ساخت مبدل کاهنده با استفاده از آردوینو

مقدمه : 

در این پروژه در سایت ایران پاور میخواهیم مبدل کاهنده ای بسازیم که ولتاژ 12 ولتی DC را به مقداری بین 2 الی 11 ولت تبدیل کنیم. این مدار در مراجع معروف الکترونیک قدرت به عنوان مبدل کاهنده شناخته میشود. ولتاژ خروجی یا ولتاژ کاهش یافته نسبت به ورودی در این پروژه توسط یک پتانسیومتر متصل به آردوینو به مقدار مطلوب ما قابل کنترل و تنظیم است.

شناخت کلی مبدل ها :

به طور کلی مبدل های DC به DC دو نوع زیر را شامل میشوند :

  1. مبدل های افزاینده یا Boost که سطح ولتاژ خروجی آن ها از سطح ولتاژ ورودیشان بیشتر است.
  2. مبدل های کاهنده یا Buck که سطح ولتاژ خروجی آن ها از سطح ولتاژ ورودیشان کمتر است.

در هر دو نوع این مبدل ها ولتاژ ورودی به مقدار مطلوب ما تغییر داده میشود.عملکرد این مبدل ها را میتوان به ترانسفورماتور ها (ترانس ها) شبیه دانست با یک تفاوت اصلی که آن ها باهم دارند و این تفاوت را به زبان ساده میتوان این گونه بیان کرد که ترانسفورماتورها سطح ولتاژ AC (متناوب) را کاهش یا افزایش میدهند اما مبدل های DC سطح ولتاژ DC را تغییر میدهند. پایه ی اساسی هر دو نوع مبدل بیان شده در بالا سه عنصر زیر است :

  1. ماسفت ها یا سوئیچ های قدرت
  2. سلف ها 
  3. خازن ها

در این پروژه میخواهیم یک مبدل کاهنده که در آن از آردوینو به عنوان منبع PWM استفاده میشود به عنوان یک نمونه کار در ایران پاور به شما معرفی کنیم.

تغییر فرکانس PWM بر روی پایه های آردوینو چطور انجام میشود :

بر روی آردوینو UNO پایه های 3 , 5 , 6 , 9 , 10 و 11 PWM هستند.

برای اجرای PWM لازم است از دستور زیر استفاده شود :

;(analogWrite( PWM PIN NO,PWM VALUE

همچنین نکته مهم دیگری که باید بدانید این است که پین ها (پایه ها)ی 9 و 10 و 11 و 3 فرکانس 500 هرتز و پایه های 5 و 6 فرکانس 1 کیلوهرتز تولید میکنند.
این فرکانس ها برای کاربردهای عمومی مانند روشن و خاموش کردن LED بسیار مناسب است. اما برای مدارهای الکترونیک قدرت مانند مبدل افزاینده و کاهنده که در بالاتر معرفی شدند فرکانس PWM بسیار بالاتری در حدود ده کیلوهرتز و بالاتر نیاز است چرا که ماسفت ها برای عملکرد مناسب سوئیچ زنی نیاز است تا فرکانس سوئیچ زنیشان بالا باشد . همچنین با افزایش فرکانس سوئیچ زنی ابعاد مدار مانند خازن ها و سلف ها کوچک تر میشوند. 
بنابراین در این پروژه نیازمند فرکانس سوئیچ زنی PWM بالایی هستیم.

در آردوینو UNO :

فرکانس PWM برای D3 و D11 به صورت زیر موجود هستند :

برای فرکانس سوئیچ زنی 31372.55 هرتز  ;TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000001 
برای فرکانس سوئیچ زنی 3921.16 هرتز  ;TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000010
برای فرکانس سوئیچ زنی 980.39 هرتز  ;TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000011
برای فرکانس سوئیچ زنی 490.20 هرتز که مقدار پیش فرض این پایه ها نیز است.  ;TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000100
برای فرکانس سوئیچ زنی 245.10 هرتز  ;TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000101
برای فرکانس سوئیچ زنی 122.55 هرتز  ;TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000110
برای فرکانس سوئیچ زنی 30.64 هرتز  ;TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000111

فرکانس PWM برای پایه های D5 و D6 به صورت زیر موجود هستند :

برای فرکانس سوئیچ زنی 62500.00  هرتز  ;TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001
برای فرکانس سوئیچ زنی 7812.50 هرتز  ;TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000010
برای فرکانس سوئیچ زنی 976.56 هرتز که مقدار پیش فرض این پایه ها نیز هست ;TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000011
برای فرکانس سوئیچ زنی 244.14 هرتز  ;TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000100
برای فرکانس سوئیچ زنی 61.04 هرتز  ;TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000101

فرکانس PWM برای پایه های D9 و D10 به صورت زیر موجود هستند :

برای فرکانس سوئیچ زنی 31372.55 هرتز تقسیم کننده فرکانسی را یک تنظیم کنید  ;TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000001
برای فرکانس سوئیچ زنی 3921.16 هرتز  ;TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000010
برای فرکانس سوئیچ زنی 490.20 هرتز که مقدار پیش فرض نیز هست.  ;TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000011
برای فرکانس سوئیچ زنی 122.55 هرتز  ;TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000100
برای فرکانس سوئیچ زنی 30.64 هرتز  ;TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000101
در این پروژه ما از پین شماره 6 و کد PWM زیر استفاده میکنیم .
 تولید فرکانس سوئیچ زنی 62.5 کیلوهرتز ;TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001 

لیست قطعات : 

  1. آردوینو UNO
  2. سلف 100 میکروهانری
  3. دیود شاتکی 
  4. خازن 100 میکروفاراد 
  5. IRF540N
  6. مقاومت 10 کیلو و 100 اهم
  7. پتانسیومتر
  8. باتری 12 ولتی
  9. بار خروجی ( در این پروژه یک موتور به عنوان بار در نظر گرفته میشود.)

شماتیک مدار :

شماتیک مدار در محیط شبیه سازی پروتئوس

شماتیک مدار در محیط شبیه سازی پروتئوس

مبدل کاهنده با قابلیت تنظیم

مبدل کاهنده با قابلیت تنظیم

اتصالات را مانند آنچه در مدار مشخص شده است انجام دهید »

  1. پین 6 آردوینو را به پایه ی بیس ماسفت وصل میکنیم.
  2. انتهای پایه های پتانسیومتر را به پایه ی 5 ولت و پایه ی زمین آردوینو UNO وصل میکنیم .
  3. پایه ی مثبت ترمینال باتری را به درین ماسفت و پایه ی منفی آن را به ترمینال P دیود شاتکی وصل میکنیم.
  4. از پایه ی P دیود شاتکی به صورت سری با سلف به بار (در اینجا موتور) وصل میکنیم.
  5. حال پایه ی N دیود شاتکی به پایانه ی سورس ماسفت متصل میکنیم.
  6. خازن 47 میکرو فاراد را موازی با بار قرار میدهیم.
  7. در انتها پایه ی زمین آردوینو را به پایه ی سورس ماسفت وصل میکنیم.

کد برنامه آردوینو : 

;int m
;int n
()void setup
}
تنظیم پین 6 به عنوان خروچی مدولاسیون پهنای پالس //;(pinMode(6,OUTPUT
تنظیم یک پین به عنوان ورودی آنالوگ //;(pinMode(A1,INPUT 
 ;TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001
Serial.begin(9600) ; // serial communication
{
()void loop
}
;(m= analogRead(A1
;(n= map(m,0,1023,0,255 
;(analogWrite(6,n
;(“Serial.print(” PWM Value 
;(Serial.println(n
{

مدار مبدل کاهنده چطور کار میکند ؟

از آنجا که پتانسیومتر مقداری آنالوگ را به آردوینو میدهد ، این مقدار ولتاژ PWM دریافتی توسط پایه ی گیت ماسفت که از پایه ی 6 آردوینو تغذیه میشود را تعیین میکند.

و در نهایت این مقدار ولتاژ خروجی دو سر بار را کنترل میکند.

هنگامی که ماسفت روشن است ، سلف این مدار انرژی را ذخیره کرده و هنگامی که ماسفت خاموش میشود این انرژی در بار که در اینجا موتور است تخلیه میشود. و به دلیل اینکه این مراحل با سرعت بالایی انجام میشود ما یک ولتاژ DC کاهش یافته در دو سر موتور خواهیم داشت که به طور مستقیم به پتانسیومتر وابسته است.

تصویری از مدار ساخته شده

تصویری از مدار ساخته شده

نمایی نزدیک تر از مدار مبدل کاهنده

نمایی نزدیک تر از مدار مبدل کاهنده

همچنین برای مشاهده فیلم کوتاهی از این مدار میتوانید به کانال آپارات ما به آدرس https://www.aparat.com/irnpower1 مراجعه کنید و یا اینجا کلیک کنید تا به آدرس مستقیم این فیلم در آپارات متصل شوید.

ساخت

دیدگاهتان را بنویسید