DC-spänningsomvandlare

På tal om omvandling av elektrisk energi kan man återkalla olika transformatorer, generatorer, strömförsörjning för olika hushållsapparater, laddare för elektroniska prylar, svetsomriktare och till och med kärnkraftverk. I alla fall sker omvandlingen av elektrisk energi i en eller annan form. Vi kan säga att i vardagen är vi omgivna av olika typer av elektriska omvandlare och det är svårt att föreställa sig deras fullständiga frånvaro i den moderna världen.

DC/DC-omvandlare har blivit särskilt vanliga under de senaste tjugo åren. Detta beror på den snabba utvecklingen av halvledarindustrin och elektroniken i allmänhet.

Högfrekventa pulsomvandlare har nästan trängts ut från marknaden av lågfrekventa transformatorströmförsörjningar, som nu bara finns i gamla tv-apparater och andra antika enheter eller i vissa moderna ljudförstärkare.

Högfrekvenstransformatorn (eller choken) har en mycket mindre storlek än den lågfrekventa järntransformatorn som är konstruerad för att fungera från ett 50-60 Hz nätverk, vilket är anledningen till att switchande strömförsörjning är så kompakt.På ett eller annat sätt innehåller DC/DC-omvandlare fortfarande en transformator (eller choke) i sin design, men det är inte alls en så tung och bullrig transformator.

Utbudet av moderna DC-DC-omvandlare (nämligen de så kallade DC-till-DC-spänningsomvandlarna) är ganska brett. Låt oss ta en närmare titt på vad exakt DC-DC-omvandlare är.

1. Justerbar miniatyrgivare

Denna lilla 43 mm x 21 mm omvandlare och liknande modeller kostar 1 USD eller mer på kinesiska marknader. Den här instansen kör ett LM2596-chip och dess utgångsparametrar kan justeras. En DC-spänning i området 4,5 till 40 volt appliceras på ingången och en DC-spänning på 1,3 till 35 volt erhålls vid utgången.

Den maximala strömmen som kan erhållas från denna omvandlare är 3 ampere, men i detta fall krävs en kylfläns, om omvandlaren används utan kylfläns bör medelströmmen inte överstiga 2 ampere. Effektiviteten hos en sådan omvandlare kan nå 92%.

Denna omvandlare är sammansatt enligt buck-omvandlartopologin och alla dess huvudkomponenter är synliga på kortet: in- och utgångskondensatorer, kvävning, Schottky diod, reglermotstånd och själva mikrokretsen i ett TO-263-5-paket. Schemat ovan visar inget trimmotstånd, men det finns ett på kortet.

Utan detta motstånd kommer kretsen inte att ge mer än 5 volt vid utgången, men om återkopplingen inte tas bort direkt från filtrets utgångskondensator, utan genom en spänningsdelare som just har monterats här med hjälp av detta reglermotstånd, kan avsevärt utöka utspänningsområdet som implementerat på detta kort.

Omfattningen av dessa omvandlare begränsas endast av utvecklarens fantasi. Här kan du driva lysdioderna och ladda olika bärbara enheter och mycket mer.

Det finns även boost-omvandlare av denna typ, gjorda enligt topologin hos en ökande (förstärkande) omvandlare.

I bilden ovan (röda tavlan) finns en justerbar boost-omvandlare med en maximal effekt på upp till 150 watt (ytterligare kylning krävs), vars ingång kan drivas från 10 till 30 volt och vid utgången från 12 till 35 volt.

Liksom i föregående exempel har denna omvandlare ett reglermotstånd vid utgången, som ansvarar för att erhålla det önskade värdet på utspänningen. Kontrollchippet finns på baksidan av kortet. Själva brädan mäter 65mm x 35mm. Priset på en sådan omvandlare är 3 gånger högre än i föregående exempel.

2. Vattentät strömförsörjning

Denna strömförsörjning har ett robust, vattentätt, pressgjutet hölje fyllt med epoxi, vilket gör att det kan användas i både transport och all annan utrustning där tillförlitlighet och säkerhet krävs. Växelriktaren har överspännings-, överspännings-, kortslutnings- och överbelastningsskydd.

Inspänningsområdet för de olika modellerna är mycket brett och i detta exempel från 9 till 24 volt, medan utgången är 24 volt med en maximal ström på 5 ampere (i detta exempel). Storleken på lådan på bilden är 75 mm x 75 mm, höjden är 31 mm. Priset på sådana omvandlare är cirka 10 - 50 dollar, beroende på kapaciteten.

Omvandlare av denna typ tillverkas för effekt från 15 till 360 watt, för inspänningar upp till 60 volt och för utspänningar från 5 till 48 volt. De är också ganska vanliga på många marknader.

3. Koppla om likström till höljet

Typiskt är dessa strömförsörjningar gjorda i enlighet med en omkopplingskrets för tillbakagång, push-pull eller halvbrygga. De finns för ingångsspänningar från 19 till 72 volt och uppåt, och uteffekten är vanligtvis 5 till 24 volt. Effekten hos omvandlare av denna typ kan nå 1000 watt. Fodralstorlekar från 78 mm x 51 mm x 28 mm till 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Dessa nätaggregat finns tillgängliga från många tillverkare och kan kosta upp till flera hundra dollar. Ganska ofta används sådana enheter för att driva LED-remsor. De har förmågan att finjustera utspänningen och har överbelastningsskydd.

Det finns liknande modeller av omvandlare på marknaden som drivs direkt från växelströmsnätet, de så kallade AC-DC-omvandlarna, men där likriktas dock nätspänningen först, filtreras, det vill säga görs konstant, och endast efter att den omvandlas med hjälp av en standard högfrekvent omvandling och likriktning till konstant spänning på en annan nivå, lägre det vill säga används igen DC-DC omvandlarmodul.

Till skillnad från andra omvandlare har omriktare som drivs av ett växelströmsnät med nödvändighet galvanisk isolering av högfrekvenspulstransformatorns sekundärlindning från primär... Som regel är återkopplingsslingan i sådana enheter isolerad med hjälp av optokopplare… I rättvisans namn bör det noteras att lågeffektsenheter av denna typ också finns tillgängliga i en ramlös design.

4. DC-DC-omvandlare för PCB-montage

Dessa miniatyr nätaggregat sträcker sig i effekt från 0,25 till 100 watt. De tillåter en rad ingångsspänningar: 3-3,6V, 4,5-9V, 9-18V, 13-16,6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V och 36-75V.Beroende på tillverkaren kan matningsspänningsintervallen variera. Vissa omvandlare tillåter justering av utspänningen och placera enheten i standbyläge. Standardutspänningsområdet för blocken: 5V, 12V, 15V.

DC-DC-omvandlare för PCB-montage är elektriskt isolerade (1500V), och den högsta tillåtna temperaturen kan nå 90 grader Celsius. Av störst intresse för utvecklare är omvandlare med en effekt på 3 watt. Kostnaden för sådana omvandlare varierar från enheter till tiotals dollar.

Alla moderna industriella omkopplande DC-DC-omvandlare har en driftsfrekvens på över 50 kHz och når 300 kHz. Detta påstående är sant för pulstransformatorer och ferritdrosslar, eftersom ferritkärnor används överallt för transformatorerna och choken som används i de beskrivna omvandlarna.

Industriella dedikerade omvandlarswitchande IC:er har ofta en strikt inställd frekvens som alltid är över 50 kHz. Om en PWM-kontroller används, ställs motsvarande frekvens in av externa komponenter.