Buck-hakkurin tutkiminen ja suunnittelu

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia buck-hakkurin toimintaa ja topologioita erilaisten lähteiden avulla. Lähteiden avulla pystytään muodostamaan hyvä perusta, jonka avulla voidaan suunnitella yksinkertainen hakkuri.

Hakkuri itsessään rakennettiin käyttämällä yhteisplustopologiaa, koska tällä pystytään ohittamaan muutama yhteismaatopologian ongelmista ja tarvittaessa käyttämään negatiivista lähtöjännitettä helpommin. Hakkurin ohjauksessa käytettiin mbed -LPC1760-mikrokontrolleria. Kyseinen kontrolleri valittiin, koska se oli helposti saatavilla ja sillä oli tarvittavat toiminnot (12-bittinen ADC-tulo, PWM-lähtö). Näillä voitiin simuloida vastaavia hakkureissa käytettäviä IC-piirejä. Kontrolleri oli myös helposti ohjelmoitava, mikä teki siitä hyvän vaihtoehdon demonstroida buck-hakkurin eri ominaisuuksia.

Hakkurin kytkentää verrattiin Linear technologyn DC1432A buck-hakkuriin, jossa on LTC3851A buck IC -piiri, joka hoitaa hakkurin toiminnan. Tätä käytettiin vertauksena, koska se oli helposti saatavilla ja sen ohjaustyypit ovat yleisesti käytettyjä.

Työn hakkuriin mittaukset toteutettiin käyttämällä neljää Fluken 179 digitaalista yleismittaria, koska ei ollut mahdollista mitata laitetta teholähdeanalysaattorilla, ja neljä samanlaisella yleismittarilla saa tarpeeksi tarkat arvot joita voidaan verrata toisiinsa.

This thesis concentrates on non-isolated DC-DC buck converter in a theory and as a real life application. Furthermore, the study discusses different t opologies of buck-converter and their advances and the trouble they bring. In the practical part of the thesis; the application is made by using the common positive topology. This is used because it can overcome some problems that common negative brings but it also brings some problems of its own, which in this thesis we are going to explore.

The application used in this study is mbed LPC1760 programmable microcontroller. The controller is used even though it is a bit over the top for this kind of application but because it was available and it has the needed functions like 12 bit analogy digital converter and PWM-out and it was easily programmable. With these features and its availability made it a perfect candidate for demonstrating the buck-converter’s features in a real-life application.

The application used in the study was compared to Linear Technogy’s demo board DC1432A which is based on LTC3851A buck converter IC-chip. It has almost the same control mode’s that were used in the thesis application and it gave a nice baseline to compare the application.

The thesis converter measurements were made by 4 Fluke 179 DMM’s. Because there wasn’t available power source analyzer and this is next most accurate way to measure DC-DC converters.