في هذا المشروع ، سنقوم بإنشاء دائرة محول باك باستخدام Arduino و N-Channel MOSFET بسعة حالية قصوى تبلغ 6 أمبير. سنقوم بالتنازل عن 12v DC إلى أي قيمة بين 0 و 10v DC. يمكننا التحكم في قيمة الجهد الناتج عن طريق تدوير مقياس الجهد.
محول باك هو محول تيار مستمر إلى تيار مستمر ، والذي يقلل من جهد التيار المستمر. إنه يشبه المحولات بفارق واحد ؛ في حين أن المحول ينخفض إلى أسفل ، فإن محول باك جهد التيار المتردد ينخفض جهد التيار المستمر. كفاءة محول باك أقل من المحولات.
المكونات الرئيسية لمحول باك هي mosfet ؛ إما قناة n أو قناة p ومولد نبض مربع عالي التردد (إما مؤقت IC أو متحكم دقيق). يستخدم Arduino هنا كمولد نبض ، ويمكن أيضًا استخدام 555 Timer IC لهذا الغرض. لقد أظهرنا هنا محول باك هذا من خلال التحكم في سرعة محرك التيار المستمر باستخدام مقياس الجهد ، واختبرنا أيضًا الجهد باستخدام مقياس متعدد. تحقق من الفيديو في نهاية هذه المقالة.
المكونات المطلوبة:
- اردوينو اونو
- IRF540N
- مغو (100Uh)
- مكثف (100 فائق التوهج)
- شوتكي الصمام الثنائي
- مقياس فرق الجهد
- 10 كيلو ، 100 أوم المقاوم
- حمل
- بطارية 12 فولت
مخطط الدائرة والتوصيلات:
قم بإجراء اتصالات كما هو موضح في مخطط الدائرة أعلاه لمحول DC-DC Buck.
- قم بتوصيل أحد طرفي المحرِّض بمصدر mosfet والآخر بـ LED في سلسلة بمقاوم 1k. الحمل متصل بالتوازي مع هذا الترتيب.
- ربط 10k المقاوم بين البوابة والمصدر.
- قم بتوصيل مكثف بالتوازي للتحميل.
- قم بتوصيل الطرف الموجب للبطارية بالتصريف والسالب بالطرف السالب للمكثف.
- قم بتوصيل طرف p من الصمام الثنائي بالسالب للبطارية وطرف n مباشرة بالمصدر.
- يذهب دبوس PWM من Arduino إلى بوابة Mosfet
- يذهب دبوس GND من Arduino إلى مصدر mosfet. قم بتوصيله هناك أو لن تعمل الدائرة.
- قم بتوصيل المحطات الطرفية القصوى لمقياس الجهد بدبوس 5 فولت ودبوس GND في Arduino على التوالي. في حين أن طرف الماسحة إلى الطرف التناظري A1.
وظيفة اردوينو:
كما أوضحنا سابقًا ، يرسل Arduino نبضات الساعة إلى قاعدة MOSFET. تردد نبضات الساعة هذه تقريبًا. 65 كيلو هرتز. يؤدي هذا إلى تبديل سريع جدًا لموسفيت ونحصل على متوسط قيمة الجهد. يجب أن تتعرف على ADC و PWM في Arduino ، مما سيوضح لك كيفية إنشاء نبضات عالية التردد بواسطة Arduino:
- اردوينو LED باهتة باستخدام PWM
- كيفية استخدام ADC في Arduino Uno؟
وظيفة MOSFET:
يستخدم موسفيت لغرضين:
- للتبديل عالي السرعة لجهد الخرج.
- لتوفير تيار عالي مع تبديد أقل للحرارة.
وظيفة المحرِّض:
يستخدم الحث للتحكم في طفرات الجهد التي يمكن أن تلحق الضرر بالموزفيت. يخزن الحث الطاقة عند تشغيل mosfet ويطلق هذه الطاقة المخزنة عند إيقاف تشغيل mosfet. نظرًا لأن التردد مرتفع جدًا ، فإن قيمة المحاثة المطلوبة لهذا الغرض منخفضة جدًا (حوالي 100 درجة في الساعة).
وظيفة Schottky Diode:
يكمل الصمام الثنائي Schottky حلقة التيار عند إيقاف تشغيل mosfet وبالتالي ضمان الإمداد السلس للتيار للتحميل. بصرف النظر عن هذا ، فإن الصمام الثنائي شوتكي يبدد حرارة منخفضة للغاية ويعمل بشكل جيد عند تردد أعلى من الثنائيات العادية.
وظيفة LED:
يشير سطوع LED إلى جهد التنحي عبر الحمل. أثناء قيامنا بتدوير مقياس الجهد ، يختلف سطوع LED.
وظيفة مقياس الجهد:
عندما يتم إلقاء طرف ممسحة مقياس الجهد إلى موضع مختلف ، يتغير الجهد بينه وبين الأرض والذي بدوره يغير القيمة التناظرية التي يتلقاها دبوس A1 من اردوينو يتم بعد ذلك تعيين هذه القيمة الجديدة بين 0 و 255 ثم تُعطى للطرف 6 من Arduino لـ PWM.
** يقوم المكثف بتسوية الجهد المعطى للتحميل.
لماذا المقاوم بين البوابة والمصدر؟
حتى أدنى ضوضاء عند بوابة MOSFET يمكنها تشغيلها ، وبالتالي لمنع حدوث ذلك ، يُنصح دائمًا بتوصيل المقاوم عالي القيمة بين البوابة والمصدر.
شرح الكود:
يتم تقديم كود Arduino الكامل ، لتوليد نبضات عالية التردد ، في قسم الكود أدناه.
الكود بسيط وواضح بذاته ، لذلك قمنا هنا بشرح أجزاء قليلة فقط من الكود.
يتم تعيين القيمة التناظرية للمتغير x الذي يتم استلامه من الدبوس التناظري A0 في Arduino
س = analogRead (A1) ؛
يتم تعيين القيمة المعينة للمتغير w بين 0 و 255. هنا يتم تعيين قيم ADC الخاصة بـ Arduino إلى 2 إلى 255 باستخدام وظيفة الخريطة في Arduino.
ث = الخريطة (س ، 0،1023،0،255) ؛
التردد الطبيعي لـ PWM للدبوس 6 هو 1 كيلو هرتز. هذا التردد غير مناسب لأغراض مثل محول باك. ومن ثم يجب زيادة هذا التردد إلى مستوى عالٍ جدًا. يمكن تحقيق ذلك باستخدام رمز سطر واحد في إعداد باطل:
TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001 ؛ // تغيير تردد pwm إلى 65 كيلو هرتز تقريبًا.
عمل محول DC-DC باك:
عند تشغيل الدائرة ، يتم تشغيل وإيقاف mosfet بتردد 65 كيلو هرتز. يؤدي هذا إلى تخزين المحرِّض للطاقة عند تشغيل mosfet ومن ثم إعطاء هذه الطاقة المخزنة للتحميل عند إيقاف تشغيل mosfet. نظرًا لأن هذا يحدث بتردد عالٍ جدًا ، فإننا نحصل على متوسط قيمة جهد الخرج النبضي اعتمادًا على موضع طرف ممسحة مقياس الجهد فيما يتعلق بمحطة 5 فولت. وبما أن هذا الجهد بين طرف الماسحة والأرض يزداد ، فإن القيمة المعينة على pwm pin no. 6 اردوينو.
لنفترض أن هذه القيمة المعينة هي 200. ثم سيكون جهد PWM على السن 6 عند: = 3.921 فولت
ونظرًا لأن MOSFET هو جهاز يعتمد على الجهد ، فإن جهد pwm هذا يحدد في النهاية الجهد عبر الحمل.
لقد أظهرنا هنا محول باك هذا من خلال تدوير محرك DC وعلى مقياس متعدد ، تحقق من الفيديو أدناه. لقد قمنا بالتحكم في سرعة المحرك باستخدام مقياس الجهد والتحكم في سطوع LED باستخدام مقياس الجهد.