Convertoare de tensiune DC

Vorbind despre conversia energiei electrice, se pot aminti diverse transformatoare, generatoare, surse de alimentare pentru diverse aparate electrocasnice, încărcătoare pentru gadgeturi electronice, invertoare de sudare și chiar centrale nucleare. În toate cazurile, transformarea energiei electrice are loc într-o formă sau alta. Putem spune că în viața de zi cu zi suntem înconjurați de diverse tipuri de convertoare electrice și este greu de imaginat absența lor completă în lumea modernă.

Convertoarele DC/DC au devenit deosebit de comune în ultimii douăzeci de ani. Acest lucru se datorează dezvoltării rapide a industriei semiconductoarelor și a electronicii în general.

Convertizoarele de impulsuri de înaltă frecvență au fost aproape scoase de pe piață de sursele de alimentare cu transformatoare de joasă frecvență, care acum pot fi găsite doar în televizoarele vechi și alte dispozitive antice sau în unele amplificatoare audio moderne.

Transformatorul de înaltă frecvență (sau bobina) are o dimensiune mult mai mică decât transformatorul de fier de joasă frecvență conceput pentru a funcționa dintr-o rețea de 50-60 Hz, motiv pentru care sursele de alimentare în comutație sunt atât de compacte.Într-un fel sau altul, convertoarele DC/DC conțin încă un transformator (sau bobine) în designul lor, dar nu este deloc un transformator atât de greu și zgomotos.

Gama de convertoare DC-DC moderne (și anume așa-numitele convertoare de tensiune DC-DC) este destul de largă. Să aruncăm o privire mai atentă la ce sunt exact convertoarele DC-DC.

1. Traductor miniatural reglabil

Acest mic convertor de 43 mm x 21 mm și modele similare au un preț de 1 USD sau mai mult pe piețele chineze. Această instanță rulează un cip LM2596, iar parametrii de ieșire pot fi ajustați. La intrare este aplicată o tensiune de curent continuu în intervalul de 4,5 până la 40 de volți, iar la ieșire se obține o tensiune de curent continuu de 1,3 până la 35 de volți.

Curentul maxim care poate fi obținut de la acest convertor este de 3 amperi, dar în acest caz este necesar un radiator, dacă convertorul este utilizat fără radiator, curentul mediu nu trebuie să depășească 2 amperi. Eficiența unui astfel de convertor poate ajunge la 92%.

Acest convertor este asamblat conform topologiei convertorului buck și toate componentele sale principale sunt vizibile pe placă: condensatoare de intrare și de ieșire, sufocare, Dioda Schottky, rezistența de reglare și microcircuitul însuși într-un pachet TO-263-5. Schema de mai sus nu arată o rezistență de tăiere, dar există una pe placă.

Fără acest rezistor, circuitul nu va da mai mult de 5 volți la ieșire, dar dacă feedback-ul nu este îndepărtat direct de la condensatorul de ieșire al filtrului, ci printr-un divizor de tensiune care tocmai a fost asamblat aici folosind acest rezistor de reglare, poate extinde semnificativ intervalul de tensiune de ieșire, așa cum este implementat pe această placă.

Domeniul de aplicare al acestor convertoare este limitat doar de imaginația dezvoltatorului. Aici puteți alimenta LED-urile și puteți încărca diverse dispozitive portabile și multe altele.

Există și convertoare boost de acest tip, realizate după topologia unui convertor crescător (amplificator).

În imaginea de mai sus (placă roșie) se află un convertor boost reglabil cu o putere maximă de până la 150 de wați (este necesară o răcire suplimentară), a cărui intrare poate fi alimentată de la 10 la 30 de volți, iar la ieșire de la 12 la 35 de volți.

Ca și în exemplul anterior, acest convertor are la ieșire un rezistor de reglare, care este responsabil pentru obținerea valorii dorite a tensiunii de ieșire. Cipul de control este situat pe spatele plăcii. Placa în sine măsoară 65 mm x 35 mm. Prețul unui astfel de convertor este de 3 ori mai mare decât exemplul anterior.

2. Alimentare rezistentă la apă

Această sursă de alimentare are o carcasă robustă, impermeabilă, turnată sub presiune, umplută cu epoxid, permițându-i să fie utilizată atât în ​​transport, cât și în orice alt echipament unde sunt necesare fiabilitate și siguranță. Invertorul are protecție la supratensiune, supratensiune, scurtcircuit și suprasarcină.

Gama de tensiune de intrare a diferitelor modele este foarte larg și în acest exemplu de la 9 la 24 de volți, în timp ce ieșirea este de 24 de volți cu un curent maxim de 5 amperi (în acest exemplu). Dimensiunea cutiei din fotografie este de 75mm x 75mm, inaltimea este de 31mm. Prețul unor astfel de convertoare este de aproximativ 10 - 50 de dolari, în funcție de capacitate.

Convertizoarele de acest tip sunt fabricate pentru puteri de la 15 la 360 de wați, pentru tensiuni de intrare de până la 60 de volți și pentru tensiuni de ieșire de la 5 la 48 de volți. Ele sunt, de asemenea, destul de comune în multe piețe.

3. Comutați alimentarea DC la carcasă

De obicei, aceste surse de alimentare sunt realizate în conformitate cu un circuit de comutare flyback, push-pull sau semi-bridge. Sunt disponibile pentru tensiuni de intrare de la 19 la 72 de volți și mai sus, iar ieșirea este de obicei de 5 până la 24 de volți. Puterea convertoarelor de acest tip poate ajunge la 1000 de wați. Dimensiunile carcasei de la 78 mm x 51 mm x 28 mm la 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Aceste surse de alimentare sunt disponibile de la mulți producători și pot costa până la câteva sute de dolari. Destul de des, astfel de dispozitive sunt folosite pentru alimentarea benzilor LED. Au capacitatea de a regla fin tensiunea de ieșire și au protecție la suprasarcină.

Există modele similare de convertoare pe piață care sunt alimentate direct de la rețeaua de curent alternativ, așa-numitele convertoare AC-DC, dar acolo, totuși, tensiunea rețelei este mai întâi redresată, filtrată, adică făcută constantă și numai după ce este convertit printr-o conversie standard de înaltă frecvență și redresare în tensiune constantă la un alt nivel, mai mic adică, utilizat din nou modul convertor DC-DC.

Spre deosebire de alte convertoare, convertoarele alimentate de o rețea de curent alternativ au neapărat izolarea galvanică a înfășurării secundare a transformatorului de impulsuri de înaltă frecvență față de primar... De regulă, bucla de feedback din astfel de unități este izolată folosind optocuplere… În mod corect, trebuie remarcat faptul că unitățile de putere redusă de acest tip sunt disponibile și într-un design fără cadru.

4. Convertor DC-DC pentru montare PCB

Aceste surse de alimentare miniaturale au o putere cuprinsă între 0,25 și 100 de wați. Acestea permit o gamă de tensiuni de intrare: 3-3.6V, 4.5-9V, 9-18V, 13-16.6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V și 36-75V.În funcție de producător, intervalele de tensiune de alimentare pot diferi. Unele convertoare permit reglarea tensiunii de ieșire și punerea dispozitivului în modul de așteptare. Gama standard de tensiune de ieșire a blocurilor: 5V, 12V, 15V.

Convertoarele DC-DC pentru montarea PCB sunt izolate electric (1500V), iar temperatura maxima admisa poate ajunge la 90 de grade Celsius. De cel mai mare interes pentru dezvoltatori sunt convertoarele cu o putere de 3 wați. Costul unor astfel de convertoare variază de la unități la zeci de dolari.

Frecvența de operare a tuturor convertoarelor DC-DC cu comutare industriale moderne este peste 50 kHz și atinge 300 kHz. Această afirmație este adevărată pentru transformatoarele de impuls și inductele de ferită, deoarece miezurile de ferită sunt folosite peste tot pentru transformatoarele și inductele utilizate în convertoarele descrise.

Circuitele integrate de comutare a convertoarelor dedicate industriale au foarte adesea o frecvență setată strict, care este întotdeauna peste 50 kHz. Dacă se folosește un controler PWM, atunci frecvența corespunzătoare este setată de componente externe.