בפרויקט זה אנו הולכים ליצור מעגל ממיר באק באמצעות ארדואינו ו- MOSFET בערוץ N עם קיבולת זרם מקסימלית של 6 אמפר. אנו הולכים לרדת 12V DC לכל ערך שבין 0 ל- 10V DC. אנו יכולים לשלוט על ערך מתח המוצא על ידי סיבוב הפוטנציומטר.
ממיר באק הוא ממיר DC ל- DC, המוריד מתח DC. זה בדיוק כמו שנאי עם הבדל אחד; ואילו שנאי מוריד ממיר מתח מתח AC מוריד מתח DC. היעילות של ממיר הדולר נמוכה משנאי.
מרכיבי המפתח של ממיר באק הם mosfet; או ערוץ n או ערוץ p ומחולל דופק מרובע בתדירות גבוהה (או IC טיימר או מיקרו-בקר). Arduino משמש כאן כמחולל דופק, ניתן להשתמש גם ב- 555 טיימר IC למטרה זו. כאן הדגמנו ממיר באק זה על ידי שליטה על מהירות מנוע DC עם פוטנציומטר, ובדקנו גם את המתח באמצעות מודד. בדוק את הסרטון בסוף מאמר זה.
רכיבים נדרשים:
- ארדואינו אונו
- IRF540N
- משרן (100Uh)
- קבלים (100uf)
- דיודת שוטקי
- פוטנציומטר
- נגד 10k, 100ohm
- לִטעוֹן
- סוללה 12v
תרשים מעגלים וחיבורים:
בצע חיבורים כפי שמוצג בתרשים המעגל לעיל עבור ממיר באק DC-DC.
- חבר מסוף אחד של המשרן למקור של mosfet, ואחר ל- LED בסדרה עם נגד 1k. העומס מחובר במקביל להסדר זה.
- חבר נגד 10k בין שער למקור.
- חבר את הקבל במקביל לעומס.
- חבר את המסוף החיובי של הסוללה להתנקז ושלילי למסוף השלילי של הקבל.
- חבר את מסוף p של דיודה לשלילה של הסוללה ומסוף n ישירות למקור.
- סיכת PWM של ארדואינו הולכת לשער של מוספט
- סיכת GND של Arduino עוברת למקור של mosfet. האם חבר אותו לשם או שהמעגל לא יעבוד.
- חבר את המסופים הקיצוניים של הפוטנציומטר לסיכה 5V ולסיכה GND של Arduino בהתאמה. ואילו מסוף מגבים לסיכה אנלוגית A1.
פונקציה של Arduino:
כפי שכבר הוסבר, Arduino שולח פעימות שעון לבסיס MOSFET. תדירות פעימות השעון הללו היא כ. 65 Khz. זה גורם להחלפה מהירה מאוד של mosfet ואנחנו מקבלים ערך מתח ממוצע. עליך ללמוד על ADC ו- PWM בארדואינו, אשר יבהיר לך כיצד נוצרים פולסים בתדרים גבוהים על ידי ארדואינו:
- דימר LED מבוסס Arduino באמצעות PWM
- כיצד להשתמש ב- ADC ב- Arduino Uno?
פונקציה של MOSFET:
Mosfet משמש לשתי מטרות:
- למיתוג מהיר של מתח המוצא.
- כדי לספק זרם גבוה עם פיזור פחות של חום.
פונקציה של משרן:
משרן משמש לבקרת קוצים מתח שעלולים להזיק למוספט. המשרן אוגר אנרגיה כאשר mosfet פועל ומשחרר אנרגיה מאוחסנת זו כאשר mosfet אינו פעיל. מכיוון שתדירות גבוהה מאוד, ערך ההשראות הנדרש למטרה זו הוא נמוך מאוד (סביב 100uH).
פונקציה של דיודת שוטקי:
דיודת שוטקי משלימה את לולאת הזרם בעת כיבוי mosfet ובכך מבטיחה אספקה חלקה של זרם לעומס. מלבד זאת, דיודת שוטקי מפזרת חום נמוך מאוד ועובדת מצוין בתדירות גבוהה יותר מאשר דיודות רגילות.
פונקציית LED:
בהירות ה- LED מצביעה על המתח המורד לאורך העומס. כאשר אנו מסובבים את הפוטנציומטר, בהירות ה- LED משתנה.
פונקציה של פוטנציומטר:
כאשר מסוף המגבים של הפוטנציומטר נזרק למצב שונה, מתח בינו לבין הקרקע משתנה אשר בתורו משנה את הערך האנלוגי המתקבל על ידי סיכה A1 של ארדואינו. ערך חדש זה ממופה בין 0 ל 255 ואז ניתן לסיכה 6 של Arduino עבור PWM.
** קבלים מחליק את המתח הניתן לעומס.
מדוע נגד בין שער למקור?
אפילו רעש קל ביותר בשער של MOSFET יכול להפעיל אותו, ולכן כדי למנוע את זה קורה, מומלץ תמיד לחבר נגד בעל ערך גבוה בין שער למקור.
הסבר קוד:
קוד הארדואינו השלם, להפקת פולסים בתדירות גבוהה, ניתן בסעיף הקוד שלמטה.
הקוד הוא פשוט ומובן מאליו, ולכן כאן הסברנו רק על חלקים ספורים של הקוד.
למשתנה x מוקצה הערך האנלוגי המתקבל מהסיכה האנלוגית A0 של Arduino
x = AnalogRead (A1);
למשתנה w מוקצה הערך הממופה שבין 0 ל 255. כאן ממופים ערכי ADC של ארדואינו ל -2 עד 255 באמצעות פונקציית מפה בארדואינו.
w = מפה (x, 0,1023,0,255);
התדירות הרגילה של PWM עבור סיכה 6 היא בערך 1 קילו-הרץ. תדר זה אינו מתאים למטרות כמו ממיר באק. מכאן שיש להגדיל את התדר הזה לרמה גבוהה מאוד. ניתן להשיג זאת באמצעות קוד שורה אחד בהגדרת הריק:
TCCR0B = TCCR0B & B11111000 - B00000001; // שינוי תדירות של pwm ל- 65 KHz בערך
עבודה של ממיר באק DC-DC:
כאשר המעגל מופעל, Mosfet מתחלף ומכבה בתדר של 65 קילו-הרץ. זה גורם למשרן לאגור אנרגיה כאשר mosfet פועל ואז לתת אנרגיה מאוחסנת זו לטעון כאשר mosfet מכבה. מכיוון שזה קורה בתדירות גבוהה מאוד, אנו מקבלים ערך ממוצע של מתח יציאה פועם בהתאם למיקום מסוף המגבים של הפוטנציומטר ביחס למסוף 5V. וככל שמתח זה בין מסוף המגבים לקרקע עולה כך הערך הממופה על סיכה pwm. 6 מארדואינו.
נניח שהערך הממופה הזה הוא 200. ואז מתח ה- PWM בפין 6 יהיה ב: = 3.921 וולט
ומכיוון ש- MOSFET הוא מכשיר תלוי מתח, מתח pwm זה קובע בסופו של דבר את המתח על פני העומס.
הנה הדגמנו ממיר באק זה על ידי סיבוב מנוע DC ועל המולטימטר, עיין בסרטון למטה. שלטנו במהירות המנוע באמצעות פוטנציומטר ושלטנו על בהירות LED עם פוטנציומטר.