Μετατροπείς τάσης DC

Μιλώντας για τη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούμε να θυμηθούμε διάφορους μετασχηματιστές, γεννήτριες, τροφοδοτικά για διάφορες οικιακές συσκευές, φορτιστές ηλεκτρονικών συσκευών, μετατροπείς συγκόλλησης και ακόμη και πυρηνικούς σταθμούς. Σε όλες τις περιπτώσεις, ο μετασχηματισμός της ηλεκτρικής ενέργειας συμβαίνει με τη μία ή την άλλη μορφή. Μπορούμε να πούμε ότι στην καθημερινή ζωή περιβαλλόμαστε από διάφορους τύπους ηλεκτρικών μετατροπέων και είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς την πλήρη απουσία τους στον σύγχρονο κόσμο.

Οι μετατροπείς DC/DC έχουν γίνει ιδιαίτερα διαδεδομένοι τα τελευταία είκοσι χρόνια. Αυτό οφείλεται στη ραγδαία ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών και των ηλεκτρονικών γενικότερα.

Οι μετατροπείς παλμών υψηλής συχνότητας έχουν σχεδόν απωθηθεί από την αγορά από τροφοδοτικά μετασχηματιστών χαμηλής συχνότητας, τα οποία μπορούν πλέον να βρεθούν μόνο σε παλιές τηλεοράσεις και άλλες συσκευές αντίκες ή σε ορισμένους σύγχρονους ενισχυτές ήχου.

Ο μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας (ή τσοκ) έχει πολύ μικρότερο μέγεθος από τον μετασχηματιστή σιδήρου χαμηλής συχνότητας που έχει σχεδιαστεί να λειτουργεί από δίκτυο 50-60 Hz, γι' αυτό και τα τροφοδοτικά μεταγωγής είναι τόσο συμπαγή.Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, οι μετατροπείς DC / DC εξακολουθούν να περιέχουν έναν μετασχηματιστή (ή τσοκ) στο σχεδιασμό τους, αλλά δεν είναι καθόλου τόσο βαρύς και θορυβώδης μετασχηματιστής.

Η γκάμα των σύγχρονων μετατροπέων DC-DC (δηλαδή, των λεγόμενων μετατροπέων τάσης DC-DC) είναι αρκετά μεγάλη. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο τι ακριβώς είναι οι μετατροπείς DC-DC.

1. Μινιατούρα Ρυθμιζόμενος Μετατροπέας

Αυτός ο μικρός μετατροπέας 43 mm x 21 mm και παρόμοια μοντέλα διατίθενται στην τιμή του 1 $ ή περισσότερο στις κινεζικές αγορές. Αυτή η περίπτωση εκτελεί ένα τσιπ LM2596 και οι παράμετροι εξόδου του μπορούν να προσαρμοστούν. Στην είσοδο εφαρμόζεται τάση συνεχούς ρεύματος στην περιοχή από 4,5 έως 40 βολτ και στην έξοδο προκύπτει τάση συνεχούς ρεύματος 1,3 έως 35 βολτ.

Το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να ληφθεί από αυτόν τον μετατροπέα είναι 3 amp, αλλά σε αυτήν την περίπτωση απαιτείται ψύκτρα, εάν ο μετατροπέας χρησιμοποιείται χωρίς ψύκτρα, το μέσο ρεύμα δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 2 amp. Η απόδοση ενός τέτοιου μετατροπέα μπορεί να φτάσει το 92%.

Αυτός ο μετατροπέας συναρμολογείται σύμφωνα με την τοπολογία του μετατροπέα buck και όλα τα κύρια στοιχεία του είναι ορατά στον πίνακα: πυκνωτές εισόδου και εξόδου, ασφυξία, Δίοδος Schottky, ρυθμιστική αντίσταση και το ίδιο το μικροκύκλωμα σε συσκευασία TO-263-5. Το παραπάνω σχηματικό σχήμα δεν δείχνει μια αντίσταση περικοπής, αλλά υπάρχει μία στην πλακέτα.

Χωρίς αυτήν την αντίσταση, το κύκλωμα δεν θα δώσει περισσότερα από 5 βολτ στην έξοδο, αλλά εάν η ανάδραση δεν αφαιρεθεί απευθείας από τον πυκνωτή εξόδου του φίλτρου, αλλά μέσω ενός διαιρέτη τάσης που μόλις συναρμολογήθηκε εδώ χρησιμοποιώντας αυτήν τη ρυθμιστική αντίσταση, μπορεί να επεκτείνει σημαντικά το εύρος της τάσης εξόδου όπως εφαρμόζεται σε αυτήν την πλακέτα.

Το εύρος αυτών των μετατροπέων περιορίζεται μόνο από τη φαντασία του προγραμματιστή. Εδώ μπορείτε να τροφοδοτήσετε τα LED και να φορτίσετε διάφορες φορητές συσκευές και πολλά άλλα.

Υπάρχουν επίσης μετατροπείς ενίσχυσης αυτού του τύπου, κατασκευασμένοι σύμφωνα με την τοπολογία ενός αυξανόμενου (ενισχυτικού) μετατροπέα.

Στην παραπάνω εικόνα (κόκκινη πλακέτα) υπάρχει ένας ρυθμιζόμενος μετατροπέας ενίσχυσης με μέγιστη ισχύ έως 150 watt (απαιτείται πρόσθετη ψύξη), του οποίου η είσοδος μπορεί να τροφοδοτηθεί από 10 έως 30 βολτ και στην έξοδο από 12 έως 35 βολτ.

Όπως και στο προηγούμενο παράδειγμα, αυτός ο μετατροπέας έχει μια ρυθμιστική αντίσταση στην έξοδο, η οποία είναι υπεύθυνη για τη λήψη της επιθυμητής τιμής της τάσης εξόδου. Το τσιπ ελέγχου βρίσκεται στο πίσω μέρος της πλακέτας. Η ίδια η πλακέτα έχει διαστάσεις 65mm x 35mm. Η τιμή ενός τέτοιου μετατροπέα είναι 3 φορές υψηλότερη από το προηγούμενο παράδειγμα.

2. Αδιάβροχο τροφοδοτικό

Αυτό το τροφοδοτικό διαθέτει ένα στιβαρό, αδιάβροχο, χυτό περίβλημα γεμάτο με εποξειδικό, επιτρέποντάς του να χρησιμοποιείται τόσο στη μεταφορά όσο και σε οποιονδήποτε άλλο εξοπλισμό όπου απαιτείται αξιοπιστία και ασφάλεια. Ο μετατροπέας διαθέτει προστασία από υπέρταση, υπέρταση, βραχυκύκλωμα και υπερφόρτωση.

Το εύρος τάσης εισόδου των διαφορετικών μοντέλων είναι πολύ ευρύ και σε αυτό το παράδειγμα από 9 έως 24 βολτ, ενώ η έξοδος είναι 24 βολτ με μέγιστο ρεύμα 5 αμπέρ (σε αυτό το παράδειγμα). Το μέγεθος του κουτιού στη φωτογραφία είναι 75mm x 75mm, το ύψος είναι 31mm. Η τιμή τέτοιων μετατροπέων είναι περίπου 10 - 50 δολάρια, ανάλογα με τη χωρητικότητα.

Οι μετατροπείς αυτού του τύπου κατασκευάζονται για ισχύ από 15 έως 360 βατ, για τάσεις εισόδου έως 60 βολτ και για τάσεις εξόδου από 5 έως 48 βολτ. Είναι επίσης αρκετά κοινά σε πολλές αγορές.

3. Αλλάξτε την τροφοδοσία DC στο περίβλημα

Συνήθως, αυτά τα τροφοδοτικά κατασκευάζονται σύμφωνα με ένα κύκλωμα μεταγωγής flyback, push-pull ή μισής γέφυρας. Διατίθενται για τάσεις εισόδου από 19 έως 72 βολτ και άνω και η έξοδος είναι συνήθως 5 έως 24 βολτ. Η ισχύς των μετατροπέων αυτού του τύπου μπορεί να φτάσει τα 1000 watt. Μεγέθη θήκης από 78 mm x 51 mm x 28 mm έως 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Αυτά τα τροφοδοτικά διατίθενται από πολλούς κατασκευαστές και μπορεί να κοστίζουν έως και αρκετές εκατοντάδες δολάρια. Πολύ συχνά τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία των ταινιών LED. Έχουν τη δυνατότητα να ρυθμίζουν με ακρίβεια την τάση εξόδου και έχουν προστασία υπερφόρτωσης.

Στην αγορά υπάρχουν παρόμοια μοντέλα μετατροπέων που τροφοδοτούνται απευθείας από το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος, οι λεγόμενοι μετατροπείς AC-DC, αλλά εκεί, ωστόσο, η τάση δικτύου πρώτα διορθώνεται, φιλτράρεται, δηλαδή γίνεται σταθερή και μόνο αφού μετατραπεί μέσω μιας τυπικής μετατροπής και ανόρθωσης υψηλής συχνότητας σε σταθερή τάση σε άλλο επίπεδο, χαμηλότερο δηλαδή, χρησιμοποιείται ξανά μονάδα μετατροπέα DC-DC.

Σε αντίθεση με άλλους μετατροπείς, οι μετατροπείς που τροφοδοτούνται από δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος έχουν αναγκαστικά γαλβανική απομόνωση της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή παλμών υψηλής συχνότητας από το πρωτεύον... Κατά κανόνα, ο βρόχος ανάδρασης σε τέτοιες μονάδες απομονώνεται χρησιμοποιώντας οπτικούς συζεύκτες… Για να είμαστε δίκαιοι, πρέπει να σημειωθεί ότι οι μονάδες χαμηλής κατανάλωσης αυτού του τύπου διατίθενται επίσης σε σχέδιο χωρίς πλαίσιο.

4. Μετατροπέας DC-DC για τοποθέτηση PCB

Αυτά τα μικροσκοπικά τροφοδοτικά κυμαίνονται σε ισχύ από 0,25 έως 100 watt. Επιτρέπουν μια σειρά από τάσεις εισόδου: 3-3,6V, 4,5-9V, 9-18V, 13-16,6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V και 36-75V.Ανάλογα με τον κατασκευαστή, τα εύρη τάσης τροφοδοσίας ενδέχεται να διαφέρουν. Ορισμένοι μετατροπείς επιτρέπουν τη ρύθμιση της τάσης εξόδου και τη θέση της συσκευής σε κατάσταση αναμονής. Το τυπικό εύρος τάσης εξόδου των μπλοκ: 5V, 12V, 15V.

Οι μετατροπείς DC-DC για τοποθέτηση PCB είναι ηλεκτρικά μονωμένοι (1500V) και η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 90 βαθμούς Κελσίου. Το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τους προγραμματιστές είναι οι μετατροπείς με ισχύ 3 watt. Το κόστος τέτοιων μετατροπέων ποικίλλει από μονάδες έως δεκάδες δολάρια.

Η συχνότητα λειτουργίας όλων των σύγχρονων βιομηχανικών μετατροπέων DC-DC μεταγωγής είναι πάνω από 50 kHz και φτάνει τα 300 kHz. Αυτή η δήλωση ισχύει για τους παλμικούς μετασχηματιστές και τα τσοκ φερρίτη, καθώς οι πυρήνες φερρίτη χρησιμοποιούνται παντού για τους μετασχηματιστές και τα τσοκ που χρησιμοποιούνται στους μετατροπείς που περιγράφονται.

Τα βιομηχανικά αποκλειστικά IC μεταγωγής μετατροπέων έχουν πολύ συχνά μια αυστηρά καθορισμένη συχνότητα που είναι πάντα πάνω από 50 kHz. Εάν χρησιμοποιείται ελεγκτής PWM, τότε η αντίστοιχη συχνότητα ρυθμίζεται από εξωτερικά εξαρτήματα.