Die hier erläuterte praktische Abwärtswandlerschaltung verwendet nur 3 Transistoren und ist extrem einfach zu bauen. Obwohl die Schaltung einfach ist, hat sie einen hohen Wirkungsgrad.

Die Schaltung kann verwendet werden, um 3,3-V-LEDs von einer höheren Eingangsversorgung wie etwa von 12-V- oder 9-V-Versorgungseingängen anzusteuern.

Das Design des Abwärtswandlers kann auch einfach aufgerüstet werden, um anstelle einer LED höhere Nennlasten zu betreiben.

Inhalt

Grundlegende Funktionsweise einer Buck-Converter-Topologie

Unter Bezugnahme auf die Abbildung unten versuchen wir zu verstehen wie ein 'Buck'- oder ein 'Step-down'-Wandler funktioniert . Mit einer Tiefsetzstellerschaltung kann eine höhere Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung transformiert werden. Seine grundlegende Funktionsweise wird wie folgt beschrieben.

Sobald der Schalter S gedrückt wird, baut sich über der Induktivität L eine positive Spannung auf. Dies liegt daran, dass Uin größer als Uout ist. Die Spule versucht zunächst, dem momentanen Stromfluss zu widerstehen. Dadurch steigt der Strom in der Spule linear an und Energie beginnt sich in der Spule zu speichern.

Als nächstes fließt, sobald der Schalter S geöffnet wird, der gespeicherte Strom durch die Spule in den Ausgangskondensator durch die Diode D.

“Schaltplan von HF-Sender und -Empfänger ”

Da die Spannung UL über der Spule nun negativ ist, nimmt der Strom durch die Spule linear ab. Der Ausgang erhält die Energie, die eingefangen und in der Spule gespeichert wurde. Wenn nun Schalter S erneut geschlossen wird, beginnt der Vorgang von neuem und wiederholt sich ständig, während der Schalter EIN/AUS betätigt wird.

Betriebsarten

Die am Ausgang erscheinende Spannung wird durch die Betätigung des Schalters S bestimmt. Gemäß der folgenden Abbildung gibt es drei grundlegende Arten des Stromflusses.

Angenommen, der Schalter S ist an einem Punkt geschlossen, an dem der innerhalb der Spule fließende Strom nicht Null erreicht hat, wird immer ein Stromfluss durch die Spule erfahren. Dies wird als 'kontinuierlicher Modus' (CM) bezeichnet.
Wenn der Strom für einen Teil des Zyklus Null erreichen kann, wie in Abbildung 2(b) dargestellt, arbeitet die Schaltung im „diskontinuierlichen Modus“ (DM).
Wenn der Schalter genau dann geschlossen wird, wenn der Spulenstrom Null erreicht hat, nennen wir diesen CM/DM-Grenzbetrieb.

Dies bedeutet, dass in einem Abwärtswandler sowohl die Ausgangsspannung als auch die Leistung geändert werden könnten, indem die 'Ein'-Perioden des Schalters angepasst werden. Dies wird auch als Tastverhältnis bezeichnet.

Das ist genug Theorie; Lassen Sie uns nun eine einfache reale Schaltung untersuchen.

Erstellen eines praktischen Abwärtswandler-Designs

Die folgende Abbildung zeigt eine einfache praktische Abwärtswandlerschaltung mit nur 3 Transistoren und einigen anderen passiven Elementen.

Es funktioniert auf folgende Weise:

Der Schalter S in dieser Schaltung wird durch den Transistor T1 dargestellt. Die anderen Komponenten des Tiefsetzstellers sind die Diode D1 und die Spule L1.

Sobald die Schaltung mit Strom versorgt wird, liefert R3 einen Basisstrom an T2 (weil die Durchlassspannungsspezifikation von D2 größer als 0,7 V ist) und T2 wird eingeschaltet.

Wenn T2 leitet, erhält T1 eine Basisvorspannung und beginnt ebenfalls zu leiten. In dieser Situation erfährt der Punkt P einen Spannungsanstieg, wodurch T2 noch stärker leitet.

“Zwei-Bit-Addierer-Wahrheitstabelle ”

Wenn nun die Spannung am Punkt P 9 V erreicht, beginnt der Strom durch L1 zu steigen. Die Spannung über der Spule und ihre Induktivität beeinflussen beide, wie schnell der Strom darin ansteigt.

Wenn der Strom durch die Spule ansteigt, nimmt die Spannung an R1 ab. Sobald dieses Potential 0,7 V (ca. 70 mA) erreicht, wird T3 eingeschaltet. Dadurch wird der Basisstrom von T1 schnell entfernt.

Da der Strom in L1 nun nicht mehr ansteigen kann, beginnt die Spannung am Punkt P abzunehmen. T2 wird daraufhin abgeschaltet, gefolgt von T1.

Der Strom über L1 fließt nun über D1, bis er auf Null abfällt. Dadurch steigt die Spannung an T2 wieder an und der Vorgang wiederholt sich erneut.

Die Transistoren arbeiten als Thyristor mit positiver Rückkopplung, was zu einer Schwingung führt. T3 stellt sicher, dass T1 bei dem vorbestimmten Strom abgeschaltet wird und dass die Schaltung im CM/DM-Grenzmodus arbeitet.

Aufrüsten der Schaltung für höhere Lasten

Anstatt eine LED zum Leuchten zu bringen, könnten Sie diese Schaltung verwenden, um eine höhere Nennlast zu betreiben. Aber bei höherer Last schwingt der Tiefsetzsteller nicht mehr mit.

Dies liegt daran, dass die Last R3 daran hindert, T2 beim Start einzuschalten.

Dieses Problem kann vermieden werden, indem ein Kondensator (0,1 uF) zwischen Punkt P und der Basis von T2 platziert wird.

Ein weiterer kluger Schachzug wäre, die Spannung zu glätten, indem ein 10-F-Elektrolytkondensator über den Ausgang angeschlossen wird.

“wann wurde die erste elektronische hergestellt ”

Der Tiefsetzsteller fungiert als Stromquelle statt als Spannungsquelle und ist ungeregelt. Für die meisten einfachen Anwendungen ist dies jedoch mehr als ausreichend.

Wie zu bauen

Schritt Nr. 1: Nehmen Sie 20 mm x 20 mm Allzweck-Streifenplatte.
Schritt Nr. 2: Reinigen Sie die Kupferseite mit Sandpapier.
Schritt Nr. 3: Nehmen Sie die Widerstände und die Dioden und biegen Sie ihre Leitungen, wobei Sie 1 mm Abstand zwischen ihrem Körper und den Leitungen lassen.
Schritt #4: Setzen Sie die Widerstände in die Platine ein und löten Sie sie. Schneiden Sie die überschüssigen Kabellängen ab.
Schritt #5: Setzen Sie die Transistoren gemäß der gleichen Layoutposition ein, wie im Schaltplan angegeben. Löten Sie ihre Leitungen und schneiden Sie die verlängerten Leitungen.
Schritt Nr. 6: Setzen Sie nun den Induktor ein, löten Sie ihn und schneiden Sie seine Anschlüsse ab.
Schritt Nr. 7: Zum Schluss den Kondensator und die LED einlegen, die Leitungen verlöten. Schneiden Sie die überschüssigen Leitungen ab

Sobald die obige Montage abgeschlossen ist, verbinden Sie sorgfältig die Leitungen der verschiedenen Komponenten, indem Sie sich auf das schematische Diagramm beziehen. Tun Sie dies mit den zuvor geschnittenen Stücken der getrimmten Anschlussdrähte.

Wenn Sie die Leitungen nicht direkt von der Kupferseite anschließen können, können Sie einen Überbrückungsdraht von der Komponentenseite der Leiterplatte verwenden.

Wie man testet

Lassen Sie die LED am Anfang getrennt.
Legen Sie 9 V DC an den Stromkreis an.
Messen Sie die Spannung an den Punkten, an denen die LED angeschlossen werden soll.
Sie muss etwa 3 V bis 4 V betragen.
Dadurch wird bestätigt, dass Sie den Abwärtswandler richtig gebaut haben und ordnungsgemäß funktionieren.
Sie können die Stromversorgung ausschalten und die LED wieder an ihrer Position anschließen.
Schalten Sie nun den DC wieder ein, Sie werden feststellen, dass die LED hell vom 9-V-DC-Eingang mit maximaler Effizienz leuchtet.