Il pratico circuito del convertitore buck spiegato qui utilizza solo 3 transistor ed è estremamente facile da costruire. Anche se il circuito è semplice, ha un'elevata efficienza.

Il circuito può essere utilizzato per pilotare LED da 3,3 V da un'alimentazione di ingresso superiore, ad esempio da 12 V o 9 V.

Il design del convertitore buck può anche essere facilmente aggiornato per far funzionare carichi nominali più elevati invece di un LED.

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Funzionamento di base di una topologia di convertitore Buck

Facendo riferimento alla figura sottostante, proviamo a capire come funziona un convertitore 'buck' o 'step-down'. . Con un circuito convertitore buck, una tensione di ingresso più alta può essere trasformata in una tensione di uscita più bassa. La sua modalità di funzionamento di base è descritta come segue.

Non appena l'interruttore S viene premuto, si sviluppa una tensione positiva attraverso l'induttore L. Questo perché Uin è maggiore di Uout. La bobina inizialmente cerca di resistere al flusso istantaneo di corrente. Di conseguenza, la corrente nella bobina aumenta linearmente e l'energia inizia ad accumularsi nella bobina.

Successivamente, non appena l'interruttore S viene aperto, la corrente immagazzinata scorre attraverso la bobina nel condensatore di uscita attraverso il diodo D.

Poiché la tensione UL attraverso la bobina è ora negativa, la corrente attraverso la bobina si riduce linearmente. L'uscita riceve l'energia che è stata catturata e immagazzinata nella bobina. Ora, se l'interruttore S viene nuovamente chiuso, la procedura ricomincia e continua a ripetersi man mano che l'interruttore viene attivato/disattivato.

Modalità di funzionamento

La tensione che appare all'uscita è determinata da come viene azionato l'interruttore S. Secondo la figura seguente, ci sono tre tipi fondamentali di flusso di corrente.

Supponiamo che l'interruttore S sia chiuso in un punto in cui la corrente che scorre all'interno della bobina non ha raggiunto lo zero, si verificherà sempre un flusso di corrente attraverso la bobina. Questo è indicato come 'modo continuo' (CM).
Se la corrente è in grado di raggiungere lo zero per una parte del ciclo, come illustrato nella Figura 2 (b), il circuito funziona in 'modalità discontinua' (DM).
Quando l'interruttore viene chiuso esattamente quando la corrente della bobina ha raggiunto lo zero, chiamiamo questa operazione limite CM/DM.

Ciò significa che in un convertitore buck sia la tensione di uscita che la potenza possono essere modificate regolando i periodi 'on' dell'interruttore. Questo è anche chiamato il rapporto mark-space.

Questa è abbastanza teoria; ora esaminiamo un semplice circuito del mondo reale.

Realizzazione di un pratico design del convertitore Buck

La figura seguente mostra un semplice e pratico circuito convertitore buck che utilizza solo 3 transistor e pochi altri elementi passivi.

“come usare un frequenzimetro ”

Funziona nel modo seguente:

L'interruttore S in questo circuito è rappresentato dal transistor T1. Gli altri componenti del convertitore step-down sono il diodo D1 e la bobina L1.

Non appena il circuito viene alimentato, R3 fornisce una corrente di base a T2 (perché la specifica della tensione diretta di D2 è maggiore di 0,7 V) e T2 viene attivato.

Con T2 in conduzione, T1 ottiene una polarizzazione di base e inizia anche a condurre. In questa situazione, il punto P subisce un aumento di tensione, che fa sì che T2 conduca ancora più forte.

Ora quando la tensione del punto P raggiunge 9 V, la corrente attraverso L1 inizia ad aumentare. La tensione attraverso la bobina e la sua induttanza influenzano entrambe la velocità con cui aumenta la corrente al suo interno.

All'aumentare della corrente ai capi della bobina, la tensione ai capi di R1 diminuisce. Non appena questo potenziale raggiunge 0,7 V (circa 70 mA), T3 si accende. Questo rimuove rapidamente la corrente di base di T1.

Poiché la corrente in L1 ora non può più aumentare, la tensione nel punto P inizia a diminuire. Di conseguenza T2 viene disattivato, seguito da T1.

La corrente via L1 ora viaggia via D1 finché non scende a zero. Ciò fa aumentare nuovamente la tensione su T2 e il processo si ripete nuovamente.

I transistor funzionano come un tiristore con feedback positivo, provocando un'oscillazione. T3 assicura che T1 sia spento alla corrente predeterminata e che il circuito funzioni in modalità limite CM/DM.

Aggiornamento del circuito per carichi maggiori

Invece di illuminare un LED, è possibile utilizzare questo circuito per azionare un carico nominale più elevato. Ma con un carico maggiore troverai che il convertitore buck non oscilla.

Ciò è dovuto al carico che impedisce a R3 di attivare T2 all'avvio.

Questo problema può essere evitato posizionando un condensatore (0,1uF) tra il punto P e la base di T2.

Un'altra mossa intelligente sarebbe quella di attenuare la tensione collegando un condensatore elettrolitico da 10 F attraverso l'uscita.

Il convertitore buck funziona come una sorgente di corrente invece di una sorgente di tensione e non è regolato. Tuttavia, per la maggior parte delle applicazioni semplici, questo sarà più che sufficiente.

Come costruire

Passaggio n. 1: prendi un listello per uso generico da 20 mm per 20 mm.
Spep n. 2: pulire il lato in rame con una carta vetrata.
Passaggio 3: prendi le resistenze e i diodi e piega i loro conduttori lasciando una distanza di 1 mm tra il loro corpo e i conduttori.
Passaggio 4: inserire i resistori nel PCB e saldarli. Taglia le lunghezze di piombo in eccesso.
Passaggio 5: inserire i transistor secondo la stessa posizione di layout indicata nello schema. Saldare i cavi e tagliare i cavi estesi.
Passaggio 6: ora inserisci l'induttore, saldalo e taglia i cavi.
Passaggio 7: infine inserire, il condensatore e il LED, saldare i cavi. Taglia i cavi in eccesso

Una volta eseguito il montaggio di cui sopra, interconnettere accuratamente i conduttori dei vari componenti facendo riferimento allo schema schematico. Fallo usando i pezzi dei cavi tagliati, precedentemente tagliati.

Se non si riesce a collegare i cavi direttamente dal lato rame, è possibile utilizzare un ponticello dal lato componenti del PCB.

Come testare

Tenere il LED scollegato all'inizio.
Applicare 9 V CC al circuito.
Misurare la tensione attraverso i punti in cui si suppone che il LED sia collegato.
Deve essere compreso tra 3 V e 4 V.
Questo confermerà che hai costruito correttamente il convertitore buck e che funziona correttamente.
È possibile disattivare l'alimentazione e ricollegare il LED nella sua posizione.
Ora riaccendi la CC, troverai il LED illuminato brillantemente dall'ingresso a 9 V CC con la massima efficienza.