Przetwornice napięcia stałego

Mówiąc o przetwarzaniu energii elektrycznej, można przypomnieć różne transformatory, generatory, zasilacze do różnych urządzeń gospodarstwa domowego, ładowarki do gadżetów elektronicznych, falowniki spawalnicze, a nawet elektrownie jądrowe. We wszystkich przypadkach transformacja energii elektrycznej zachodzi w takiej czy innej formie. Można powiedzieć, że na co dzień otaczają nas różnego rodzaju przetwornice elektryczne i trudno sobie wyobrazić ich całkowity brak we współczesnym świecie.

Przetwornice DC/DC stały się szczególnie popularne w ciągu ostatnich dwudziestu lat. Wynika to z szybkiego rozwoju przemysłu półprzewodnikowego i ogólnie elektroniki.

Przetwornice impulsowe wysokiej częstotliwości zostały prawie wyparte z rynku przez zasilacze transformatorowe niskiej częstotliwości, które można teraz znaleźć tylko w starych telewizorach i innych zabytkowych urządzeniach lub w niektórych nowoczesnych wzmacniaczach audio.

Transformator wysokiej częstotliwości (lub dławik) ma znacznie mniejsze rozmiary niż transformator żelazny niskiej częstotliwości przeznaczony do pracy z sieci 50-60 Hz, dlatego zasilacze impulsowe są tak kompaktowe.Tak czy inaczej, przetwornice DC / DC nadal zawierają w swojej konstrukcji transformator (lub dławik), ale wcale nie jest to tak ciężki i hałaśliwy transformator.

Gama nowoczesnych przetwornic DC-DC (tzw. przetwornic napięcia DC-DC) jest dość szeroka. Przyjrzyjmy się bliżej, czym dokładnie są przetwornice DC-DC.

1. Miniaturowy regulowany przetwornik

Ten mały konwerter 43 mm x 21 mm i podobne modele kosztują na rynkach chińskich co najmniej 1 USD. Ta instancja działa na chipie LM2596, a jego parametry wyjściowe można regulować. Do wejścia doprowadza się napięcie stałe w zakresie od 4,5 do 40 woltów, a na wyjściu uzyskuje się napięcie stałe w zakresie od 1,3 do 35 woltów.

Maksymalny prąd jaki można uzyskać z tej przetwornicy to 3 ampery, ale w tym przypadku wymagany jest radiator, jeśli przetwornica jest używana bez radiatora średni prąd nie powinien przekraczać 2 amperów. Wydajność takiego konwertera może osiągnąć 92%.

Konwerter ten jest montowany zgodnie z topologią przetwornicy buck, a na płytce widoczne są wszystkie jego główne elementy: kondensatory wejściowe i wyjścioweuduszenie, Dioda Schottky'ego, rezystor regulacyjny i sam mikroukład w pakiecie TO-263-5. Powyższy schemat nie pokazuje rezystora trymującego, ale jest on na płytce.

Bez tego rezystora obwód nie da więcej niż 5 woltów na wyjściu, ale jeśli sprzężenie zwrotne nie zostanie usunięte bezpośrednio z kondensatora wyjściowego filtra, ale przez dzielnik napięcia, który właśnie został tutaj zmontowany za pomocą tego rezystora regulacyjnego, ty może znacznie rozszerzyć zakres napięcia wyjściowego, jak zaimplementowano na tej płycie.

Zakres tych konwerterów jest ograniczony jedynie wyobraźnią dewelopera. Tutaj możesz zasilać diody LED i ładować różne urządzenia przenośne i wiele więcej.

Istnieją również tego typu przetwornice podwyższające, wykonane zgodnie z topologią przetwornicy narastającej (wzmacniającej).

Na powyższym zdjęciu (czerwona tablica) znajduje się regulowana przetwornica podwyższająca napięcie o maksymalnej mocy do 150 watów (wymagane jest dodatkowe chłodzenie), której wejście może być zasilane od 10 do 30 woltów, a na wyjściu od 12 do 35 woltów.

Podobnie jak w poprzednim przykładzie, ta przetwornica posiada na wyjściu rezystor regulujący, który odpowiada za uzyskanie pożądanej wartości napięcia wyjściowego. Chip kontrolny znajduje się z tyłu płytki. Sama tablica ma wymiary 65 mm x 35 mm. Cena takiego konwertera jest 3 razy wyższa niż w poprzednim przykładzie.

2. Wodoodporny zasilacz

Ten zasilacz ma wytrzymałą, wodoodporną, odlewaną obudowę wypełnioną żywicą epoksydową, dzięki czemu może być używany zarówno w transporcie, jak i w każdym innym sprzęcie, w którym wymagana jest niezawodność i bezpieczeństwo. Falownik posiada zabezpieczenie przed przepięciem, przepięciem, zwarciem i przeciążeniem.

Zakres napięcia wejściowego różnych modeli jest bardzo szeroki iw tym przykładzie wynosi od 9 do 24 woltów, podczas gdy napięcie wyjściowe wynosi 24 wolty przy maksymalnym natężeniu prądu 5 amperów (w tym przykładzie). Rozmiar pudełka na zdjęciu to 75mm x 75mm, wysokość to 31mm. Cena takich przetwornic to około 10 - 50 dolarów w zależności od pojemności.

Przetwornice tego typu produkowane są dla mocy od 15 do 360 watów, dla napięć wejściowych do 60 woltów i napięć wyjściowych od 5 do 48 woltów. Są one również dość powszechne na wielu rynkach.

3. Przełącz zasilanie DC do obudowy

Zazwyczaj te zasilacze są wykonane zgodnie z obwodem przełączającym flyback, przeciwsobnym lub półmostkowym. Są dostępne dla napięć wejściowych od 19 do 72 woltów i wyższych, a napięcie wyjściowe wynosi zwykle od 5 do 24 woltów. Moc konwerterów tego typu może osiągnąć 1000 watów. Rozmiary kopert od 78 mm x 51 mm x 28 mm do 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Zasilacze te są dostępne u wielu producentów i mogą kosztować nawet kilkaset dolarów. Dość często takie urządzenia służą do zasilania taśm LED. Posiadają możliwość precyzyjnego dostrojenia napięcia wyjściowego oraz posiadają zabezpieczenie przed przeciążeniem.

Na rynku dostępne są podobne modele przetwornic, które są zasilane bezpośrednio z sieci prądu zmiennego, tzw. przetwornice AC-DC, ale tam jednak napięcie sieciowe jest najpierw prostowane, po przetworzeniu za pomocą standardowej przetwornicy wysokoczęstotliwościowej i wyprostowaniu na stałe napięcie na innym poziomie, niższym, tj. ponownie używany moduł przetwornicy DC-DC.

W przeciwieństwie do innych przetwornic, przetwornice zasilane z sieci prądu przemiennego koniecznie mają izolację galwaniczną uzwojenia wtórnego transformatora impulsowego wysokiej częstotliwości od pierwotnego... Z reguły pętla sprzężenia zwrotnego w takich jednostkach jest izolowana za pomocą transoptory… Gwoli uczciwości należy zaznaczyć, że jednostki o małej mocy tego typu dostępne są również w wersji bezramkowej.

4. Przetwornica DC-DC do montażu na płytce drukowanej

Te miniaturowe zasilacze mają moc od 0,25 do 100 watów. Pozwalają na zakres napięć wejściowych: 3-3,6 V, 4,5-9 V, 9-18 V, 13-16,6 V, 9-36 V, 18-36 V, 18-72 V, 36-72 V i 36-75 V.W zależności od producenta zakresy napięć zasilania mogą się różnić. Niektóre przetwornice umożliwiają regulację napięcia wyjściowego i wprowadzenie urządzenia w stan czuwania. Standardowy zakres napięć wyjściowych bloków: 5V, 12V, 15V.

Przetwornice DC-DC do montażu na płytce drukowanej są izolowane galwanicznie (1500V), a maksymalna dopuszczalna temperatura może sięgać 90 stopni Celsjusza. Największym zainteresowaniem programistów cieszą się konwertery o mocy 3 watów. Koszt takich konwerterów waha się od jednostek do kilkudziesięciu dolarów.

Częstotliwość pracy wszystkich nowoczesnych przemysłowych przetwornic impulsowych DC-DC przekracza 50kHz i sięga 300kHz. To stwierdzenie jest prawdziwe w przypadku transformatorów impulsowych i dławików ferrytowych, ponieważ rdzenie ferrytowe są stosowane wszędzie w transformatorach i dławikach stosowanych w opisanych przekształtnikach.

Przemysłowe układy scalone przełączające konwertery bardzo często mają ściśle określoną częstotliwość, która jest zawsze powyżej 50 kHz. Jeśli używany jest kontroler PWM, odpowiednia częstotliwość jest ustawiana przez komponenty zewnętrzne.