Новости компании

DC/DC преобразователи

Если питание аппаратуры осуществляется от гальванических элементов или аккумуляторов, то преобразование напряжения до нужного уровня возможно лишь с помощью DC/DC преобразователей.

Идея достаточно проста: постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.

Применение преобразователей DC/DC
Преобразователи используются в устройствах управления в промышленности, схемах распределения электроэнергии, связи, транспорта, схемах сигнализации, измерительных приборах, медицинском оборудовании, автомобилестроении, возобновляемых источниках энергии, компьютерах, оргтехнике, военной, авиационной и других областях. Такой широкий спектр применения означает, что эти компоненты играют все более важную роль в технике.

В этих различных устройствах существует множество электрических цепей, которые требуют более низких или более высоких напряжений, чем те, которые подаются от основного источника питания. В этом случае как раз и нужна схема преобразования или изменения уровня принимаемого входного напряжения, то есть просто преобразователь питания.

Основными характеристиками, важными потребителю, являются:

- Диапазон напряжений на входе;

- Уровень выходного напряжения;

- Максимальный ток нагрузки;

- Ток холостого хода;

- КПД преобразователя;

- Уровень пульсаций на выходе;

- Уровень электромагнитных помех;

- Гальваническая развязка входа и выхода.

 Указанные параметры во многом зависят от конструктивных особенностей конструкции.

Классификация Dc Dc преобразователей
Вообще Dc Dc преобразователи можно разделить на несколько групп.

Понижающий, по английской терминологии step-down или buck

Выходное напряжение этих преобразователей, как правило, ниже входного: без особых потерь на нагрев регулирующего транзистора можно получить напряжение всего несколько вольт при входном напряжении 12…50 В. Выходной ток таких преобразователей зависит от потребности нагрузки, что в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.

Еще одно англоязычное название понижающего преобразователя chopper. Один из вариантов перевода этого слова – прерыватель. В технической литературе понижающий преобразователь иногда так и называют «чоппер». Пока просто запомним этот термин.

Повышающий, по английской терминологии step-up или boost

Выходное напряжение этих преобразователей выше входного. Например, при входном напряжении 5 В на выходе можно получить напряжение до 30 В, причем, возможно его плавное регулирование и стабилизация. Достаточно часто повышающие преобразователи называют бустерами.

Универсальный Dc Dc преобразователь – SEPIC

Выходное напряжение этих преобразователей удерживается на заданном уровне при входном напряжении как выше входного, так и ниже. Рекомендуется в случаях, когда входное напряжение может изменяться в значительных пределах. Например, в автомобиле напряжение аккумулятора может изменяться в пределах 9…14 В, а требуется получить стабильное напряжение 12 В.

Инвертирующий Dc Dc преобразователь — inverting converter

Основной функцией этих преобразователей является получение на выходе напряжения обратной полярности относительно источника питания. Очень удобно в тех случаях, когда требуется двухполярное питание, например для питания ОУ (операционных усилителей).

Все упомянутые преобразователи могут быть стабилизированными или нестабилизированными, выходное напряжение может быть гальванически связано с входным или иметь гальваническую развязку напряжений. Все зависит от конкретного устройства, в котором будет использоваться преобразователь.

Чтобы перейти к дальнейшему рассказу о Dc Dc преобразователях следует хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.

У всех видов преобразователей напряжения есть несколько общих элементов:

· блок питания;

· коммутатор (он играет роль ключа);

· индуктивное устройство для накопления энергии (дроссель, катушка индуктивности);

· диод для выполнения блокировки;

· фильтровый конденсатор (он включен параллельно с сопротивлением нагрузки).

Благодаря соединению перечисленных элементов в отличающихся вариантах последовательности можно получить любую их трех разновидностей преобразователя напряжения.

Регулировать показатели выходного напряжения такого устройства удается при помощи корректировки ширины импульсов. А его стабилизация возникает вследствие применения импульсных преобразователей.

Использование стандартных линейных стабилизаторов для подобных целей в таких случаях неоправданно, так как они характеризуются низким уровнем КПД.

Импульсные устройства напряжения подразделяют на:

· стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией – подвергается изменениям продолжительность импульсов, при этом периодичность их возникновения остается без изменений;

· выпрямители с частотно-импульсной модуляцией – происходит преобразование частоты управляющих импульсов, а их длительность не изменяется.

Также встречаются варианты импульсных стабилизаторов, которые имеют смешанное регулирование.

В основе функционирования DC/DC преобразователей заложено понятие самоиндукции. Прерывание тока, поступающего через индуктивную катушку, в магнитном поле, расположенном вокруг нее, появляется ЭДС, а на клеммах возникает напряжение, которое характеризуется наличием обратной полярности. Управление током и периодами переключения схемы позволяет осуществлять регулирование напряжения самоиндукции.

Выбор DC/DC преобразователей
Выбор правильного преобразователя DC/DC для различных устройств является одним из решающих факторов успеха разработки проекта. Есть несколько моментов, которые следует учитывать при выборе:

Диапазон входного напряжения и выходное напряжение. Преобразователи постоянного входного напряжения подходят, например, для изоляции сигнала RS485. Для питания устройства от промышленной (24 В) или телекоммуникационной (48 В) шины требуется использовать преобразователи, допускающие более широкий диапазон входных напряжений. То же самое относится к питанию от шины (110 В) или выпрямленному сетевому напряжению (220–240 В переменного тока). Широкий диапазон входных напряжений является обязательным условием для всех видов батарей и аккумуляторных систем, установок возобновляемой энергии и т.п.

Номинальная мощность. Рекомендуется, чтобы нагрузка инвертора составляла от 30 до 80% его номинальной мощности. Слишком низкая нагрузка — это пустая трата средств и места, слишком высокая нагрузка отрицательно сказывается на возможности работы при высоких температурах окружающей среды в корпусе и надежности. При высоких температурах рекомендуется использовать снижение номинальных характеристик (снижение мощности) до 70 %. При высокой температуре окружающей среды и плохих условиях теплоотвода при одинаковой мощности предпочтительнее модуль с корпусом большего размера.

Корпус. Эмпирическое правило заключается в том, чтобы выбрать корпус преобразователя в зависимости от выходной мощности и требуемого метода монтажа. Начать лучше всего с выбора корпуса, соответствующего международным стандартам и габаритам. Конечно, размер и объем должны быть как можно меньше при определенной мощности, чтобы обеспечить больше места для других компонентов в схеме. Наконец, корпус должен позволять заменять преобразователь на другой без замены печатной платы, чтобы облегчить расширение системы.

Напряжение изоляции. Прочность изоляции должна быть выше номинального входного напряжения преобразователя. Кроме того, при выборе изолированного преобразователя напряжения следует учитывать характеристики тока утечки, который уменьшается по мере уменьшения емкости изоляции.

Диапазон рабочих температур и требования по снижению номинальных характеристик. Преобразователи DC-DC выпускаются в нескольких диапазонах рабочих температур (классах): коммерческие, промышленные, военные и так далее. Чем шире диапазон, тем выше цена продукта из-за используемых материалов и производственных процессов и сертификации. Неправильный выбор диапазона рабочих температур влияет на параметры и надежность и должен определяться с учетом требуемой мощности электропитания и колебаний температуры окружающей среды.

Энергопотребление и эффективность. КПД изолированного преобразователя обычно составляет около 80 %, а КПД неизолированного — около 90 % или даже больше. Чем больше КПД, тем меньше потери мощности и нагрев. Высокий КПД позволяет схеме работать при более высоких температурах окружающей среды, обеспечивает более длительный срок службы и снижает затраты.

Преобразователи напряжения - неотъемлемая и важнейшая часть любого DIY-проекта. Обеспечить правильным и достаточным питанием электронное устройство - задача, значение которой нельзя переоценить. Выбор надежного и безопасного преобразователя - первый и основной шаг в создании стабильно работающего устройства.

Для заказа заходите на наш сайт, или обратитесь за помощью к нашим менеджерам:

Тел.: 8 (902) 23-56-715;
Тел.: 8 (8482) 570-600 (доб. 129)
E-mail: konsultant@impulsi.ru

17.05.2023