテリー電圧を約 5V または 3.3V に下げるのに役立ちます。
バック コンバーターは、バッテリー電源または電子速度コントローラーを制御する配電 PCB レイアウトにあります。
結論
DIY バック コンバーターは、高電圧を低電圧に効率的に変換する DC-DC コンバーターを探している場合に最適なプロジェクトです。さらに、このデバイスは、負荷がかかった状態でのバッテリーのサグ電圧を安定させる必要がある消費者向け電子機器に役立ちます。
降圧コンバーターについてどう思いますか?プロジェクトに挑戦する予定はありますか？それとも質問がありますか？お気軽にお問い合わせください。
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