使用Arduino和N溝道MOSFET制作一個降壓轉(zhuǎn)換器電路

在這個項目中，我們將使用Arduino和N溝道MOSFET制作一個降壓轉(zhuǎn)換器電路，最大電流容量為6安培。我們將把 12v DC 降壓到 0 到 10v DC 之間的任何值。我們可以通過旋轉(zhuǎn)電位器來控制輸出電壓值。

降壓轉(zhuǎn)換器是一種直流到直流轉(zhuǎn)換器，可降低直流電壓。它就像一個變壓器，只有一個區(qū)別;變壓器降壓交流電壓降壓轉(zhuǎn)換器降壓直流電壓。降壓轉(zhuǎn)換器的效率低于變壓器。

降壓轉(zhuǎn)換器的關鍵元件是MOSFET;n溝道或p溝道和高頻方波脈沖發(fā)生器（定時器IC或微控制器）。Arduino在這里用作脈沖發(fā)生器，555定時器IC也可以用于此目的。在這里，我們演示了這款降壓轉(zhuǎn)換器，通過使用電位計控制直流電機速度，還使用萬用表測試了電壓。

所需組件：

Arduino Uno

紅外熱鍍膜儀540N

電感器（100Uh）

電容器 （100uf）

肖特基二極管

電位計

10k、100 歐姆電阻器

負荷

12v 電池

電路圖和連接：

如上圖所示進行DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器的連接。

將電感器的一個端子連接到 MOSFET 的源極，另一個端子連接到與 1k 電阻串聯(lián)的 LED。負載與這種布置并聯(lián)連接。

在柵極和源極之間連接 10k 電阻。

將電容器并聯(lián)到負載。

將電池的正極連接到漏極，將負極連接到電容器的負極。

將二極管的p端連接到電池的負極，將n端直接連接到電源。

Arduino的PWM引腳進入MOSFET的柵極

Arduino的GND引腳連接到MOSFET的源頭。請將其連接到那里，否則電路將無法正常工作。

將電位計的極端端子分別連接到 Arduino 的 5v 引腳和 GND 引腳。而游標端子為模擬引腳A1。

Arduino的功能：

如前所述，Arduino將時鐘脈沖發(fā)送到MOSFET的基座。這些時鐘脈沖的頻率約為65 Khz。這導致MOSFET的開關非?？欤覀兊玫揭粋€平均電壓值。

場效應管的功能：

MOSFET有兩個用途：

用于輸出電壓的高速切換。

提供高電流，散熱少。

電感器功能：
電感器用于控制可能損壞MOSFET的電壓尖峰。電感器在 MOSFET 導通時存儲能量，并在 MOSFET 關閉時釋放這些存儲的能量。由于頻率非常高，因此所需的電感值非常低（約100uH）。

肖特基二極管的功能：
當MOSFET關閉時，肖特基二極管完成電流環(huán)路，從而確保向負載平穩(wěn)供應電流。除此之外，肖特基二極管的散熱非常低，并且在比普通二極管更高的頻率下工作良好。

LED功能：
LED亮度表示負載兩端的降壓電壓。當我們旋轉(zhuǎn)電位計時，LED的亮度會發(fā)生變化。

電位器功能：

當電位計的游標端子被甩到不同的位置時，它和地之間的電壓會發(fā)生變化，進而改變 arduino 引腳 A1 接收的模擬值。然后將此新值映射到 0 和 255 之間，然后提供給 Arduino 的引腳 6 用于 PWM。

** 電容器平滑了給定負載的電壓。

為什么柵極和源極之間有電阻？

即使是MOSFET柵極處最輕微的噪聲也會將其導通，因此為了防止這種情況發(fā)生，始終建議在柵極和源極之間連接高值電阻器。

代碼說明：

完整的Arduino代碼，用于生成高頻脈沖，在下面的代碼部分中給出。

代碼簡單且不言自明，因此在這里我們只解釋了代碼的幾個部分。

變量 x 被分配從 Arduino 的模擬引腳 A0 接收的模擬值

x= analogRead(A1) ;

變量 w 被分配在 0 到 255 之間的映射值。在這里，Arduino的ADC值使用Arduino中的map函數(shù)映射到2到255。

w= map(x,0,1023,0,255) ;

引腳 6 的 PWM 正常頻率約為 1kHz。該頻率不適用于降壓轉(zhuǎn)換器等用途。因此，必須將這種頻率提高到非常高的水平。這可以在無效設置中使用一行代碼來實現(xiàn)：

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001;// change frequency of pwm to 65 KHZ approx.

DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理：

當電路導通時，MOSFET 以 65 kHz 的頻率打開和關閉。這會導致電感器在 mosfet 導通時存儲能量，然后在 mosfet 關斷時將存儲的能量提供給負載。由于這種情況發(fā)生在非常高的頻率下，因此根據(jù)電位計的游標端子相對于5v端子的位置，我們得到脈沖輸出電壓的平均值。隨著游標端子和接地之間的電壓增加，Arduino的pwm引腳6上的映射值也會增加。

Let’s say this mapped value is 200. Then PWM voltage on pin 6 will be at: [ (200*5) / 255 ]= 3.921 volts

由于MOSFET是一個電壓相關的器件，因此該PWM電壓最終決定了負載兩端的電壓。

int x; // initialize variables

int w;


void setup() {

pinMode(6,OUTPUT);// pwm pin 6 as output pin

pinMode(A1,INPUT);// analog pin as input

TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001;// change frequency of pwm to 65 KHZ approx( explained under code section)

Serial.begin(9600);// begin serial communication

}


void loop() {

x= analogRead(A1);

w= map(x,0,1023,0,255);

analogWrite(6,w); // write mapped value on pin 6

Serial.print("w "); //print mapped value on screen

Serial.println(w);

}