使用Arduino和N沟道MOSFET制作一个降压转换器电路

在这个项目中，我们将使用Arduino和N沟道MOSFET制作一个降压转换器电路，最大电流容量为6安培。我们将把 12v DC 降压到 0 到 10v DC 之间的任何值。我们可以通过旋转电位器来控制输出电压值。

降压转换器是一种直流到直流转换器，可降低直流电压。它就像一个变压器，只有一个区别;变压器降压交流电压降压转换器降压直流电压。降压转换器的效率低于变压器。

降压转换器的关键元件是MOSFET;n沟道或p沟道和高频方波脉冲发生器（定时器IC或微控制器）。Arduino在这里用作脉冲发生器，555定时器IC也可以用于此目的。在这里，我们演示了这款降压转换器，通过使用电位计控制直流电机速度，还使用万用表测试了电压。

所需组件：

Arduino Uno

红外热镀膜仪540N

电感器（100Uh）

电容器 （100uf）

肖特基二极管

电位计

10k、100 欧姆电阻器

负荷

12v 电池

电路图和连接：

如上图所示进行DC-DC降压转换器的连接。

将电感器的一个端子连接到 MOSFET 的源极，另一个端子连接到与 1k 电阻串联的 LED。负载与这种布置并联连接。

在栅极和源极之间连接 10k 电阻。

将电容器并联到负载。

将电池的正极连接到漏极，将负极连接到电容器的负极。

将二极管的p端连接到电池的负极，将n端直接连接到电源。

Arduino的PWM引脚进入MOSFET的栅极

Arduino的GND引脚连接到MOSFET的源头。请将其连接到那里，否则电路将无法正常工作。

将电位计的极端端子分别连接到 Arduino 的 5v 引脚和 GND 引脚。而游标端子为模拟引脚A1。

Arduino的功能：

如前所述，Arduino将时钟脉冲发送到MOSFET的基座。这些时钟脉冲的频率约为65 Khz。这导致MOSFET的开关非常快，我们得到一个平均电压值。

场效应管的功能：

MOSFET有两个用途：

用于输出电压的高速切换。

提供高电流，散热少。

电感器功能：
电感器用于控制可能损坏MOSFET的电压尖峰。电感器在 MOSFET 导通时存储能量，并在 MOSFET 关闭时释放这些存储的能量。由于频率非常高，因此所需的电感值非常低（约100uH）。

肖特基二极管的功能：
当MOSFET关闭时，肖特基二极管完成电流环路，从而确保向负载平稳供应电流。除此之外，肖特基二极管的散热非常低，并且在比普通二极管更高的频率下工作良好。

LED功能：
LED亮度表示负载两端的降压电压。当我们旋转电位计时，LED的亮度会发生变化。

电位器功能：

当电位计的游标端子被甩到不同的位置时，它和地之间的电压会发生变化，进而改变 arduino 引脚 A1 接收的模拟值。然后将此新值映射到 0 和 255 之间，然后提供给 Arduino 的引脚 6 用于 PWM。

** 电容器平滑了给定负载的电压。

为什么栅极和源极之间有电阻？

即使是MOSFET栅极处最轻微的噪声也会将其导通，因此为了防止这种情况发生，始终建议在栅极和源极之间连接高值电阻器。

代码说明：

完整的Arduino代码，用于生成高频脉冲，在下面的代码部分中给出。

代码简单且不言自明，因此在这里我们只解释了代码的几个部分。

变量 x 被分配从 Arduino 的模拟引脚 A0 接收的模拟值

x= analogRead(A1) ;

变量 w 被分配在 0 到 255 之间的映射值。在这里，Arduino的ADC值使用Arduino中的map函数映射到2到255。

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

引脚 6 的 PWM 正常频率约为 1kHz。该频率不适用于降压转换器等用途。因此，必须将这种频率提高到非常高的水平。这可以在无效设置中使用一行代码来实现：

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

DC-DC降压转换器的工作原理：

当电路导通时，MOSFET 以 65 kHz 的频率打开和关闭。这会导致电感器在 mosfet 导通时存储能量，然后在 mosfet 关断时将存储的能量提供给负载。由于这种情况发生在非常高的频率下，因此根据电位计的游标端子相对于5v端子的位置，我们得到脉冲输出电压的平均值。随着游标端子和接地之间的电压增加，Arduino的pwm引脚6上的映射值也会增加。

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是一个电压相关的器件，因此该PWM电压最终决定了负载两端的电压。

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);

}