Buck Converter Nedir? Yüksek Verimli Gerilim Düşürme Devresi Nasıl Çalışır?

Elektronik devreler de buck converter nedir ne işe yarar sorusunun cevabını bu yazıda vereceğiz. Farklı bileşenler ile farklı besleme gerilimi yapan bir elemandır. Örnek verirsek 12V bir kaynaktan 5 V ile çalışan bir mikrodenetleyiciye güç vermek isteyebilirsiniz. Tam bu sırada Buck Converter devreye girmektedir. Aslında işin teorik ve uygulama kısmında ki adı anahtarlamalı gerilim düşürücü devre olarak geçmektedir.

Buck converter nedir ne işe yarar?

Elektronik sistemler de Buck converter girişinde yer alan doğru gerilimi daha düşük bi doğru gerilime dönüştürmektedir. 12v bir girişten 5V giriş elde edilebilir ve gerilim dönüşümünü bir anahtar ile hızlı bir şekilde sağlanabilir. Enerji kısmını da bobin üzerinden aktarmaktadır.

Bu devrenin başlıca özelikleri ve parçaları şunlardır;

Devre gerilimi nasıl düşürür?

Anahtarı giriş gerilimini ve bobine hızlı aralıklarla anahtarlama işlemi uygular. Anahtar açık durumda iken bobin enerjiyi depolar ve anahtar kapalı durumda iken depolanan bobinde ki enerji yüke aktarılır ve bu şekilde gerilim düşümü gerçekleşir. İdeal bir buck converter devresi için temel ilişki şudur.

Bu denklemde Vin aslında giriş gerilimini temsil etmektedir. Vout ise adından da anladığınız üzere çıkış gerilimini ifade etmektedir. D ise anahtarın açık kadığını sürenin toplam anahtarlama süresine oranını anlatmaktadır. Örnek verelim 12v girişten uygun koşularda 5V elde etmek isterseniz böldüğünüz de %41.7 gibi bir değer olur. Fakat bu kağıt üzerinde böyledir. Gerçek devrelerde ise anahtarlama kayıpları olur ve bileşen özelikleriyle alakalı şekilde sonuçlar gerçekten biraz farklı olabilir.

Neden lineer regülatör yerine kullanılır?

Lineer regülatörler basit ve düşük gürültüye sahip çözümlere sahiptir. Ancak giriş ve çıkış gerilimi arasında ki fark elektronik devre elemanı üzerinde ısıya dönüşür. Yukarıda ki örneği verirsek 12V’tan 5V’a dönüşüm yapabilen lineer regülatör de çıkış gücünün giriş gerilimine oranı %41.7 olmaktadır.

Buck converter devresi ise enerji kısmını anahtarlama yaparak aktarmaktadır. Uygun bir tasarım döngüsünde daha az güç kaybı ile karşılaşabilirsiniz. Bundan dolayı bataryalı cihazlarda ve hassas mikrodenetleyici kartlarda kullanılmaktadır. Ek olarak son zamanlarda LED sistemlerinde ve otomotiv elektroniğinde sıkça karşımıza çıkmaktadır. Verim değerlerine gelirsek buck converter nedir sorusunun tam karşılığıdır. Verdiğiniz giriş gerilimlerine ve yük akımına bağlı olarak değişmektedir.

Tasarımda nelere dikkat edilmeli?

Buck converter seçimi yaparken yanlızca çıkış ve giriş gerilimleri baz almak yeterli değildir. Aşağıda yer alan değerler de en az bunlar kadar önemlidir.

1. Giriş ve çıkış gerilimi aralığını istediğiniz devrenin aralığında kalmasına dikkat etmeniz gerekmektedir.
2. Çıkış akımı dönüştürücünün yükün sürekli ve anlık olarak karşılaması gerekmektedir.
3. Bobin seçiminiz iyi olması gerekmektedir. Bobin değeri ile akım sınırı dalgalanmayı ve ısınmayı da hesap etmeniz gerekmektedir.
4. Kondansatör seçiminiz de kapasiteyle birlikte gerilimine dayanacak yapıda olması gerekmektedir. ESR ve dalgalı aklım özelliklerini de incelemeniz gerekmektedir. Giriş tarafı kondansatörlü anahtarlamalı olduğu için akım darbelerine maruz bırakıldığında uygun akım değerinde olması gerekmektedir.
5. PCB yerleşimi yaparken anahtarlama tarafında yüksek akım yolları mümkün olduğunca kısa tutulması gerekmektedir. Giriş kondansatör ve regülatörün giriş ve toprak pinlerine yakın olmak zorundadır. Kötü yerleşim anahtarlama gürültüsü yapabilir ve devrenin kararlığını bozabilir.

Çıkıştaki dalgalanma nasıl kontrol edilir?

Buck converter nedir diye sormadan önce bir dönüştürücünün çıkışı tamamen lineer yani düz bir gerilimde olması gerekir. Çıkışta görülen küçük değişimlere gerilim dalgalanması yani ripple denilmektedir. Buck converter nedir sorusundan önce dalgalanmanın miktarını ve frekansını, bobin ve kondansatör seçiminiz iyi olması gerekmektedir.

Osiloskop ile ölçüm yaparken muhakkak probu toprak bağlantısını kısa tutmanız gerekmektedir. Uzun toprak kablosu devrede doğru ölçüm yapamayabilirsiniz.

Sık görülen sorunlar

Çıkı gerilimi istediğiniz gibi değil düşükse yükün daha fazla akıma ihtiyacı vardır.

Yaptığınız devre haddinden fazla ısınıyorsa anahtarlama ve bobin gibi elemanlarla akım sınırları ile soğutmayı deneyebilirsiniz.

Aldığınız çıkışlar kararsız ise buck converter nedir araştırmadan önce doğru devreyi ve doğru devre elemanlarını seçmeniz gerekmektedir.