Преобразователь постоянного напряжения в постоянное: Преобразователи постоянного напряжения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Преобразователь переменного / постоянного тока

Преобразователи тока — устройства, позволяющие преобразовывать постоянный и переменный ток в переменный или постоянный с нужным напряжением. Выделяют инверторы и выпрямители. Первые необходимы для преобразования постоянного тока в переменный, вторые, наоборот, для преобразования переменного тока в постоянный.

Такое устройство, как преобразователь тока, служит для обеспечения бесперебойного питания в бытовых условиях, кроме того они используются на производстве, в блоках питания и пр.

Назначение преобразователя переменного тока в постоянный

Выпрямитель или выпрямительное устройство, называемый еще преобразователь переменного тока в постоянный, может применяться и как самостоятельное устройство, и как элемент системы электрического питания. Такие преобразователи переменного тока, благодаря своим характеристикам и достоинствам, широко применяются на разных мощностях — малых и средних. Так, выпрямители часто используют в системах сигнализации и видеонаблюдения. Кроме того, такой преобразователь переменного напряжения используется и для заряда батарей (стартерных) в турбинах газовых и двигателях дизельных и пр.

Назначение преобразователя постоянного тока в переменный

Широкое распространение в быту получил преобразователь постоянного тока в переменный. Он используется для обеспечения домов, отдельных систем, бытовой техники бесперебойным питанием. Отметим, что сами инверторы питаются от промышленных аккумуляторных батарей.

Если ваши домашние приборы (бытовая техника и прочее) подключены к общей сети с помощью таких преобразователей постоянного напряжения в переменное, то при отключениях электроэнергии вся техника в доме будет питаться от аккумуляторных батарей. Когда же подача энергии будет восстановлена, преобразователи постоянного тока переключатся на заряд батарей.

Это устройство используется и когда вам приходится страдать от перепадов напряжения в сети: скачки, падения, полное отсутствие.

В таких обстоятельствах инвертор всю нагрузку переключает на себя, защищая вашу технику.

Примеры использования преобразователей постоянного/переменного тока

Часто инверторы, преобразователи постоянного в переменный ток используются в автомобилях. Они служат для подключения к сети зарядных устройств для мобильных телефонов, ноутбуков, портативных телевизоров и прочего. Их также применяют при обустройстве сети в коттеджах и загородных домах в районах, где существуют проблемы с электроснабжением. Могут использоваться и в обычных квартирах, офисах, на производстве и др.

Дополнительные статьи:

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

(преобразователи DC/DC).

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное, требуемого уровня, называют конверторами. Они применяются в тех случаях, когда первичные источники энергии вырабатывают ее в виде постоянного напряжения. К таким источникам относятся: солнечные батареи, термо-электро-генераторы, топливные элементы, использующие энергию химических реакций, аккумуляторы и электромашинные генераторы постоянного напряжения.

Для приведения постоянных напряжений этих источников к требуемому уровню его стабилизация и регулирование производится с помощью конверторов. На основе конверторов строятся бестрансформаторные высоковольтные источники и импульсные стабилизаторы напряжения.

Работа преобразователя основана на периодическом подключении источника (рисунок 1) с помощью ключаS к нагрузке. Постоянное напряжение преобразуется в импульсное , среднее значение которого можно регулировать. Времена замкнутого (t_и.— длительность импульса) и разомкнутого (t_п— длительность паузы) состояний ключа можно автоматически изменять, воздействуя на него сигналами, поступающими из системы управления СУ.

Рисунок 1 — Принцип действия ключевого преобразователя постоянного напряжения

В результате на выходе будет приложено импульсное напряжение, форма которого соответствует диаграмме, представленной на рисунке 2. Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке, формируемое фильтром среднего значения Ф, будет зависеть от соотношения времен замкнутого и разомкнутого состояний ключа S. Согласно определению среднего значения напряжения можно записать

………………(1)

где U_н ─ среднее значение напряжения на нагрузке;

Т─ период переключения ключаS;

f─ частота переключения ключа;

─ коэффициент заполнения.

Рисунок 2 — Диаграмма выходного напряжения импульсного преобразователя

Изменяя коэффициент заполнения , можно регулировать среднее значение напряжения на нагрузке . Регулирование напряжения в рассматриваемой схеме за счет изменения коэффициента заполнения можно рассматривать как модуляцию входного напряжения ключом

S. Наибольшее распространение получила широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда —var, Т–const.

В широтно-импульсных преобразователях используется широтно-импульсная модуляция. По свойствам преобразователи подразделяются на понижающие , повышающие и повышающие с инверсией .

Поскольку напряжение после ключевого элемента носит явно выраженный импульсный характер в ключевых преобразователях устанавливаются фильтры, состоящие из реактивных элементов- индуктивностей и емкостей. Назначение выходных фильтров — отфильтровать переменную составляющую напряжения, выделив среднее значение напряжения, уменьшив тем самым коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке. Помимо выходных фильтров некоторые типы преобразователей содержат входные фильтры, предназначенные для уменьшения пульсаций тока, потребляемого от источника постоянного тока.

Узнать еще:

Преобразователь напряжения PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5

Код товара: 906

выход 24 В, 2 Ауличный IP56

Рекомендуется использовать совместно с резервированными источниками питания серий «Скат» и «Волна» с номинальными выходными напряжениями 24 В, 36 B, 48 В, 60 B.

Преобразователь обеспечивает

питание нагрузки постоянным стабилизированным напряжением с номинальным значением 24 В и током 2,0 А
плавную регулировку выходного напряжения в пределах от 24 до 28В
работу в диапазоне входных напряжений от 20 до 75 В
разделение по постоянному току входных и выходных цепей, что предотвращает подачу в нагрузку высокого входного напряжения при неисправности преобразователя
электронную защиту выхода от перегрузки по току, в том числе от короткого замыкания (КЗ) нагрузки (с отключением питания нагрузки при продолжительном (более 30 с) КЗ нагрузки посредством самовосстанавливающегося предохранителя)
ограничение выходного напряжения величиной не более 36В при неисправности преобразователя
отключение питания преобразователя при обратной полярности подключения посредством плавкого предохранителя
возможность световой индикации наличия выходного напряжения посредством внешнего светодиодного индикатора.

Технические характеристики

1	Входное напряжение питания, В	20…75
2	Номинальное выходное напряжение без нагрузки, В	24*
3	Падение выходного напряжения при токе нагрузки 2 А, В, не более	0,2
4	Ток нагрузки, А, не более	2
5	Размах пульсаций выходного напряжения, мВ, не более	30
6	КПД, %, не менее	80
7	Потребляемая мощность при токе нагрузки 2 А, Вт, не более	60**
8	Потребляемый ток без нагрузки, мА, не более	30
9	Диапазон рабочих температур, °С	-25. ..+ 40
10	Габаритные размеры ШхВхГ, мм, не более	125х165х85
11	Масса, кг, не более НЕТТО (БРУТТО)	0,56(0,67)

Примечания
* Заводская установка 24,0 — 24,4 В. Выходное напряжение может регулироваться плавно в диапазоне значений от 24 до 28 В.
** Ток, потребляемый преобразователем от входного источника питания, можно оценить по приближённой формуле:,

PO
IIN=—————
UIN x 0,8

где U

IN и IIN — соответственно входное напряжение и ток, потребляемый преобразователем;
PO — мощность нагрузки, Вт;
0,8 — минимальное значение кпд преобразователя.

выход 24 В, 2 Ауличный IP56

Предназначен для питания нагрузки постоянным стабилизированным напряжением 24 В при токе нагрузки до 1 А (2 А) от нестабилизированного источника питания постоянного тока с выходным напряжением от 20 до 75 В. Рекомендуется использовать совместно с резервированными источниками питания серий «Скат» и «Волна» с номинальными выходными напряжениями 24 В, 36 B, 48 В, 60 B.

Преобразователь обеспечивает

питание нагрузки постоянным стабилизированным напряжением с номинальным значением 24 В и током 2,0 А
плавную регулировку выходного напряжения в пределах от 24 до 28В
работу в диапазоне входных напряжений от 20 до 75 В
разделение по постоянному току входных и выходных цепей, что предотвращает подачу в нагрузку высокого входного напряжения при неисправности преобразователя
электронную защиту выхода от перегрузки по току, в том числе от короткого замыкания (КЗ) нагрузки (с отключением питания нагрузки при продолжительном (более 30 с) КЗ нагрузки посредством самовосстанавливающегося предохранителя)
ограничение выходного напряжения величиной не более 36В при неисправности преобразователя
отключение питания преобразователя при обратной полярности подключения посредством плавкого предохранителя
возможность световой индикации наличия выходного напряжения посредством внешнего светодиодного индикатора.

Технические характеристики

1	Входное напряжение питания, В	20…75
2	Номинальное выходное напряжение без нагрузки, В	24*
3	Падение выходного напряжения при токе нагрузки 2 А, В, не более	0,2
4	Ток нагрузки, А, не более	2
5	Размах пульсаций выходного напряжения, мВ, не более	30
6	КПД, %, не менее	80
7	Потребляемая мощность при токе нагрузки 2 А, Вт, не более	60**
8	Потребляемый ток без нагрузки, мА, не более	30
9	Диапазон рабочих температур, °С	-25. ..+ 40
10	Габаритные размеры ШхВхГ, мм, не более	125х165х85
11	Масса, кг, не более НЕТТО (БРУТТО)	0,56(0,67)

PO
IIN=—————
UIN x 0,8

где UIN и IIN — соответственно входное напряжение и ток, потребляемый преобразователем;
PO — мощность нагрузки, Вт;
0,8 — минимальное значение кпд преобразователя.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к преобразователю постоянного напряжения в постоянное напряжение, запитанному от источника постоянного напряжения, имеющего большой динамический диапазон по напряжению.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Источник постоянного напряжения, в частности в авиационном применении, представляет собой шину постоянного тока высокого напряжения (HVDC) и в устойчивом состоянии напряжение может принимать значения, например, между 650 В и 750 В. Но при этом запуск производится при низком напряжении от порядка нескольких вольт до приблизительно десяти вольт. Требования безопасности предполагают, что устройство, использующее постоянное напряжение, не имеет проблем при включении, выключении или даже при переходных процессах.

Пользовательское устройство, подключенное к источнику напряжения, может представлять собой инвертор. Условия работы при высоких напряжениях и высокой температуре порядка 200°С привели к использованию в этом инверторе компонентов ключа на основе карбида кремния, так как JFET-транзисторы являются нормально замкнутыми компонентами, то есть находятся в проводящем состоянии при отсутствии напряжения смещения.

Довольно часто JFET-ключ инвертора подсоединен к цепи запуска, соединенной последовательно между напряжением питания и его затвором. Как описано в патентной заявке FR 2937811, цепь запуска имеет два каскада и включает в себя линейный импульсный понижающий стабилизатор и инвертор напряжения, причем это соединение используется с целью защиты нормально замкнутого JFET-ключа во время пропадания управляющих напряжений ключа.

Один недостаток этого решения состоит в том, что он является диссипативным, что может создавать тепловые проблемы из-за рассеивания мощности на понижающем стабилизаторе. Это становится критическим при высоких температурах.

В другой однокаскадной цепи запуска, содержащей преобразователь, который преобразует одно постоянное напряжение в другое отрицательное постоянное напряжение с помощью стабилитрона, соединенного последовательно с резистором, рассеивание мощности будет ниже, если резистор имеет очень высокое значение сопротивления. Например, для напряжения на шине 750 В и рассеиваемой мощности на стабилитроне 50 мВт при 200°С последовательное сопротивление равно 76 кОм.

Для операций с напряжением на шину, которое уменьшается по отношению к номинальному значению, например порядка около ста вольт, высокое сопротивление не обеспечивает больше смещение стабилитрона. В этом случае, минимальное напряжение запуска выше, чем напряжение, которое вырабатывается с помощью понижающего стабилизатора и инвертора напряжения.

Кроме того, время отклика цепи запуска увеличивается, поскольку постоянная времени, образованная последовательно соединенными резистором и неизбежным развязывающим конденсатором, является большой, порядка около десяти миллисекунд. На практике было бы желательно, чтобы это время отклика было очень маленьким, например, меньше приблизительно ста микросекунд.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, который можно использовать для управления JFET-транзисторами, в частности инверторами, которые не имеют вышеуказанных ограничений и трудностей.

Одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, который выдерживает напряжение, подаваемое источником питания, который имеет очень большой динамический диапазон по напряжению. Очень большой динамический диапазон по напряжению означает, что соотношение минимального напряжения, прикладываемого к его входу для подачи желательного выходного напряжения, к максимальному входному напряжению, которое можно выдерживать без повреждения, составляет выше чем два, например 100.

Кроме того, преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение не рассеивает большое количество тепла, что позволяет избежать тепловых проблем, обсужденных выше.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, который позволяет вырабатывать выходное напряжение для схемы пользователя из постоянного напряжения, с большой вероятностью изменяющегося между несколькими вольтами и несколькими сотнями вольт или даже одним или несколькими киловольтами, например во время переходных процессов включения питания, запуска и т.д.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, который может работать при высокой температуре порядка по меньшей мере 200°С.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, который обеспечивает защиту нормально замкнутых полупроводниковых компонентов ключа, в частности в силовых инверторах, непосредственно подключенных к источнику напряжения или шине перераспределения.

Чтобы решить эту задачу, в настоящем изобретении предложено использовать основной ключ, образованный нормально замкнутым элементом ключа и нормально разомкнутым элементом ключа, которые соединены последовательно, и основную пиковую детекторную цепь.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к преобразователю постоянного напряжения в постоянное напряжение, включающему в себя основной ключ, образованный нормально замкнутым элементом ключа, соединенным последовательно с нормально разомкнутым элементом ключа, снабженным цепью управления. Первый узел является общим для обоих элементов ключа. Нагрузка соединена последовательно с основным ключом, при этом предполагается, что основной ключ и нагрузка будут соединены с выводами источника постоянного напряжения. Основная пиковая детекторная цепь соединена на входе с основным ключом и на выходе с цепью управления нормально разомкнутого элемента ключа.

Основная пиковая детекторная цепь преимущественно включает в себя однонаправленный токовый ключ, соединенный последовательно с хранилищем электрической энергии, при этом однонаправленный токовый ключ соединен между первым узлом и хранилищем электрической энергии. Предполагается, что в замкнутом состоянии, когда происходит зарядка хранилища электрической энергии, хранилище электрической энергии подает основное полезное напряжение тогда, когда однонаправленный токовый ключ разомкнут, причем основное полезное напряжение отбирается на втором узле между хранилищем электрической энергии и однонаправленным токовым ключом, при этом второй узел соединен с цепью управления нормально разомкнутого элемента ключа.

Однонаправленный токовый ключ может представлять собой диод, или транзистор, или компоновку из нескольких транзисторов, включенных последовательно или параллельно. Однонаправленный токовый ключ соединен с первым общим узлом между нормально замкнутым элементом ключа и нормально разомкнутым элементом ключа, которые образуют основной ключ.

Хранилище электрической энергии может представлять собой конденсатор, аккумуляторную батарею или суперконденсатор.

Предполагается, что нормально замкнутый элемент ключа будет соединен с одним из выводов источника напряжения через нагрузку, при этом предполагается, что нормально разомкнутый элемент ключа будет подсоединен к другому выводу источника напряжения, при этом оба элемента ключа имеют общий узел.

В одном варианте осуществления основную пиковую детекторную цепь можно соединить параллельно нормально разомкнутому элементу ключа.

Нормально замкнутый элемент ключа может представлять собой транзистор, работающий в режиме обогащения, такой как карбидокремниевый JFET-транзистор, нормально разомкнутый транзистор, управляемый таким образом, чтобы он работал как нормально замкнутый транзистор, или ограничитель тока, имеющий запрещающий вход, возбуждаемый вспомогательным напряжением, таким как выходное напряжение или напряжение на выводах нормально разомкнутого элемента ключа.

Нормально разомкнутый элемент ключа может представлять собой полевой МОП-транзистор (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), плоскостной биполярный транзистор, например, из карбида кремния, или любой другой тип ключа с или без полупроводника.

Нагрузка может быть резистивной или индуктивной.

Основное полезное напряжение может представлять собой напряжение на выходе преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение.

В одном варианте осуществления можно получить выходное напряжение, электрически изолированное от источника постоянного напряжения, при этом нагрузкой является трансформатор с первичной обмоткой и по меньшей мере одной вторичной обмоткой.

В этом варианте осуществления основная пиковая детекторная цепь может дополнительно включать в себя дополнительный однонаправленный токовый ключ, соединенный с одной стороны с узлом между хранилищем электрической энергии и однонаправленным токовым ключом и с другой стороны со вторичной обмоткой трансформатора.

Трансформатор может включать в себя по меньшей мере одну вторичную обмотку, к выводам которой подсоединена цепь выпрямителя, при этом выходное напряжение отбирается на выводах цепи выпрямителя.

Можно предусмотреть, чтобы нормально замкнутый элемент ключа был снабжен цепью управления, подсоединенной к выходу основной пиковой детекторной цепи или к одному концу основного ключа, который будет подсоединен к источнику постоянного напряжения, или, когда нагрузкой будет трансформатор, который включает в себя по меньшей мере одну вторичную обмотку, к выводам которой подсоединена цепь выпрямителя, и эта цепь выпрямителя будет включать в себя хранилище электрической энергии, к узлу между вторичной обмоткой и хранилищем электрической энергии цепи выпрямителя.

В другом варианте осуществления нормально замкнутый элемент ключа может иметь управляющий вывод, соединенный со вторым концом основного ключа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Смысл настоящего изобретения будет более понятым после прочтения описания примерных вариантов осуществления, приведенных исключительно для целей указания, а не ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 показана блок-схема последовательности операций примерного первого варианта преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению;

на фиг. 2А-2Е показано соответственно изменение во времени напряжения источника напряжения сразу после его запуска, управляющего напряжения на нормально разомкнутом элементе ключа, переключающего напряжения на нормально разомкнутом элементе ключа, переключающее напряжение на нормально замкнутом элементе ключа и управляющего напряжения на нормально замкнутом элементе ключа;

на фиг. 3 показан еще один вариант осуществления преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению;

фиг. 4 иллюстрирует другой примерный вариант осуществления преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению;

на фиг. 5 показан еще один примерный вариант осуществления преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению.

Следует понимать, что различные варианты осуществления преобразователя постоянного напряжения не являются обязательно исключающими друг друга.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 иллюстрирует первый пример преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению. Данный преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение представляет собой понижающий преобразователь напряжения.

Данный преобразователь включает в себя основной ключ К, имеющий два оконечных вывода C и D, предназначенных для подсоединения к источнику Е постоянного напряжения, причем связь с первым выводом C выполнена через нагрузку Z1, через которую протекает электрический ток из источника Е постоянного напряжения. Источник Е постоянного напряжения включает в себя положительный вывод «+», который будет подсоединяться к нагрузке Z1, и отрицательный вывод «-«, который будет подсоединяться ко второму выводу D основного ключа К. К положительному выводу прикладывается напряжение Vin, и к отрицательному выводу прикладывается опорное напряжение Vref.

Основной ключ K включает в себя два элемента J1, M1 ключа различного характера, соединенные последовательно. Они соединены друг с другом в точке А.

Элемент J1 ключа представляет собой нормально замкнутый ключ, тогда как элемент М1 ключа представляет собой нормально разомкнутый ключ. Предполагается, что нормально замкнутый элемент J1 ключа будет подсоединяться к положительному выводу источника Е постоянного напряжения через нагрузку Z1, и нормально разомкнутый элемент М1 ключа будет подсоединяться к отрицательному выводу источника напряжения E.

Нормально разомкнутый элемент М1 ключа имеет цепь G2 управления для управления его включенным или выключенным состоянием. Нормально замкнутый элемент J1 ключа можно также обеспечить своей собственной цепь G1 управления.

Нормально замкнутый элемент J1 ключа представляет собой высоковольтное реле. Нормально разомкнутый элемент M1 ключа может представлять собой низковольтный ключ.

В отношении высоковольтного элемента ключа и низковольтного элемента ключа подразумевается, что высоковольтный элемент ключа выдерживает более высокие напряжения по сравнению с низковольтным элементом ключа.

В приложении, где источником постоянного напряжения является шина HVDC, высоковольтный элемент J1 ключа практически выдерживает напряжение шины HVDC, тогда как низковольтный элемент М1 ключа выдерживает только несколько десятков вольт.

Нормально замкнутый элемент J1 ключа можно выполнить на основе транзистора, работающего в режиме обогащения, например карбидокремниевый JFET, имеющий обычно сток d, исток s и затвор g. Такой транзистор имеет переключающее напряжение между своим стоком и своим истоком, по существу равное нулю, когда его управляющее напряжение Vds_J1 между стоком и истоком равно по существу нулю. Такой элемент ключа типа JFET имеет преимущество, связанное с очень быстрым переключением, более низкими потерями проводимости во включенном состоянии по сравнению с другими силовыми электронными ключами, управляемыми по напряжению, и способностью выдерживать более высокие температуры и напряжения и с наличием более низкого удельного сопротивления по сравнению с этими силовыми электронными ключами, управляемыми по напряжению. Исток s соединен с положительным выводом источника Е электропитания через нагрузку Z1, сток d соединен с нормально разомкнутым элементом M1 ключа, и затвор g соединен в этом первом примере со вторым выводом D основного ключа К. При этом следует учитывать, что нормально замкнутый элемент J1 ключа снабжен своей собственной цепью G1 управления, как это будет показано в дальнейшем.

Альтернативно, нормально замкнутый элемент J1 ключа можно выполнить на основе управляемого нормально замкнутого транзистора так, чтобы он работал как нормально замкнутый ключ. Нормально замкнутый элемент J1 ключа можно также выполнить на основе ограничителя тока, как показано на фиг.5.

Нормально разомкнутый элемент M1 ключа можно выполнить на основе полевого МОП-транзистора, например кремния или кремния на изоляторе (SOI). Он традиционно имеет сток d, соединенный с нормально замкнутым элементом J1 ключа, исток s, соединенный с отрицательным выводом источника Е постоянного напряжения, и затвор g, соединенный со своей цепью G2 управления. Альтернативно, его можно выполнить из плоскостного биполярного транзистора BJT, например из карбида кремния, как показано на фиг. 3, из IGBT или любого другого типа ключа, управляемого соответствующим образом, с или без полупроводника.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение дополнительно включает в себя основную пиковую детекторную цепь DC, образованную однонаправленным токовым ключом D1 и хранилищем C1 электрической энергии, которые соединены последовательно.

Основная пиковая детекторная цепь DC соединена параллельно нормально разомкнутому элементу M1 ключа.

Таким образом, основная пиковая детекторная цепь DC соединена со вторым выводом D основного ключа K и с общим узлом A, которые являются общими для обоих ключей J1, M1 основного ключа K.

Однонаправленный токовый ключ D1 подсоединен между узлом А и хранилищем C1 электрической энергии. Однонаправленный токовый ключ D1 можно выполнить из диода или с помощью одного или нескольких транзисторов, причем эти транзисторы размещаются последовательно или параллельно в случае, когда их много. На фиг. 3 этот транзистор представляет собой JFET-транзистор. Сток JFET-транзистора соединен с узлом A, его затвор соединен со вторым выводом D основного ключа К и его исток соединен с хранилищем С1 электрической энергии. Альтернативно, однонаправленный токовый ключ D1 пиковой детекторной цепи можно выполнить с помощью плоскостного биполярного транзистора BJT, полевого МОП-транзистора или нескольких полевых МОП-транзисторов, соединенных последовательно или параллельно, или любого другого типа транзисторов.

В примере, показанном на фиг. 1, хранилище C1 электрической энергии включено между однонаправленным токовым ключом D1 и вторым выводом D основного ключа К. Общий узел между однонаправленным токовым ключом D1 и хранилищем C1 электрической энергии, обозначенной B, соединен с входом цепи G2 управления нормально разомкнутого элемента M1 ключа. В этом примере выход преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение выполнен в этом общем узле B. Постоянное напряжение, подаваемое с помощью основной пиковой детекторной цепи DC, называется основным полезным напряжением Vp и поддерживается в общем узле B.

Хранилище C1 электрической энергии предназначено для хранения электрической энергии, когда однонаправленный токовый ключ D1 замкнут, и подачи этой энергии в виде основного полезного напряжения Vp, когда однонаправленный токовый ключ D1 разомкнут. Хранилище С1 электрической энергии можно выполнить из конденсатора, аккумуляторной батареи или суперконденсатора.

На фиг. 2А-2Е показаны аспекты форм сигналов на различных стадиях преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно настоящему изобретению, причем этот преобразователь соответствует преобразователю, показанному на фиг. 1, с JFET-транзистором в качестве нормально замкнутого элемента J1 ключа и полевым МОП-транзистором в качестве нормально разомкнутого элемента M1 ключа.

На фиг. 2А показано изменение во времени входного напряжения Vin преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению. Это напряжение представляет собой напряжение, подаваемое с помощью источника Е постоянного напряжения. В авиационных приложениях это напряжение будет представлять собой напряжение, подаваемое с помощью шины постоянного тока высокого напряжения (HVDC). После включения источника питания напряжение возрастает во время фазы запуска до тех пор, пока оно не достигнет постоянного значения в устойчивом состоянии.

На фиг. 2В показан аспект, в зависимости от времени, управляющего напряжения Vgs_M1 затвор-исток нормально разомкнутого элемента M1 ключа.

На фиг. 2C показан аспект, в зависимости от времени, напряжения Vds_M1, переключаемого между стоком и истоком нормально разомкнутого элемента M1 ключа.

На фиг. 2D показан аспект, в зависимости от времени, напряжения Vds_J1, переключаемого между стоком и истоком нормально замкнутого элемента J1 ключа.

На фиг. 2E показан аспект, в зависимости от времени, управляющего напряжения Vgs_J1 затвор-сток нормально разомкнутого элемента J1 ключа.

После запуска источника Е постоянного напряжения, в момент t0, напряжение Vin линейно возрастает до тех пор, пока не достигнет максимального значения в устойчивом состоянии в момент времени t3.

Нормально замкнутый элемент J1 ключа включается, и напряжение Vds_J1, переключаемое между его стоком и его истоком, является постоянным и равным нулю.

Нормально разомкнутый элемент М1 ключа выключается, и напряжение Vds_M1, переключаемое между его стоком и его истоком, увеличивается таким же образом, как и напряжение Vin, и однонаправленный токовый ключ D1 становится проводящим, что приводит к зарядке хранилища C1 электрической энергии до напряжения Vds_M1. Основное полезное напряжение Vp, подаваемое с помощью основной пиковой детекторной цепи, которая обеспечивает питанием цепь G2 управления нормально разомкнутого элемента M1 ключа, увеличивается. Так как исток нормально замкнутого элемента J1 ключа соединен со стоком нормально разомкнутого транзистора M1 в узле А, управляющее напряжение Vgs_J1 затвор-исток нормально замкнутого элемента J1 ключа увеличивается в отрицательную сторону, что приводит, в момент времени t1, следующий за моментом времени t0, к выключению нормально замкнутого элемента J1 ключа. Этот момент времени Т1 находится перед моментом времени Т3, когда источник Е напряжения переключается в устойчивое состояние. Напряжение Vds_J1, переключаемое между его стоком и его истоком, начинает увеличиваться таким же образом, как и напряжение Vin, но с задержкой относительно включения источника Е напряжения.

Достаточное приложение основного полезного напряжения Vp к цепи G2 управления, например порядка нескольких вольт, например, 2-4 В, приводит к переключению нормально разомкнутого элемента M1 ключа во включенное состояние благодаря вмешательству цепи G2 управления в момент времени t2, следующий после момента времени t1, но перед моментом времени t3.

В этот момент t2 напряжение Vds_M1, переключаемое между стоком и истоком, нормально разомкнутого элемента М1 ключа становится равным нулю, однонаправленный токовый ключ D1 открывается и нормально замкнутый элемент J1 ключа снова переходит во включенное состояние. Основная пиковая детекторная цепь DC обеспечивает подачу основного полезного напряжения Vp, необходимого для удержания его во включенном состоянии, на цепь G2 управления нормально разомкнутого элемента M1 ключа.

Хранилище С1 электрической энергии разряжается, но не полностью, при этом изменение напряжения на его выходах зависит от нагрузки, которая будет подключаться к цепи G2 управления. Управляющее напряжение Vgs_M1 затвор-исток нормально разомкнутого элемента М1 ключа становится равным нулю, и нормально разомкнутый элемент М1 ключа снова возвращается в выключенное состояние в момент времени t4, который следует за моментом t3. В тот же самый момент времени выключается нормально замкнутый элемент J1 ключа. Переключающее напряжение Vds_M1 сток-исток нормально разомкнутого элемента М1 ключа начинает снова возрастать. То же самое справедливо для переключающего напряжения Vds_J1 сток-исток нормально замкнутого элемента J1 ключа.

В этот момент времени t4 однонаправленный токовый ключ D1 закрывается, и хранилище С1 электрической энергии заряжается при переключающем напряжении Vds_M1 сток-исток.

Таким образом, нормально разомкнутый элемент М1 ключа включается между моментами времени t2 и t4 и затем выключается между моментами времени t4 и t5. Это циклическое явление повторяется при каждом периоде T отсечки преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение.

Основное полезное напряжение Vp, подаваемое с помощью преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение на выводах хранилища С1 электрической энергии, равно напряжению отсечки нормально замкнутого элемента J1 ключа.

Среднее значение напряжения на выводах нагрузки Z1 равняется напряжению Vin, умноженному на коэффициент заполнения α преобразователя, то есть отношение между продолжительностью нахождения во включенном состоянии нормально разомкнутого элемента M1 ключа и периодом T отсечки преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение. Напряжение на выводах нагрузки Z1 представляет собой напряжение прямоугольной формы, изменяющееся от значения напряжения Vref до значения напряжения Vin в устойчивом состоянии.

Таким образом, преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению запускается при очень низком напряжении источника Е постоянного напряжения порядка нескольких вольт, тогда как источник Е напряжения имеет динамический диапазон по напряжению порядка нескольких сотен вольт или даже более.

Напряжение при запуске преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение соответствует порогу включения нормально разомкнутого элемента M1 ключа и порогу активизации цепи G2 управления нормально разомкнутого элемента M1 ключа. Однако один из важных аспектов изобретения состоит в возможности получения напряжения на выводах хранилища C1 электрической энергии сразу после того, как входное напряжение Vin будет больше нуля, то есть с того момента времени, когда после включения напряжение Е на шине постоянного напряжения начинает увеличиваться от нуля. Если однонаправленный токовый ключ D1 представляет собой выпрямительное устройство без срабатывания по порогу, которое имеет нормально замкнутый транзистор, например, показанный на фиг. 3, хранилище С1 электрической энергии начинает заряжаться сразу после того, как только напряжение Е становится отличным от нуля.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно настоящему изобретению можно использовать, например, для питания цепей управления нормально замкнутых электронных компонентов инвертора, но это не является обязательным условием. В целом, его можно использовать для питания цепей управления, цепей защиты или любых цепей, питаемых от сети питания постоянного напряжения.

Этот преобразователь пригоден для приложений, связанных с высокими температурами, так как оба элемента J1 ключа, M1, которые входят в его состав, имеют высокую температурную версию, как и однонаправленный токовый ключ D1, что касается хранилища C1 электрической энергии, то она может представлять собой керамический конденсатор NP0.

В примере, показанном на фиг. 1, нагрузка Z1 может представлять собой паразитные элементы. Ей может быть индуктор, который показан на фиг. 3. Далее представленный преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение будет упоминаться как повышающий преобразователь или даже как параллельный прерыватель, а не как понижающий преобразователь. В этом случае нагрузка Z1 представляет собой индуктивный накопитель, соединенный с основным ключом К на своем первом выводе C. Цепь DC’ выпрямителя соединена параллельно основному ключу К. Она включает в себя однонаправленный токовый ключ Di, соединенный последовательно с хранилищем Cboost электрической энергии. Цепь DC’ выпрямителя подсоединена на стороне однонаправленного токового ключа Di к первому выводу С основного ключа K и на стороне хранилища Cboost электрической энергии ко второму выводу D основного ключа K. Однонаправленный токовый ключ Di и хранилище Cboost электрической энергии имеют общий узел, который обозначен B’, и выходное напряжение Vout, которое выше, чем Vin, имеется на узле B’.

Индуктор может представлять собой, например, индуктивность рассеяния мощного трансформатора с разрезанным магнитопроводом. Нормально замкнутый элемент J1 ключа будет рассеивать энергию, запасенную в индукторе Z1, если он представляет собой JFET-транзистор, и на его затвор подается опорное напряжение Vref, как показано на фиг. 1. Нормально замкнутый элемент J1 ключа может работать в режиме лавинного пробоя, так как ответвление с индуктором Z1 и основным ключом К открывается с помощью элементов J1 и M1 ключа.

Однако эта конфигурация не показана на фиг. 3. Нормально замкнутый элемент J1 ключа соединен со своей собственной цепью G1 управления, и на последнее подается основное полезное напряжение Vp, вырабатываемое основной пиковой детекторной цепью DC. Таким образом, управляющее напряжение затвор-исток нормально замкнутого элемента J1 ключа выше его порогового напряжения.

Затем хранилище С1 электрической энергии будет заряжаться от энергии, запасенной в индукторе Z1, когда нормально замкнутый элемент J1 ключа включен и нормально разомкнутый элемент М1 ключа выключен.

Однонаправленный токовый ключ D1 можно выполнить с помощью по меньшей мере одного полевого МОП-транзистора, используемого, например, при синхронном выпрямлении. Цепь G2 управления нормально разомкнутого элемента M1 ключа можно затем объединить с генератором сигналов с переменной длительностью импульсов. Цепь G1 управления нормально замкнутого элемента J1 ключа можно объединить с инвертором напряжения, если необходимо выключить нормально замкнутый элемент J1 ключа.

Фиг. 4 иллюстрирует другой пример преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению. Теперь нагрузкой Z1 является трансформатор, и последний традиционно включает в себя первичную обмотку ep, подсоединенную между положительным выводом источника Е постоянного напряжения и узлом C. Он также включает в себя по меньшей мере одну вторичную обмотку es1. Основная пиковая детекторная цепь DC включает в себя переключающий однонаправленный токовый ключ D1, соединенный последовательно с хранилищем С1 электрической энергии, который включен, как и в двух предыдущих примерах, показанных на фиг. 1 и 3. Однако основная пиковая детекторная цепь DC дополнительно включает в себя дополнительный однонаправленный токовый ключ Dj, соединенный с одной стороны с узлом B между хранилищем C1 электрической энергии и однонаправленным токовым ключом D1 и на другой стороне с первым концом вторичной обмотки es1 трансформатора Z1. Другой конец вторичной обмотки es1 подсоединен ко второму выводу D2 основного ключа К. Дополнительный однонаправленный токовый ключ Dj может быть такого же типа, как и однонаправленный токовый ключ D1. Однонаправленный токовый ключ D1 гарантирует запуск цепи G2 управления нормально разомкнутого элемента М1 ключа, причем напряжение Vin остается по-прежнему низким и возрастающим. Затем однонаправленный токовый ключ D1 выключается, и вторичная обмотка es1 и дополнительный однонаправленный токовый ключ Dj затем обеспечивают питание цепи G2 управления нормально разомкнутого элемента M1 ключа.

На цепь управления G1 нормально замкнутого элемента J1 ключа подается напряжение Vref, то есть второй вывод D основного ключа K должен быть соединен с источником Е постоянного напряжения.

Это соединение обеспечивает повышенную эффективность за счет использования системы с отсечкой, и запуск осуществляется при более низких напряжениях, чем в предыдущем примере. Она позволяет запускать преобразователь даже при очень низком входном напряжении.

Если элементом J1 ключа является JFET-транзистор, то он никогда не будет работать в линейной зоне, и рассеиваемая мощность будет снижена.

В примере, показанном на фиг. 4, трансформатор Z1 дополнительно включает в себя дополнительную вторичную обмотку es2. Цепь DC2 выпрямителя соединена с выводами дополнительной вторичной обмотки es2. Эта цепь DC2 выпрямителя вырабатывает выходное постоянное напряжение Vout, которое гальванически развязано от источника Е постоянного напряжения.

Цепь DC2 выпрямителя может быть того же типа, как и основная пиковая детекторная цепь DC, показанная примерах на фиг. 1 и 3. Цепь DC2 выпрямителя образована однонаправленным токовым ключом D2 и хранилищем C2 электрической энергии, которые соединены последовательно. Можно предусмотреть и другие дополнительные вторичные обмотки и несколько других цепей выпрямителя для того, чтобы получить преимущество от нескольких других выходных постоянных напряжений с гальванической развязкой от источника Е постоянного напряжения.

Для упрощения потенциал Vp и основное полезное напряжение Vp имеют одинаковое обозначение, что говорит о том, что Vref равно нулю. Конечно, Vref может быть и не равно нулю, но это не создает никаких проблем для понимания специалистам в данной области техники.

Цепь, показанная на фиг. 4, приводит к запуску преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение при низком напряжении Vin.

Фиг. 5 иллюстрирует еще один пример преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению. На этой фиг. 5 нагрузкой по-прежнему является трансформатор с двумя вторичными элементами es1, es2. Каждый из них подсоединен к цепи DC1, DC2 выпрямителя. В этом примере эти цепи DC1, DC2 выпрямителя аналогичны тем, которые упомянуты как DC2 на фиг. 4. Однонаправленный токовый ключ цепи DC1 выпрямителя упоминается как D1′, и хранилище электрической энергии упоминается как С1′.

Общий узел между однонаправленным токовым ключом D1′ и хранилищем C1′ электрической энергии цепи DC1 выпрямителя, которая упоминается как E, соединен с общим узлом А между нормально замкнутым элементом J1 ключа и нормально разомкнутым элементом M1 ключа основного ключа К. Хранилище C1′ электрической энергии имеет один из своих выводов, подсоединенный к узлу Е, и другой, подсоединенный на входе цепи управления G1 нормально замкнутого элемента J1 ключа. Этот другой вывод вынесен на потенциал Vneg, который является отрицательным по отношению к потенциалу, присутствующему на общем узле А между нормально замкнутым элементом J1 ключа и нормально разомкнутым элементом M1 ключа.

В этом примере основная пиковая детекторная цепь DC аналогична той, которая показана на фиг. 1 и 3. Питание с выхода основной пиковой детекторной цепи DC подается на цепь G2 управления нормально разомкнутого элемента M1 ключа. Напряжение Vp является положительным по отношению к напряжению Vref.

Более того, нормально замкнутый элемент J1 ключа представляет собой ограничитель тока, который имеет запрещающий вход, возбуждаемый Vneg.

Как показано на фиг. 4, цепь DC2 выпрямителя вырабатывает выходное постоянное напряжение Vout, которое гальванически развязано от источника Е постоянного напряжения. Это напряжение Vout может обеспечивать питанием внешнюю цепь (не показана), например цепь управления затвором силового JFET транзистора.

Основное преимущество преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение согласно изобретению состоит в том, чтобы иметь линейную работу при очень низких напряжениях источника напряжения и работу путем отсечки высоких напряжений. Это приводит к пониженной потребляемой мощности и, следовательно, к пониженному тепловому рассеянию.

Другое преимущество преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение состоит в том, что он включает в себя меньшее количество высоковольтных пассивных компонентов, чем цепь запуска, описанная в вышеупомянутой заявке на патент.

Конечно, некоторые характеристики, представленные в этих примерах вариантов осуществления преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение можно объединить друг с другом, не выходя за рамки объема изобретения.

Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В

Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть.

Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (или по западной терминологии DC-AC преобразователь). На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей.

Принципиальная схема

В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1…VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4.

Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения 12В в переменное 220В.

Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2.

В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.

Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе.

На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8.

От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго — через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1…VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока («супербета»), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.

В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку.

Рис. 2. Схема выходной части импульсного преобразователя напряжения на двух мощных транзисторах.

Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.

Рис. 3. Схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи.

Детали и налаживание

Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:

Т(ч) = (0,7WU)/P

где W — емкость аккумулятора, Ач; U — номинальное напряжение аккумулятора, В; Р — мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85…0,9.

Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 10…12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.

Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.

В таблице: S — площадь сечения магнитопровода; W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 — диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.

Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.

Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1…VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее.

Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора.

При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность — 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.

Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках.

Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит.

Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром).

Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ.

При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U.

Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02…0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2…5%.

Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3.

Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает.

Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает «пищать». Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.

После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В.

Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.

В. Д. Панченко, г.Киев, Украина.

Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Как из постоянного тока сделать переменный?

“Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”

Кафедра защиты информации

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ »

Инвертор – преобразует постоянный ток в переменный.

Конвертор – преобразователь постоянного напряжения в постоянное, но другого уровня (с промежуточным преобразованием входного напряжения в переменное и трансформацией к нужному уровню).

Центральным звеном является преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Применяют различные схемы таких устройств:

Транзисторные и на электронных лампах;

Построенные на транзисторах с насыщающимися сердечниками;

Релаксационные генераторы, триггеры, мультивибраторы;

По однотактной, двухтактной и мостовой схемах;

Тиристорные простые и мостовые схемы (в мощных устройствах).

Простая схема двухтактного тиристорного инвертора

Рисунок 1 — простая схема двухтактного тиристорного инвертора

От Т2 поступают импульсы управления в цепь тиристоров.

От постоянного источника напряжение поступает на вход схемы. Оно проходит через

на аноды VD. заряжается до двойного входного напряжения. Если теперь подать импульсы на VD2, сразу закрывается VD1, перезаряжается, все знаки в Т1 поменяются на противоположные и ток потечет через VD2.

Как видно из работы схемы, на коммутирующей емкости

в момент закрытия тиристора действует напряжение равное удвоенному напряжению питания, что является недостатком для схемы.

Его устраняет мостовая схема тиристорного инвертора.

Мостовая схема тиристорного инвертора

Рисунок 2 — Мостовая схема тиристорного инвертора

Схема управления открывает сначала VD1 и VD4, а потом, когда емкость зарядится до

, в этот момент, если открыть другие тиристоры, VD1 и VD4 мгновенно закроются.

В данной схеме на закрытых тиристорах действует лишь напряжение источника питания.

Тиристорные выпрямители являются эффективными перспективными инверторами. Применяются на значительной мощности и используются в настоящее время для замены электромашинных агрегатов, преобразующих энергию постоянного тока резервных аккумуляторных батарей в переменный ток, в устройствах гарантированного питания (УГП) аппаратуры на предприятиях связи.

Преобразователи постоянного напряжения

Часто при питании электронных устройств ИП являются низковольтными, а для питания цепей потребления требуются значительные напряжения. При этом прибегают к преобразованию напряжения. Для этого используют инверторы и конверторы. Используются электромагнитные преобразователи, вибропреобразователи и статические преобразователи на п/п приборах.

Электромагнитные преобразователи вырабатывают напряжение синусоидальной формы, в то время как полупроводниковые и вибропреобразователи – напряжение прямоугольной формы. В настоящее время имеются статические преобразователи с выходным напряжением по форме близким к синусоидальному. Недостаток электромагнитного преобразователя: большие габариты и масса. Вибропреобразователи – маломощные и малонадежные. Поэтому наибольшее применение находят полупроводниковые преобразователи с малыми габаритами и массой, высоким КПД и эксплуатационной надежностью.

Построение преобразователей на тиристорах и транзисторах следует связывать с величиной питающих напряжений, требуемой мощности, характером изменения нагрузки.

Транзисторные преобразователи напряжения

Они подразделяются по способу возбуждения на 2 типа: с самовозбуждением и преобразователи с усилением мощности.

Транзисторы могут включаться по схеме с ОЭ, ОК, ОБ, но наиболее широко используются включение с ОЭ, так как в этом случае реализуется максимальное усиление транзисторов по мощности и тем более просто достигаются условия самовозбуждения.

Преобразователи с самовозбуждением выполняются на мощных, до нескольких десятков ватт, по однотактным и двухтактным схемам. Простейшая схема однотактного преобразователя представляет собой релаксационный генератор с обратной связью.

С обратным включ. диода.С прямым включ. диода.

При подключении напряжения питания через резистор на базу транзистора подается опирающий потенциал. Транзистор открывается и через первичную обмотку Wк трансформатора протекает ток, который вызывает магнитный поток в магнитопроводах транзистора. Появляющееся при этом напряжение на обмотке Wк трансформируется в обмотке обратной связи Wб, полярность подключения которой такова, что она способствует отпиранию транзистора. Когда ток коллектора достигает своего максимального значения: Iк=Iб*h31э, нарастание магнитного потока прекратится, полярность напряжений на обмотках трансформатора изменяется на противоположное и происходит лавинообразный процесс запирания транзистора.2*tu. Конденсатор сглаживающего фильтра Cф при этом заряжается выпрямленным напряжением до Uп.

В течении паузы tп, когда транзистор закрыт, цепь тока Iн замыкается через дроссель Lф и блокирующий диод VD2, как и в импульсном стабилизаторе с последовательным регулированием.

В однотактных преобразователях трансформатор работает с подмагничиванием, для борьбы с которым можно применять сердечник с зарядом. Однако он не подходит при использовании тор. транзистора. В нашем случае используется блокирующий конденсатор, который в течении паузы tп разряжаетсячерез обмотку W1, перемагничивая сердечник током разряда.

Емкость Cбл. Выбирается из условия, чтобы при максимальном коэффициенте заполнения φmax длительность паузы tп была не менее четверти периода колебательного контура L, Cбл.

Такой преобразователь с обратным включением диода обеспечивает развязку и защиту выходного напряжения от помех по входным шинам питания.

Транзисторные преобразователи определяются по следующим формулам:

Uп=Uп(Iкм/2Iн-W1/W2)

tu = Iкм*L1/Uп

tп = Iкм*L2/Uн*W2

φ = fп*Iкм*L1/Uп = tu/(tu+tп)

Лучшие массогабаритные показатели имеют двухтактные преобразователи с понижающим трансформатором.

Трансформаторы выполняются на магнитопроводе с прямоугольной петлей гистерезиса. Здесь также используется положительная ОС. Генератор работает следующим образом. При включении напряжения питания Uп из-за неидентичности параметров один из транзисторов, например VT1, начинает открываться и его коллекторный ток увеличивается. Обмотки ОС Wб подключены так, что наведенное в них ЭДС полностью открывает транзистор VT1 и закрывает транзистор VT2.

Переключение транзисторов начинается в момент насыщения транзистора. Вследствие этого наведенные во всех обмотках трансф. Напряжения уменьшаются до нуля, а затем изменяют свою полярность.

Теперь на базу ранее открытого транзистора VT1 подается отрицательное напряжение, а на базу ранее закрытого транзистора VT2 поступает положительное напряжение и он начинает открываться. Этот регенеративный процесс формирования фронта выходного напряжения протекает очень быстро. В дальнейшем процессы в схеме повторяются.

Частота переключения зависит от значения напряжения питания, параметров трансформатора и транзисторов и рассчитываются по формуле:fп=((Uп-Uкэ нас)*10000)/4*B*s*Wк*Sc*Kc.

Такой режим более экономичен, чем при переключении за счет предельного тока коллектора и работа преобразователя более устойчива.

Такие преобразователи используются как задающие генераторы для усилителей мощности и как автономные маломощные источники электропитания. Основные достоинства: простота схемы, а также нечувствительность к короткому замыканию в цепи нагрузки.

Недостатком преобразователя с насыщающимся сердечником является наличие выбросов коллекторного тока в момент переключения транзисторов, что увеличивает потери а преобразователе.

Напряжение на закрытом транзисторе может достигать значения:

Uкэm = (2,2: 2,4)Uпmax

два напряжения это сумма Uп+ЭДС на неработающей обмотке, кроме того учитываются выбросы напряжения во время переключения. Для уменьшения последних в схему иногда включают шунтирующие диоды.

При преобразовании больших мощностей наибольшее распространение получили преобразователи с использованием усилителя мощности. В качестве задающего генератора можно использовать преобразователи с самовозбуждением. Применение таких преобразователей целесообразно если необходимо обеспечить постоянство частоты и напряжения на выходе, а также неизменность формы кривой переменного напряжения при изменении нагрузки преобразователя.

В случае высокого входного напряжения применяют мостовые усилители мощности.

Предположим, в первый полупериод одновременно работают транзисторы T1,T2. Во второй T2,T3. Напряжение питания прикладывается к первичной обмотке транзистора, его полярность меняется каждый полупериод. Напряжение на закрытом транзисторе равно напряжению источника питания. Выходной транзистор работает в ненасыщенном режиме, выполняется он из материала с непрямоугольной петли гистерезиса.

Преобразователи на тиристорах

Тиристоры в отличие от транзисторов имеют одностороннее управление. Для запирания тиристоров в схемах преобразователей используются реактивные элементы в основном в виде коммутирующих конденсаторов.

При отпирании первого тиристора емкость заряжается до напряжения 2Uп. При отпирании второго тиристора напряжение конденсатора прикладывается в обратном направлении к первому транзистору, под действием его он запирается. Конденсатор перезаряжается, и напряжение на его обмотках и на первичной обмотке тиристора меняет знак (потенциалы показаны на схеме в скобках). В следующий полупериод вновь отпирается тиристор T1 и процесс повторяется.

Для обеспечения запирания тиристоров необходимо, чтобы энергия коммутирующего конденсатора была достаточной для того, чтобы в процессе перезаряда обратное напряжение на тиристорах падало достаточно медленно и успело бы обеспечить восстановление их запирающих свойств.

Недостатком такого инвертора является сильная зависимость выходного напряжения от тока нагрузки.

Для уменьшения влияния характера и величины нагрузки на форму и величину выходного напряжения применяют схемы с обратными диодами, которые в свою очередь необходимы для возврата реактивной энергии, накопленной в индуктивной нагрузке и реактивных коммутирующих элементах в источнике питания преобразователя.

Источник питания с бестрансформаторным входом

Особенностью таких источников являются использование процесса преобразования входного напряжения с использованием высокой частоты.

Отсутствие силового транзистора на входе и использование транзисторовна повышенной частоте существенно улучшает массогабаритные характеристики.

Функциональная схема ИПБВ на базе регулируемого преобразователя имеет следующий вид:

ВЧФ — препятствует проникновению во входные цепи помех от ИПБВ и наоборот.

ВУ – выпрямительное устройство,

СФ – сглаживающий фильтр;

РП – регулируемый преобразователь;

ЗГ – синхронизирующий задающий генератор;

ГПН – генератор пилообразного напряжения.

Работу ИПБВ со стабилизацией входного напряжения с использованием ШИМ легко представлять, рассмотрев диаграммы напряжений на отдельных участках схемы.

С целью упрощения регулировки преобразователь как правило строится по однотактной схеме с обеспечением рекуперации части энергии, накопленной в реактивных элементах в источник входного напряжения. На выходе преобразователя при напряжениях 5 — 10В ставят выпрямитель со средней точкой. С целью уменьшения времени коммутации силовых транзисторов на их входах применяют цепи обеспечивающие значительное превышение запирающего напряжения по отношению к отрицательному.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. — Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200

2. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Подред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.

3. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.

4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.

Все Вы наверное задавались вопросом: «А как получить постоянное напряжение из переменного?» Ну что ж, пора думаю раскрыть эту тайну:-) , хотя это тайной и не назовешь. В этой статье я покажу основы, а какое напряжение получить — это уже решать вам. Оказывается, на деле все это гораздо проще, чем кажется.

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под «постоянным напряжением». Как гласит нам Википедия, постоянный напряжение (он же и постоянный ток) — это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю. Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации . А вот собственно и осциллограмма постоянного напряжения:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор . А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение , мы с Вами после трансформатора подключали Диодный мост . На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.

Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство кондера: заряжаться и разряжаться. Весь прикол состоит в том, что кондер с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осцилле, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Давайте же рассмотрим на практике, почему нам нужно ставить кондер большой емкости. На фото ниже у нас три кондера. Все разной емкости.

Рассмотрим первый кондер. Замеряем его номинал с помощью нашего LC — метр . Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И снимаем показания с кондера осцилом.

А вот и осциллограмма с кондера.

Неееее… это осциллограмма не постоянного тока. Пульсации все равно остались.

Ну что ж, возьмем кондер емкостью побольше.

Замеряем его емкость. Получается 0,226 микроФарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый кондер снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограма.

Не… почти, но все равно не то.

Берем наш третий кондер. Его емкость 330 микроФарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

Чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие.

Чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. В этом случае лучше всего использовать трехвыводные стабилизаторы напряжения , которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт, скажем для каких-нибудь безделушек? Сначала нужно подобрать транс, чтобы на выходе он выдавал… 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки транса мы будем получать действующее напряжение .

где

U Д — действующее напряжение

U max — максимальное напряжение

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе транса должно быть 12/1,41=8,5 Вольт. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансе, мы должны убавлять или добавлять обмотки транса. Формула . Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из того, что мы собираемся питать и какое напряжение и сила тока должны проходить через диоды. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем кондер с большой емкостью. Кондер подбираем исходя из того, чтобы напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у транса на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запоминалось;-)

Читаем в обязательном порядке этой статьи.

Автор : elremont от 22-08-2013

В этом руководстве я собираюсь рассказать о кремниевых диодах, диодных мостах, и как преобразовывать переменный ток в постоянный. Это условное обозначение диода и картин. Полоска на конце диода указывает вам, каким образом поставить его в вашу схему, но что такое диод?

Диод это устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Это удобно запомнить, сравнивая диоды с водопроводными кранами, которые позволяют воде течь только в одном направлении. Так что если вы пустите переменное напряжение или ток через диод, отрицательное напряжение будет блокировано, и вы останетесь с только положительной полуволной. Этот процесс называется выпрямлением тока… оно работает не только с синусоидальными волнами. Это также будет работать с квадратными, треугольными волнами, или любыми другими сигналами, которые имеют отрицательный полупериод. Минуточку…
Если увеличить и наложить сигналы друг на друга, то видно, что напряжение снизилось! Это происходит потому, что не существует такой вещи, как идеальный диод. У всех диодов есть прямое падение напряжения, обозначаемое «Vf». Это означает, что всякий раз, когда ток протекает вперед через диод, будет падение напряжения, которое обычно составляет около 0,7 вольт. Точное значение зависит от температуры, тока и типа диода, а пока давайте просто считать, что это 0.7V Так кремниевый диод даже не откроется, пока не будет 0.7V на его выводах и после его открытия на диоде всегда будет падение напряжения 0.7V. Проверьте это экспериментально, чтобы увидеть то, что я имею в виду: При отрицательном напряжении на входе, диод не может открыться, так что вы ничего не получите на выходе. 0,3 вольта на входе это все еще не достаточно, чтобы открыть диод, так что вы опять ничего не получите. 0,9 вольт на входе достаточно, чтобы открыть диод, но из-за падения напряжения у вас останется только 0.2V. И при 10 вольтах, минус 0,7 вольта, вы получаете 9,3 вольт.
Иногда падение напряжения на диоде проблема… иногда нет… Для примера я покажу вам, при 10 вольт от пика до пика на входе это почти незаметно.
Но если я попытаюсь выпрямить ток 0.5V, такой, как сигнал, поступающий из моего MP3-плеера, то падение 0.7V становится проблемой, и это не работает. Чтобы справиться с этой проблемой, надо использовать передовые технологии, такие как супер диоды. Но на данный момент вам не нужно беспокоиться об этом. Нет устройств эффективных на 100%, так что давайте поговорим о мощности. Будет ли диод нагреваться, сможете ли вы предсказать? Хорошо, потери энергии в диоде определяются Vf и током, протекающим через диод. Для обычного кремниевого диода с Vf = 0,7 В, при прохождении одного миллиампера, всего 0,7 мВт теряется на нагрев, так что это не проблема. Но уже при 3 А выделяется 2,1 Вт тепла, а это довольно много, так что вам придется использовать более крупный диод или использовать диод с низким прямым падением напряжения, например диод Шоттки. Их я рассмотрю в другом видео. Кстати, независимо от того, что кто-то говорит вам, при параллельном соединении диоды не смогут пропускать больший ток.
Что произойдет, если один диод закроется? Тепло, которое выделялось на нем, будет выделяться на других диодах. Старые диоды не идеальны, но я хочу поговорить не о коммутации скоростных диодов. Я использую диоды 1N4007, они предназначены для силовой электроники с низкой частотой переменного тока 50 — 60 Гц, как в вашем доме.
Теперь посмотрим, что происходит, когда я увеличиваю частоту. После около 15 кГц диод становится бесполезным, поскольку он начинает проводить в обратном направлении. Это потому, что диоду для переключения между открытым состоянием, позволяющим току двигаться вперед и закрытым требуется определенное количество времени. Разные диоды будут иметь разные скорости переключения. Так, если я заменю 1N4007 на 1N4148, то он будет хорошо работать, вплоть до 100 кГц и даже больше. Для работы с радиочастотами надо применять диоды, которые переключаются еще быстрее. Поэтому, когда вы проектируете что-то, вы должны думать о максимальном обратном напряжении вашего диода, прямом напряжении, номинальном токе и скорости переключения. Google всегда поможет вам в поиске справочной информации по диодам. Хорошо, что в большинстве случаев теорию работы диодов знать не обязательно. Так давайте использовать диоды, чтобы что-нибудь построить. Наиболее распространено использование диодов для преобразования переменного тока в постоянный, для питания различных устройств, которые есть у вас дома. Я собираюсь показать вам, как построить простой нерегулируемый источник питания постоянного тока очень похожий на этот. Я начну с тока малой силы, а затем я покажу вам, как улучшить конструкцию, чтобы работать с более мощной нагрузкой. Начинаем с преобразования напряжения сети в более низкое, безопасное переменное напряжение. Я покажу вам, как это сделать в моем руководстве по трансформаторам. При отсутствии нагрузки мой трансформатор дает мне хорошую чистую синусоиду около 39 вольт от пика до пика при 60 Гц. Я поставил диод 1N4007 и измерю напряжение до и после диода, можно увидеть срез отрицательного напряжения. Технически я преобразовал переменный ток в постоянный с помощью только одного диода, потому что я убрал все отрицательное напряжение. Но это не очень хороший постоянный ток, не так ли? Половину времени у вас странный горб по напряжению и половина времени у нас нет вообще ничего.
Если вам надо немного больше стабильности, для питания полезной нагрузки, мы добавим конденсатор, чтобы все наладить. Я начинаю с 1 мкФ, но чем больше емкость, тем лучше, потому что вы будете иметь больший энергетический накопитель. Это больше похоже на правду! Теперь у меня есть идеальный источник постоянного тока на 18,7 вольт. Всякий раз, когда вы делаете источник питания постоянного напряжения то лучшее, что вы можете увидеть на экране осциллографа- это постоянное стабильное напряжение. К сожалению, единственная причина, почему сейчас все выглядит идеально, то только потому, что я не успел подключить нагрузку. Конденсатор заряжается через диод, и сейчас нет ничего, что могло бы разрядить конденсатор. Итак, давайте посмотрим, что происходит, когда я добавляю резистор 4,7 кОм в качестве нагрузки. Закон Ома предсказывает, что должно быть только 4 мА нагрузки (что очень мало), но посмотрите, что происходит. Вы видите здесь, что, когда входное напряжение положительное, диод позволяет току протекать, так конденсатор заряжается. Но как только входное напряжение становится отрицательным, диод блокирует обратное протекание тока и единственный источник энергии это конденсатор на 1 мкФ. И как вы можете видеть его энергия быстро расходуется даже при низкой нагрузке. Так что же нам с этим делать? Давайте увеличим размер нашего резервуара энергии, чтобы его было достаточно, чтобы обеспечить нам питание до следующей положительной полуволны. Давайте заменим крошечный конденсатор на 1 мкФ на большой конденсатор на 470 мкФ, и посмотрим что происходит.
Это работает очень хорошо! Теперь у нас есть источник питания постоянного тока, который может выдавать ток в несколько миллиампер которого достаточно для питания некоторых датчиков и операционных усилителей. Хорошо, давайте модернизируем его на ступеньку выше. С нагрузкой в десять Ом, эта схема должна потреблять гораздо больше тока. Ну, что дело дрянь… мы вернулись к ситуации, когда напряжение проседает в каждом такте. Среднее напряжение 8 вольт, при токе около 0,8 ампер, но величина пульсаций напряжения огромна. Представьте себе, что мы попытаемся подключить что-то к этим… напряжение будет постоянно падать так низко, что никогда не будет оставаться постоянным! Так что даже 470 мкФ как накопителя энергии уже недостаточно. Мы можем попробовать решить проблему в лоб и добавить еще больше емкости.
Итак, давайте посмотрим, как схема работает с 3400 мкФ. Ну… это лучше… Теперь мы получили среднее напряжение около 12,5 вольт при токе около 1,25 А, но мы видим пульсации переменного тока 5 вольт, а это очень много. Можно продолжать добавлять емкость бесконечно, чтобы уменьшить количество провисания между циклами. Но для нагрузки в несколько ампер это становится непрактично и дорого. Но есть небольшая хитрость. Если взять четыре диода и расположить их таким образом, мы получим «диодный мост». Вот как это работает: В первой половине синусоиды, на верхний провод приходит положительная волна синусоиды, эти два диода открываются и пропускают ток. Далее диоды закрываются, блокируя любые возможные изменения направления тока. Теперь во второй половине синусоидальной волны, где верхний провод становятся отрицательным по отношению к нижнему проводу, другие два диода открываются, а два других закрыты. Таким образом, вместо того, чтобы терять нижнюю половину формы сигнала переменного тока, обрезав ее и никогда не используя, вы просто переворачиваете и перенаправляете ее. И на выходе вы получаете постоянный ток с пульсациями 120 Гц вместо 60 Гц.
И так же, как и раньше, вы можете обработать выходной сигнал конденсаторами, чтобы получить хорошее гладкое напряжение. Вы можете купить готовые мостовые выпрямители, но их легко построить самостоятельно. Вот мой мостового выпрямителя подключен к трансформатору. Я сделал его из четырех диодов 1N4007 и я потратил на них около 4 центов. Взгляните на то, как напряжение изменяется с положительного на отрицательное при 60 Гц, и теперь оно никогда не опускается ниже нуля вольт, и мы получаем эти положительные постоянные полуволны напряжения при 120 Гц. Это называется полным выпрямлением, потому что мы используем обе волны переменного тока. Теперь давайте вернемся к нашей макетной плате с нагрузкой десять Ом и посмотрим, как мостового выпрямитель работает с емкостью 470 мкФ по сравнению с одиночным диодом, который мы испытывали ранее.
Теперь у нас в среднем 11,6 вольт вместо 8 вольт, которые мы получали раньше с одного диода. И вы можете видеть, что это объясняется тем, что мостовой выпрямитель заряжает конденсатор в два раза чаще, потому что мы используем обе полуволны сети переменного тока 60 Гц. Теперь подумайте о том, насколько это большая разница, учитывая, что эти дополнительные диоды стоили мне только три цента.
Работу мостовых выпрямителей может быть немного трудно понять, но так как они работают так хорошо, все их используют. Теперь давайте сравним один диод с 3400 мкФ и мостовый выпрямитель с 3400 мкФ. Теперь мы получаем в среднем 13,5 вольт вместо 12,5 вольт и у нас есть пульсации только около одного или двух вольт. Другими словами, сочетание мостового выпрямителя с большой емкостью может преобразовать большой ток питания переменного тока в большой полезный ток питания постоянного тока. Просто имейте в виду, что ваши диоды и конденсаторы должны быть рассчитаны на то напряжение, с которым вы работаете.
То, что мы имеем сейчас, это в основном то же самое, что находится внутри этих дешевых маленьких нерегулируемых блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный, которые используются для питания радиостанций, часов и других домашних гаджетов. Мы могли бы сделать версию на 9 вольт, и она может питать старые Sega или Nintendo. Но я хочу подчеркнуть, что все это нерегулируемые источники питания. Это означает, что даже если мы успешно сгладим пульсации напряжения, то мы все равно столкнемся с проблемой изменения среднего напряжения под нагрузкой.
Без нагрузки это 18,7 вольт. А при 1 амперной нагрузке вы получите 13 вольт. Для некоторых схем это не будет иметь значения, если они предназначены для работы с широким диапазоном напряжений. Но многие устройства, такие как микроконтроллеры и другая цифровая электроника потребуют очень стабильный источник напряжения, и для этого вам нужно будет создать так называемый регулируемый источник напряжения. Про регуляторы напряжения я расскажу в другом видео. Теперь вы знаете, что делают диоды и как они преобразовывают переменный ток в постоянный.
_

Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.

Постоянный ток и его источники

У постоянного тока величина и направление не изменяются с течением времени. На современных приборах он обозначается буквами DC — сокращением от английского Direct Current (в дословном переводе – прямой ток). Его графическое обозначение:

Источниками постоянного тока являются батарейки и аккумуляторы. На нем работают все полупроводниковые электронные устройства: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, спутниковые системы. Для питания этих устройств от сети переменного тока в их входят блоки питания. Они понижают напряжение сети до нужной величины и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства для аккумуляторов тоже питаются от сети переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.

Переменный ток и его параметры

У переменного тока направление и величина циклически изменяются во времени. Цикл одного полного изменения (колебания) называется периодом (T) , а обратная ему величина – частотой (f) . Буквенное обозначение переменного тока – АС , сокращение от Alternating Current (знакопеременный ток), а графически он обозначается отрезком синусоиды:

После этого знака указывается напряжение, иногда – частота и количество фаз.

Переменный ток характеризуется параметрами:

Характеристика	Обозначение	Единица измерения	Описание
Число фаз			Однофазный
Число фаз			Трехфазный
Напряжение	U	вольт	Мгновенное значение
			Амплитудное значение
			Действующее значение
			Фазное
			Линейное
Период	Т	секунда	Время одного полного колебания
Частота	f	герц	Число колебаний за 1 секунду

Однофазный ток в чистом виде получается при помощи бензиновых и дизельных генераторов. В остальных случаях он – часть трехфазного, представляющего собой три изменяющихся по синусоидальному закону напряжения, равномерно сдвинутых друг относительно друга. Этот сдвиг по времени называется углом сдвига фаз и составляет 1/3Т.

Для передачи трехфазных напряжений используют четыре провода. Один является их общей точкой и называется нулевым (N), а три остальные называются фазами (L1, L2, L3) .

Напряжение между фазами называется линейным , а между фазой и нулем – фазным , оно меньше линейного в √3 раз. В нашей сети фазное напряжение равно 220 В, а линейное – 380 В.

Под мгновенным значением напряжения переменного тока понимают его величину в определенный момент времени t. Она изменяется с частотой f. Мгновенное значение напряжения в точке максимума называется амплитудным значением. Но не его измеряют вольтметры и мультиметры. Они показывают величину, в √2 раз меньшую, называемую действующим или эффективным значением напряжения . Физически это означает, что напряжение постоянного тока этой величины совершит такую же работу, как и измеряемое переменное напряжение.

Достоинства и недостатки переменного напряжения

Так почему же для энергоснабжения выбрали переменный ток, а не постоянный?

При передаче электроэнергии ток проходит по проводам, длиной сотни километров, нагревая их и рассеивая в воздухе энергию. Это неизбежно как для постоянного, так и для переменного токов. Но мощность потерь зависит только от сопротивления проводов и тока в них:

Мощность, которую передается по линии, равна:

Отсюда следует, что при увеличении напряжения для передачи той же мощности нужен меньший ток, и мощность потерь при этом уменьшается. Вот поэтому протяженных ЛЭП напряжение повышают. Есть линии на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ и даже 1150кВ.

Но в процессе передачи электроэнергии от источника к потребителю напряжение нужно неоднократно изменять. Проще это сделать на переменном токе, используя трансформаторы.

Недостатки переменного тока проявляются при передаче энергии по кабельным линиям. Кабели имеют емкостное сопротивление между фазами и относительно земли, а емкость проводит переменный ток. Появляется утечка, нагревающая изоляцию и выводящая со временем ее из строя.

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

Процесс получения из переменного тока постоянного называется выпрямлением , а устройства – выпрямителями . Основная деталь выпрямителя – полупроводниковый диод , проводящий ток только в одном направлении. В результате выпрямления получается пульсирующий ток, меняющий со временем свою величину, но не изменяющий знак.

Затем пульсации устраняют при помощи фильтров , простейшим из них является конденсатор . Полностью пульсации устранить невозможно, а их конечный уровень зависит от схемы выпрямителя и качества фильтра. Сложность и стоимость выпрямителей зависит от величины пульсаций на выходе и от максимальной мощности на выходе.

Для преобразования в переменный ток используются инверторы . Принцип их работы состоит в генерации переменного напряжения с формой, максимально приближенной к синусоидальной. Пример такого устройства – автомобильный инвертор для подключения к бортовой сети бытовых приборов или инструмента.

Чем качественнее и дороже инвертор, тем больше его мощность или точнее выдаваемое им напряжение приближается к синусоиде.

1.3. Преобразование переменного тока

в постоянный и постоянного в переменный

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами, т. е. генераторами переменного тока, который удобно преобразовывать трансформаторами и передавать на большие расстояния. Между тем имеется ряд технологических процессов, требующих постоянного тока: электролиз, зарядка аккумуляторов и т. д. Поэтому часто возникает необходимость преобразования переменного тока в постоянный и обратно.

Широко распространенные в начале XX в. электромашинные преобразователи (одноякорные преобразователи и мотор-генераторные установки) уступили свое место более компактным и бесшумным полупроводниковым выпрямителям. Благодаря высоким

Рис. 1.12. Двухтактный однофазный выпрямитель

эксплуатационным показателям и малым габаритам полупроводниковых выпрямителей появилась тенденция к замене генераторов постоянного тока синхронными генераторами, имеющими на выходе полупроводниковый выпрямитель. Таким образом, появились новые классы машин — трансформаторов и синхронных,- постоянно работающих с выпрямителями. Однако работа электрической машины на выпрямитель имеет особенности, которые надо учитывать при проектировании этих машин и анализе процессов, происходящих в них.

Преобразование переменного тока в постоянный производится с помощью полупроводниковых вентилей, имеющих одностороннюю проводимость. На рис. 1.12 и 1.13 показаны наиболее распространенные схемы выпрямителей: однофазного (рис.-грузке весьма значительны, а частота переменной составляющей в 2 раза выше частоты переменного тока (рис. 1.12, б). При трехфазном мостовом выпрямлении схема получается шеститактной и пульсации напряжения невелики — менее 6% от постоянной составляющей (рис. 1.13, б).

Ток в цепи нагрузки обычно сглажен сильнее, чем напряжение, так как цепь нагрузки часто содержит индуктивность, представляющую большое сопротивление для переменной составляющей тока и малое — для постоянной.

Если считать ток в нагрузке /в), содержащий высшие гармоники, повышающие нагрев обмоток. Кроме того, при использовании схем выпрямления с нулевой точкой имеется постоянная составляющая тока в обмотках (рис. 1.12,6). Из-за этого резко возрастает действующее значение тока и нужно принимать меры против создания постоянного подмагничивания стержня. Для предотвращения этого явления, например, в однофазных трансформаторах применяют либо броневую конструкцию (рис. 1.14), либо на каждом стержне располагают все обмотки трансформатора, деля их пополам.

Большое влияние на работу выпрямителя (рис. 1.15, о) оказывает коммутация тока — процесс перехода с одного вентиля на другой.

Из-за наличия индуктивностей в токопроводящей цепи и индуктивности, обусловленной потоками рассеяния трансформатора, ток с одного вентиля переходит на другой не мгновенно, а за период коммутации Г к, которому соответствует угол коммутации у (рис. 1.15, б).

Для простоты предположим, что ток в нагрузке Id идеально сглажен. Тогда сумма токов через первый и второй вентили i a \ и iai в процессе коммутации неизменна:

Рис. 1.14. Схематический чертеж броневого трансформатора

В момент начала коммутации, когда значение ЭДС проходит через нуль и меняет знак, обмотка трансформатора становится замкнутой накоротко и для ее контура можно написать уравнение

Во время коммутации напряжение на нагрузке СЛг=0,5(е 2а + +е 2 ь) и в однофазном выпрямителе равно нулю (рис. 1.15, б). Следовательно, из-за коммутации уменьшается выпрямленное напряжение и увеличивается его пульсация. Поскольку угол коммутации у тем больше, чем больше ток нагрузки I d и индуктивное сопротивление х а, для повышения качества выпрямителя желательно, чтобы питающая его машина имела небольшое индуктивное сопротивление. В трансформаторе х а равно индуктивному сопротивлению, обусловленному потоками рассеяния, и определяется из опыта короткого замыкания В синхронном генераторе

где Ха» и x q » — сверхпереходные индуктивности по продольной и поперечной осям соответственно, учитывающие наличие тока в демпферной обмотке.

Таким образом, синхронные генераторы, предназначенные для работы на выпрямитель, должны быть рассчитаны на работу с несинусоидальным током и иметь демпферную обмотку.

Коэффициент мощности генератора, работающего на нерегулируемый выпрямитель,

Рис. 1.16. Схема однофазного инвертора

где v«0,9 — коэффициент искажения; >ф«0,5у- угол сдвига тока относительно первой гармоники напряжения.

Преобразование постоянного тока в переменный производится с помощью инверторов, в которых используются управляемые вентили: транзисторы, тиристоры и др.

Схема однофазного инвертора представлена на рис. 1.16. Включение вентилей инвертора производится поочередно каждый полупериод таким образом, чтобы направление тока во вторичной обмотке трансформатора было противоположно направлению ЭДС в этой обмотке, т. е. чтобы энергия передавалась от источника постоянного тока в сеть переменного тока.

Инверторы имеют сравнительно сложную систему автоматического управления, что ведет к повышению их стоимости и уменьшению надежности по сравнению с неуправляемыми выпрямителями.

Кроме того, в инверторе возможно появление режима сквозного горения, когда ток в обмотке совпадает по фазе с ее ЭДС. Такой режим возможен либо при неисправности в системе управления, либо при слишком большом угле коммутации. При сквозном горении обычно ток возрастает до недопустимого значения и обычно полупроводниковые вентили выходят из строя. Большое число элементов в системе управления и возможность аварийного режима сквозного горения делают надежность инверторов значительно ниже, чем у неуправляемых выпрямителей: наработка на отказ уменьшается в 50… 100 раз.

Перспективна идея питания от инверторов асинхронных и синхронных двигателей. Изменяя частоту включения вентилей, можно менять частоту напряжения на выводах статора двигателя и тем самым экономично (без сопротивлений) регулировать угловую скорость. Такой способ регулирования скорости называется частотным. Однако низкая надежность систем с инверторами — преобразователями частоты препятствует их широкому применению.

В настоящее время частотное регулирование скорости применяется только в особых условиях, где не могут работать двигатели постоянного тока, погруженные в жидкость: двигатели судов, нефтепроводов, двигатели шаровых мельниц и т. д.

Рис. 1.17. Устройство машины постоянного тока

Имеются экспериментальные образцы с частотным регулированием в крановом и тяговом электрооборудовании.

В машине постоянного тока имеется своеобразный преобразователь- коллектор, который в генераторном режиме является выпрямителем, а в двигательном — преобразователем частоты.

Конструкция машины постоянного тока сходна с конструкцией обращенной синхронной машины, у которой обмотка якоря находится на роторе, а магнитные полюсы неподвижны. При вращении якоря (ротора) в проводниках обмотки индуцируется ЭДС, направленная так, как это показано на поперечном разрезе рис. 1.17, а.

В проводниках, расположенных по одну сторону линии симметрии, разделяющей полюсы, ЭДС направлена всегда в одну сторону, независимо от угловой скорости. При вращении одни проводники уходят под другой полюс, на их место приходят другие проводники, а в пространстве, под полюсом одной полярности, картина почти неподвижна, только одни проводники сменяются другими. Следовательно, возможно получить практически неизменную ЭДС от этой части обмотки.

Постоянная ЭДС получается с помощью скользящего контакта между обмоткой и внешней электрической цепью.

Проводники соединяются в витки с шагом ушт, как в машинах переменного тока, а затем витки соединяются последовательно один за другим, образуется замкнутая обмотка.

В половине обмотки (в двухполюсной машине) наводится ЭДС одного знака, а в другой — противоположного, как показано на эквивалентной схеме обмотки (рис. 1.17, б). По контуру обмотки ЭДС в ее частях направлены встречно и взаимно уравновешиваются. Вследствие этого при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии внешней нагрузки, по обмотке якоря ток не проходит.

Внешняя цепь соединяется с якорем через щетки, устанавливаемые на геометрической нейтрали.

Для улучшения контакта щетки выполняются в виде прямоугольных графитовых брусков, а скользят они по поверхности коллектора, который собирается из медных пластин, изолированных друг от друга.

В крупных машинах начало и конец каждого витка присоединяются к коллекторным пластинам; в малых машинах пластин

меньше, чем витков, и поэтому между двумя пластинами припаивается часть обмотки из нескольких витков — секция.

Под нагрузкой через проводники якоря проходит ток, направление которого определяется направлением ЭДС.

В связи с тем что ток нагрузки постоянен, в витках обмотки якоря ток имеет форму, близкую к прямоугольной (рис. 1.18, а).

При переходе витка из одной параллельной ветви в другую он замыкается накоротко щеткой на время, называемое периодом коммутации (рис. 1.18, б)

T K =bJv KOn , (1.66)

где Ь щ — ширина щетки; и К ол — линейная скорость точки, находящейся на поверхности коллектора.

В простейшем случае, когда щетка уже коллекторной пластины, для секции, замкнутой щеткой (рис. 1.18,0),

Рис. 1.18. Диаграммы токов при коммутации

где iiRi=AUi и i 2 R2=AU 2 — падение напряжения в щеточном контакте соответственно с первой и второй коллекторной пластинами; R c — активное сопротивление секции; L pe3 — результирующая индуктивность секции; е к — ЭДС от внешнего поля. Пренебрегая iR c ввиду малости R c , получим

Полученное основное уравнение коммутации (1.68) совпадает с уравнением коммутации в выпрямителе (1.рез, откуда

Это условие безыскровой коммутации сводится к тому, чтобы во всех режимах угол коммутации у был неизменен:

y=*T K =2vJ>JD a v Koll =2b»jD a , (1.71)

где D a — диаметр якоря; v a — линейная скорость точки, находящейся на поверхности якоря; Ь»щ=ЬщО а /О КО л — ширина щетки, приведенная к диаметру якоря.

Для выполнения этого условия ЭДС в зоне коммутации ЭДС е к создается специальными добавочными полюсами, обмотка которых включена последовательно в цепь якоря, а их магнитная цепь делается ненасыщенной.

Процесс коммутации в выпрямителях, инверторах и в машинах постоянного тока сходен. И в том и в другом случаях процесс изменения тока в период коммутации определяется значением и формой ЭДС в короткозамкнутом контуре. Поэтому нельзя уподоблять коллектор механическому выпрямителю, как это иногда делается .

Наличие коллектора вносит и свои особенности: усложняется конструкция машины и более дорогой становится эксплуатация. Однако эти недостатки электрических машин искупаются их основным преимуществом: в двигательном режиме случайные нарушения коммутации обычно приводят к небольшому подгару коллектора и щеток, а не к аварийному режиму опрокидывания, как в инверторах.

Вследствие этого надежность коллекторной машины постоянного тока значительно выше надежности системы «асинхронный двигатель- преобразователь частоты», ее КПД на 3…5% выше, машина значительно дешевле, имеет меньшие габариты и массу.

Эти преимущества и заставляют отдавать предпочтение машине постоянного тока, ограничивая применение асинхронного двигателя с частотным регулированием узкими рамками специфических устройств (двигатели, работающие в жидкости, и т. д.).

Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа

Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/40529

Title:	Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа
Authors:	Нгуен Ха Ча Ми
metadata.dc.contributor.advisor:	Торгаев, Станислав Николаевич
Keywords:	импульсные преобразователи; П- регулятор; ПИ- регулятор; ПИД- регулятор; выходное напряжение; постоянное напряжение; DC/DC switching-power converters; p controller; pi controller; PID controller; output voltage
Issue Date:	2017
Citation:	Нгуен Ха Ча Ми Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа : бакалаврская работа / Нгуен Ха Ча Ми ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт неразрушающего контроля (ИНК), Кафедра промышленной и медицинской электроники (ПМЭ) ; науч. рук. С. Н. Торгаев. — Томск, 2017.
Abstract:	Импульсные преобразователи постоянного напряжения в постоянное находят широкое применение в системах питания различной аппаратуры. В данной работы рассматривается импульсный преобразователя постоянного напряжения понижающего типа с системой управления, с помощью программы MATLAB/Simulink исследуется влияние коэффициентов П-, ПИ- и ПИД- регуляторов на выходные напряжения схемы понижающего преобразователи постоянного напряжения. DC/DC switching-power converters are widely used in electric power systems of various equipment. In this paper we consider the influence of P, PI and PID Controllers on the output voltages of the buck DC-DC converter by using program MATLAB / Simulink.
URI:	http://earchive.tpu.ru/handle/11683/40529
Appears in Collections:	Выпускные квалификационные работы (ВКР)

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток 12, 24 и 48 В

12 В	10А	12-15 В постоянного тока	120 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	32	124	102
24 В	5А	24-28 В постоянного тока	120 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	32	124	102	расширенный вход постоянного тока
12В	16А	12-15 В постоянного тока	192 Вт	AC 100-240V \| 110-150 В постоянного тока	39	124	117
12В	16А	12-15 В постоянного тока	192 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	39	124	117	расширенный вход постоянного тока
24 В	3.3А	24-28 В постоянного тока	80 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	32	124	102
5 В	3А	5-5.5 В постоянного тока	15 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	23	75	91
12В	1.3А	12-15 В постоянного тока	15 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	23	75	91
24 В	0.6А	24-28 В постоянного тока	15 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	23	75	91
24 В	1.3А	24-28 В постоянного тока	30 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91
5 В	5А	5-5.5 В постоянного тока	25 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91
10 В	3А	10-12 В постоянного тока	30 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91	очень низкий выходной шум
12В	2.5А	12-15 В постоянного тока	36 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91	двойное выходное напряжение
24 В	1.3А	24-28 В постоянного тока	30 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	23	75	91
24 В	2.1А	24-28 В постоянного тока	50 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91
24 В	2.1А	24-28 В постоянного тока	50 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91	оптимизирован для параллельного использования
12В	4.2А	12-15 В постоянного тока	50 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91
48 В	1.1А	48-56В постоянного тока	50 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91
24 В	2.1А	24-28 В постоянного тока	50 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91	конформное покрытие
24 В	2.1А	24-28 В постоянного тока	50 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	98	со штекером
12В	4.5А	12-15 В постоянного тока	54 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91
12В	4.5А	12-15 В постоянного тока	54 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91	-40 ° C рабочий
24 В	2.5А	24-28 В постоянного тока	60 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91
24 В	2.5А	24-28 В постоянного тока	60 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	45	75	91	-40 ° C рабочий
24 В	3А	24-28 В постоянного тока	72 Вт	AC 100-120V AC 220-240V \| Постоянный ток 290В	45	75	91
24 В	4А	24-28 В постоянного тока	95 Вт	AC 100-120V AC 220-240V \| Постоянный ток 290В	73	75	103	NEC класс 2
24 В	4.2А	24-28 В постоянного тока	100 Вт	AC 100-120V AC 220-240V \| Постоянный ток 290В	73	75	103
12В	7.5А	12-15 В постоянного тока	90 Вт	AC 100-120V AC 220-240V \| Постоянный ток 290В	73	75	103
48 В	2.1А	48-56В постоянного тока	100 Вт	AC 100-120V AC 220-240V \| Постоянный ток 290В	73	75	103
24 В	4.2А	24-28 В постоянного тока	100 Вт	AC 100-120V AC 220-240V \| Постоянный ток 290В	73	75	103	конформное покрытие
24 В	3.4А	24-28 В постоянного тока	80 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	32	124	102
24 В	5А	24-28 В постоянного тока	120 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	40	124	117
24 В	5А	24-28 В постоянного тока	120 Вт	100-240 В переменного тока \| 100-300 В постоянного тока	40	124	117	конформное покрытие, ATEX
12В	15А	12-15 В постоянного тока	180 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	60	124	117
24 В	10А	24-28 В постоянного тока	240 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	60	124	117
24 В	10А	24-28 В постоянного тока	240 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	60	124	117	конформное покрытие, ATEX
24 В	10А	24-28 В постоянного тока	240 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	60	124	117	конформное покрытие
24 В	10А	24-28 В постоянного тока	240 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	60	124	117	расширенный вход постоянного тока
28 В	8.6А	28-32 В постоянного тока	240 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	60	124	117
48 В	5А	48-56В постоянного тока	240 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	60	124	117
48 В	5А	48-56В постоянного тока	240 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-300 В постоянного тока	60	124	117	расширенный вход постоянного тока
24 В	20А	24-28 В постоянного тока	480 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	82	124	127
24 В	20А	24-28 В постоянного тока	480 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	82	124	127	конформное покрытие, ATEX
24 В	20А	24-28 В постоянного тока	480 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	82	124	127	конформное покрытие
36 В	13.3А	36-42 В постоянного тока	480 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	82	124	127
48 В	10А	48-55В постоянного тока	480 Вт	100-240 В переменного тока \| 110-150 В постоянного тока	82	124	127

Д.C. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток — обзор

Соображения относительно технологии конденсаторов

На более низких частотах в преобразователях постоянного тока преобладают магнитные поля, но на частотах выше 200 кГц наибольшим компонентом обычно являются входные и выходные байпасные конденсаторы. Это делает важным выбор правильной технологии конденсаторов для приложений критического размера. Наиболее важным параметром при выборе конденсатора является зависимость стоимости от размера и импеданса. Входные и выходные конденсаторы должны иметь низкое сопротивление на частоте коммутации, чтобы ограничивать пульсации напряжения и рассеиваемую мощность.

Также желательно иметь низкий импеданс на гораздо более высоких частотах, потому что возникают узкие пики большой амплитуды, если конденсатор имеет даже несколько нГн индуктивности. Амплитуда этих выбросов определяется скоростью нарастания тока (dI / dt), подаваемого на конденсатор. Для высокоскоростного преобразователя dI / dt может достигать 0,5 А / нс. Даже 3 нГн индуктивности выводов конденсатора создадут выбросы (0,5 e ⁹) (3 e ⁻⁹) = 1,5 В. Во второй части этой заметки по проектированию показано, как ослабить эти выбросы с помощью паразитных элементов печатной платы.

На рис. 26.1 показаны характеристики импеданса наиболее популярных конденсаторов импульсных стабилизаторов. Это электролитический алюминий, твердый тантал, OS-CON и керамика. В рамках одной технологии импеданс на более низких частотах имеет тенденцию точно соответствовать физическому объему конденсатора, при этом больший объем дает более низкий импеданс.

Рисунок 26.1. Импеданс конденсатора

Алюминиевые электролиты работают плохо и редко используются на частотах выше 100 кГц, но их низкая стоимость и более высокое напряжение могут привести к их использованию для приложений с байпасом входа.

Твердые танталовые конденсаторы имеют небольшой размер, низкий импеданс и низкую добротность (для предотвращения проблем со стабильностью контура). Обратной стороной тантала является ограниченное напряжение, обычно максимум 50 В, и склонность небольшого процента блоков к самоуничтожению при воздействии очень высоких импульсных токов включения. AVX решает эту проблему с помощью своей линейки TPS, которая отличается более прочной конструкцией и специальными импульсными испытаниями. Даже блоки TPS должны быть снижены по напряжению на 2: 1, если ожидаются сильные скачки включения, что ограничивает практическое рабочее напряжение до 25 В.Даже с учетом их недостатков твердый тантал, по-видимому, является предпочтительной технологией для средне- и высокочастотных преобразователей постоянного тока в постоянный.

Конденсаторы OS-CON от Sanyo и Marcon изготовлены из полупроводникового диэлектрика, который дает очень низкий импеданс на единицу объема. Они значительно превосходят алюминиевые блоки, но имеют несколько собственных недостатков. Максимальное напряжение составляет 25 В, высота значительно больше, чем у твердого тантала, и большинство устройств не монтируются на поверхность. Очень низкое последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов OS-CON также может вызвать проблемы со стабильностью контура в импульсных регуляторах.

Керамические конденсаторы имеют самый низкий импеданс на частоте 500 кГц и выше, но они страдают от высокой стоимости, большой занимаемой площади и ограниченного температурного диапазона. Они, вероятно, лучше всего подходят для обхода входа при более высоких напряжениях и приложениях с очень высокой частотой (≥1 МГц).

Обратите внимание, что на высоких частотах большинство конденсаторов приближается к индуктивной линии от 1 нГн до 5 нГн. Меньшие блоки, включенные параллельно, уменьшат эффективную индуктивность, но стоимость возрастет.

Заряженные электромобили | Более пристальный взгляд на преобразователи постоянного тока в постоянный

Насколько нам известно, все электромобили, производимые крупными автопроизводителями, используют обычную свинцово-кислотную батарею для системы 12 В (удивительно, но факт — подробнее о том, почему, чуть позже), и это аккумулятор требует зарядки, как и в автомобиле с ДВС.В то время как вы можете повесить генератор переменного тока на тяговый двигатель, чтобы поддерживать заряд батареи 12 В и обеспечивать среднюю мощность, требуемую системой 12 В, более эффективным (если не обязательно более экономичным) решением является изолированное от трансформатора устройство постоянного тока. Преобразователь постоянного тока между тяговым аккумулятором и аккумулятором на 12 В.

Интересно, что Hyundai Ioniq Hybrid 2017 перешел на бессвинцовый

Хотя 12-вольтовой батарее электромобиля больше не приходится бороться с проворачиванием двигателя — обеспечение коротких, но мощных всплесков тока — это цель, для которой свинцово-кислотные соединения действительно превосходны — свинцово-кислотный состав, тем не менее, остается хорошим выбором для троих. Основные причины: он очень устойчив к злоупотреблениям, общедоступен (читай: рентабелен) и, что наиболее важно для транспортных средств, может работать в гораздо более широком диапазоне температур, чем любой другой выбор химии (от -25 ° до 55 ° C) .Напротив, литий-ионный тяговый аккумулятор требует строгой защиты от перезарядки или разрядки, а диапазон температур, в котором он может использоваться, гораздо более ограничен (обычно от 5 ° до 45 ° C). Кроме того, несмотря на то, что в продаже имеются литий-ионные автомобильные аккумуляторы на 12 В, они по-прежнему являются специальными элементами, предназначенными для гонок или других приложений, чувствительных к весу / не требующих затрат; т. е. вы не можете забрать его у местного продавца автозапчастей.

Точно так же традиционный синхронный генератор переменного тока с фазным ротором и ротором — также известный как генератор переменного тока — является надежным и очень экономичным выбором для поддержания заряда аккумуляторной батареи 12 В и обеспечения средней мощности, необходимой для нагрузки 12 В в автомобилях с ДВС.Его основным недостатком является низкий КПД (50-60%), но затраты или усилия на сокращение нескольких сотен ватт потерь от генератора вряд ли стоят затраченных усилий, когда ДВС, который его приводит в движение, сбрасывает от нескольких десятков до сотен киловатт энергии. отходящее тепло от его радиатора (то есть потери генератора равняются пресловутой «ошибке округления» в общих потерях трансмиссии ДВС). Однако это не относится к электромобилю, поскольку энергоэффективность его электрической трансмиссии (аккумулятор, инвертор и двигатель) может достигать 85%, поэтому несколько сотен ватт дополнительных потерь значительно добавят к общей сумме.

Учитывая, что электромобили по-прежнему используют свинцово-кислотную батарею для системы 12 В, и что преобразователь постоянного тока в постоянный является предпочтительным средством поддержания заряда этой батареи, следующим шагом является определение функциональной спецификации для последней. Это, как правило, тот момент, когда многие производители электромобилей и OEM-производителей уровня 1 разрывают любые связи с практичностью: преобразователь постоянного тока в постоянный стоит намного больше, чем генератор переменного тока из расчета доллар за ватт, но многие из них намного мощнее и мощнее. сложнее, чем необходимо (в резком контрасте со скромным генератором переменного тока, который является прекрасным примером «экономичного инжиниринга»).Например, многие преобразователи постоянного тока в постоянный, разработанные для электромобилей, являются двунаправленными; то есть, энергия также может передаваться от аккумулятора 12 В к тяговому аккумулятору, а не только наоборот. Практического сценария, в котором это имеет смысл, не существует, поскольку аккумулятор на 12 В обычно рассчитан на хранение около 300-600 ватт-часов энергии и должен обеспечивать множество паразитных / резервных нагрузок, когда электромобиль выключен, тогда как тяговая батарея обычно хранит несколько десятков киловатт-часов, и единственные паразитные нагрузки, когда электромобиль выключен (и, конечно, не заряжается), исходят от системы управления аккумулятором и, если необходимо, от системы контроля температуры.Кроме того, все литий-ионные химические соединения демонстрируют гораздо меньший саморазряд, чем свинцово-кислотные, поэтому, если какая-либо батарея собирается умереть, если электромобиль отключен от зарядного устройства слишком долго, это будет аккумулятор 12 В.

Еще одна спецификация, которая часто соответствует старой пиле: «Ничто не помогает лучше, чем избыток», — это номинальная выходная мощность. Существуют коммерчески доступные преобразователи постоянного тока в постоянный ток от OEM-производителей уровня 1, рассчитанные на 2,2 кВт или ~ 160 А при 13,8 В. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток модели S 2016 года рассчитан на 2,5 кВт (~ 180 А при 13,8 В.8 В), и даже Nissan Leaf 2016 года получит преобразователь на 135 А. Сравните это с генератором на 160 А для Cadillac Escalade 2016 года со всеми возможными вариантами мощности (и замена доступна во многих розничных магазинах автозапчастей всего за 170 долларов + основная плата)! Можно было бы надеяться, что все OEM-производители электромобилей действительно измеряют пиковое и среднее потребление тока в системе 12 В каждой из своих моделей для определения размера преобразователя постоянного тока в постоянный, но все же трудно поверить, что этот спрос превысит спрос на автомобиль с ДВС; в конце концов, многие из наиболее энергоемких аксессуаров (гидроусилитель руля, кондиционер и т. д.) может питаться непосредственно от тягового аккумулятора электромобиля.

Последняя важная спецификация — методология или алгоритм начисления платы. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как правило, служат дольше всего при умеренной глубине разряда (не более 50%) и использовании так называемого «3-ступенчатого» цикла зарядки: основная фаза работает при постоянном токе, чтобы поднять аккумулятор. до 80% заряда; фаза поглощения поддерживает постоянное напряжение, в то время как ток уменьшается, чтобы довести батарею до почти 100% SoC; фаза плавающего режима несколько снижает напряжение по сравнению с фазой поглощения, чтобы противодействовать саморазряду.Также должна быть небольшая температурная зависимость для напряжений поглощения и подзарядки, составляющая примерно -5 мВ / ° C на элемент (что работает до -30 мВ / ° C для батареи 12 В).

Существует множество топологий, которые можно использовать в преобразователе постоянного тока электромобиля, но лишь немногие из них действительно практичны, а конфигурация / сложность вторичной стороны, в частности, сильно зависит от номинального тока и, конечно же, от должен ли конвертер работать в двух направлениях. Вообще говоря, при этом уровне мощности и диапазоне входного напряжения (200-600 В постоянного тока) классический 4-х переключательный полный (или «H») мост является безопасным выбором для цепи первичной стороны, будь то фазовый сдвиг или модуляция рабочего цикла. схема используется.Если перед переключателями установлен конденсатор входного фильтра, то на мост подается напряжение. Эта конфигурация менее устойчива к любому току пульсаций, который может генерироваться основным тяговым инвертором, что может быть значительной проблемой для электромобилей. Также не должно быть никакого перекрытия во времени включения каждого участка моста (то есть должно быть некоторое «мертвое время» в каждом полупериоде).

Версия с питанием по току заменяет шунтирующий входной конденсатор последовательным дросселем, поэтому переключатели питаются от источника тока с высоким импедансом.Это делает мост очень устойчивым к коротким замыканиям на выходе и любому току пульсаций на шине постоянного тока — оба очень желательных атрибута в этом приложении — но время включения каждой ветви моста с питанием по току должно перекрываться, иначе переключатели будут разрушены (если вы прерываете прохождение тока через дроссель, он создаст любое необходимое напряжение — т. е. дугу — для поддержания указанного потока). К сожалению, эта, казалось бы, незначительная деталь означает, что нельзя использовать ни одну из самых популярных ИС управления импульсным источником питания, поскольку они обеспечивают минимальное время простоя между противоположными переключателями; Другими словами, они ориентированы на топологию источника напряжения.Следовательно, преобразователи с питанием от тока, как правило, требуют гораздо больше усилий при проектировании для запуска и отладки, поэтому, несмотря на их преимущества, их выбирают реже.

Что касается вторичной стороны, если преобразователь должен работать в двух направлениях, то потребуется полный мост из активных переключателей, а не пассивных диодов. Это реверсирование потока энергии также инвертирует работу преобразователя — то есть, если преобразователь представляет собой мост с питанием от напряжения в прямом направлении, он будет мостом с питанием по току в обратном направлении, потому что выходной дроссель моста с питанием от напряжения становится входным дросселем моста с питанием по току (см. рисунок 1).

Как можно заключить из приведенного выше объяснения различных требований к синхронизации для переключателей в мостах с питанием по напряжению и по току, это довольно усложняет управление преобразователем и почти требует, чтобы оно было реализовано либо в программном обеспечении (с микроконтроллер или DSP), с некоторым довольно громоздким специализированным оборудованием (например, логическими вентилями) или с относительно дорогой программируемой вентильной матрицей (FPGA). Еще одна сложность заключается в том, что передаточная функция двух преобразователей — в основном, как выходное напряжение соотносится с рабочим циклом переключателя — сильно различается в режиме с питанием по напряжению (понижающим) и режимом с питанием по току (повышением).Отношение выходного напряжения к рабочему циклу переключения, в то время как входное напряжение и ток нагрузки постоянны, является линейной и внутренне стабильной функцией понижающего преобразователя. Напротив, выходное напряжение растет все более быстрыми темпами с рабочим циклом в повышающем преобразователе (приближается к бесконечности, когда рабочий цикл стремится к 100%), и оно также по своей природе нестабильно из-за наличия печально известного (для инженеров, во всяком случае) правого Half Plane Zero, в котором любое увеличение рабочего цикла в режиме непрерывной проводимости изначально вызывает снижение выходного напряжения, потому что ток подается на выход только при выключенном переключателе в преобразователях с повышающим преобразователем.На самом деле, когда требуется двунаправленная работа, почти все становится большой головной болью, и серьезное снижение надежности также неизбежно, так что лучше иметь чрезвычайно вескую причину для того, чтобы пойти по этому пути.

Синхронное выпрямление — это одно из приложений для управляемых переключателей на вторичной стороне преобразователя постоянного тока в постоянный, что стоит головной боли . В синхронном выпрямителе МОП-транзисторы, в частности, заменяют пассивные диоды в обычном мостовом выпрямителе, поскольку они могут проводить ток в любом направлении и действовать как сопротивление очень низкого значения при включении.В простейшей схеме синхронного выпрямления полевые МОП-транзисторы SR включаются и выключаются, когда пассивные диоды естественным образом переключаются, что сначала может показаться бессмысленным, но преимущество состоит в том, что падение напряжения на правильно выбранном МОП-транзисторе будет намного ниже, чем даже падение напряжения на правильно выбранном МОП-транзисторе. диод с барьером Шоттки. Например, типичный диод Шоттки, рассчитанный на 30 В, будет иметь падение напряжения около 0,6 В при номинальном прямом токе, в то время как типичный полевой МОП-транзистор на 30 В с соответствующим номинальным током будет демонстрировать сопротивление около 1 мОм при включении, в результате чего падение всего 0.05 В при 50 А (практический верхний предел тока через каждое полупроводниковое устройство, установленное на плате). Поскольку в полном мосту последовательно соединены два переключателя, выпрямитель, состоящий из диодов Шоттки, упадет на 1,2 В для немедленного 10-точечного повышения эффективности на выходе 12 В (и потребует избавления от 60 Вт избыточного тепла. при 50 А). Напротив, мостовой выпрямитель, состоящий из полевых МОП-транзисторов с сопротивлением 1 мОм, упадет на 0,1 В при 50 А, вычитая всего 1 балл из эффективности и генерируя всего 5 Вт отработанного тепла.

На данный момент всем DC-DC преобразователям для OEM-производителей предстоит пройти долгий путь, прежде чем они приблизятся к экономичности / стоимости своих электромеханических аналогов (или даже их аналогов с питанием от сети). Они слишком мощные, слишком сложные и далеко не такие надежные, как генераторы. Тем не менее, потребовалось много лет, прежде чем все недостатки были устранены и с генераторами переменного тока; У первых моделей было много проблем, в частности, с регуляторами управления полем и выпрямителями. В то же время лучший способ стимулировать дальнейший прогресс в технологии электромобилей — это продолжать покупать их и управлять ими.

Интересно, что Hyundai Ioniq Hybrid 2017 перешел на бессвинцовый

В 2017 году Hyundai запустила свою новую платформу Ioniq с тремя различными вариантами трансмиссии — гибридной, подключаемой гибридной и полностью электрической. В то время как версии PHEV и EV включали свинцово-кислотные батареи для питания систем 12 В, в гибридной трансмиссии использовались литий-ионные элементы — это первый раз, когда мы увидели серийный автомобиль любого типа, в котором не используются свинцово-кислотные. для питания низковольтных цепей.

Hyundai называет это объединенным аккумулятором на 12 В. Литий-ионный аккумулятор низкого напряжения расположен непосредственно рядом с высоковольтной тяговой батареей, хотя они электрически изолированы. У автомобиля также есть кнопка сброса заряда аккумулятора 12 В слева от рулевого колеса, которую дизайнеры описывают как функцию запуска от внешнего источника. Когда автомобиль выключен, высоковольтная аккумуляторная батарея отключается, и можно полностью разрядить аккумулятор на 12 В — например, оставив фары включенными.Кнопка пуска с самовосстановлением потребляет небольшое количество энергии для размыкания реле и позволяет тяговому аккумулятору заряжать систему 12 В, чтобы автомобиль мог снова запуститься.

В Ioniq EV используется свинцово-кислотная батарея на 12 В (на фото выше), а в Ioniq Hybrid используется литий-ионная система на 12 В.

После интервью с руководителями Hyundai на мероприятии по запуску Ioniq выяснилось, что Charged пришло к выводу, что интересное инженерное решение было продиктовано директивой компании, чтобы быть лучшим по эффективности для бензинового гибрида.Для этой конкретной трансмиссии математика пришла к выводу, что избавление от лишних фунтов свинца оказалось наиболее целесообразным. Hyundai сказал, что, используя литий-ионные элементы для нагрузок 12 В, он может устранить батарею AGM на 50 Ач, убрать 26 фунтов с автомобиля и увеличить грузоподъемность на 2,4%.

Эта статья впервые появилась в Платном выпуске 38 — июль / август 2018 г. — Подпишитесь сейчас.

Преобразователи постоянного тока в постоянный

| От 3 до 50 ампер | 12 В постоянного тока | 24 В постоянного тока | 48V DC | 72V DC | 110 В постоянного тока | Крепление в стойку | Мобильное крепление | Настенное крепление

Диапазон напряжения / мощности: Вход 12, 24, 48, 72, 110 В постоянного тока, выход 12 или 24 В постоянного тока, 3-50 А
Конфигурации: Изолированный / неизолированный, Повышающий, Понижающий, Стабилизаторы , Зарядное устройство, Крепление в стойку, Мобильный, Настенное, Настольное

Преобразователи постоянного тока в постоянный для монтажа в стойку

Преобразователь постоянного тока для монтажа в стойку

Вход: 24 или 48 В постоянного тока
Выход: 12, 24 или 48 В постоянного тока, 15-30 А

Пунктам связи

требуются изолированные преобразователи постоянного тока, чтобы обеспечить отличное регулирование напряжения, низкий уровень шума и высокую эффективность преобразования напряжения.Надежность жизненно важна при непрерывной эксплуатации и высоких температурах окружающей среды.
Эти блоки допускают широкий диапазон входного напряжения при номинальном напряжении 24 или 48 В постоянного тока, положительном или отрицательном заземлении и вырабатывают чистую мощность 12, 24 или 48 В. Твердотельная схема разработана консервативно, полупроводники выбраны и испытаны, чтобы выдерживать 200% нормальной рабочей мощности.

Узнать больше

Модульная система преобразователя постоянного тока в постоянный

Вход: 24 или 48 В постоянного тока
Выход: 24 или 48 В постоянного тока, 1500 — 3000 Вт

Преобразуйте 48 в 24 или 24 в 48 вольт с помощью этой компактной системы преобразователя постоянного тока с высокой плотностью мощности (1RU).Вход с широким диапазоном обеспечивает хорошо регулируемый (изолированный) выход даже при низком напряжении источника. Несколько отсеков питания принимают модули преобразователей мощностью 1500 Вт, обеспечивая масштабируемость системы, распределение нагрузки и резервирование N + 1 для обеспечения высокой надежности. Встроенный дистанционный мониторинг с помощью контактов сигнализации формы C предупреждает операторов о серьезных и незначительных неисправностях.

Узнать больше

Преобразователи постоянного тока в постоянный для мобильных устройств

Стандартная серия

Вход: 24 или 48 В постоянного тока, отрицательное заземление
Выход: 12 или 24 В постоянного тока, 3-50 А

Преобразуйте входное напряжение 20-50 В постоянного тока в выходное заземление с отрицательным заземлением 12 или 24 В постоянного тока для питания коммуникационного / навигационного оборудования в системах с отрицательным заземлением.(См. раздел «Изолированная серия» для приложений с положительным заземлением.) Идеально подходит для питания приемопередатчиков голоса и данных в мобильных приложениях.

Узнать больше

Серия с изоляцией и защитой от шипов

Вход: 24, 36, 48, 72 или 110 В постоянного тока, положительное или отрицательное заземление
Выход: 12 или 24 В постоянного тока, 6-35 А

Преобразователи серии

с изоляцией и защитой от всплесков предлагают преимущества изолированного преобразователя, а также защиту от переходных процессов в линии и скачков напряжения, обычно вызываемых большими двигателями постоянного тока и переходными процессами переключения, которые часто встречаются на вилочных погрузчиках, локомотивах и легкорельсовых транспортных средствах.Цепь переходной энергии фиксирует всплески на входе до безопасного уровня, защищая как преобразователь, так и оборудование с питанием. Прочная конструкция корпуса и внутренние компоненты предназначены для работы в условиях сильной вибрации.

Узнать больше

Стабилизаторы напряжения, мобильная установка

Стабилизатор серии

Вход: 12 или 24
Положительное или отрицательное заземление
Вход Выход
12-12
24-24
3-35 А

Подайте на чувствительную электронику правильное напряжение независимо от состояния батареи.Эти стабилизирующие преобразователи обеспечивают непрерывный, точно регулируемый выходной сигнал во всем диапазоне полезного напряжения батареи. Это предотвращает воздействие на нагрузку колебания входного напряжения, которое может вызвать отключение, снизить производительность и, возможно, повредить чувствительную схему.

Узнать больше

Изолированная серия

Вход: 12, 24 или 48 В постоянного тока, положительное или отрицательное заземление
Выход: 12 или 24 В постоянного тока, 3-35 А

Эта серия обеспечивает преобразование напряжения, а также изоляцию входа / выхода, что позволяет использовать электронику с отрицательным заземлением на внедорожных транспортных средствах, в которых обычно используются аккумуляторные системы с положительным заземлением.Также может использоваться как стабилизатор напряжения и фильтр для чувствительного оборудования.

Узнать больше

В чем разница между источниками питания AC-DC и DC-DC?

ПРЯМОЙ ТОК В чем разница между источниками питания AC-DC и DC-DC?

25.03.2020 Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

Источники питания преобразуют источник питания, такой как переменный ток (AC) от электрической розетки, в тип электричества, необходимый для приложения, например постоянный ток (DC) для устройства с батарейным питанием.

Связанные компании

Преобразователь постоянного тока в постоянный — это электронная схема или электромеханическое устройство, которое преобразует источник постоянного тока (DC) из одного уровня напряжения в другой.

(Источник: Adobe Stock)

И хотя некоторые из наиболее известных устройств преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC), есть также вариант с источниками питания DC-DC. Давайте посмотрим на разницу между источниками питания AC-DC и DC-DC.

Если вам нужно научиться работать быстрее, мы рекомендуем сначала прочитать нашу статью о разнице между источниками питания переменного и постоянного тока.

Как работает блок питания постоянного и переменного тока?

В зданиях, где требуется питание многих устройств, обычно используются источники питания переменного и постоянного тока.

Преобразователи

AC-DC получают питание переменного тока от настенных розеток и преобразуют его в нерегулируемый постоянный ток. Эти источники питания включают в себя трансформаторы, которые изменяют напряжение переменного тока, поступающего через настенные розетки, выпрямители, чтобы сохранить его с переменного тока на постоянный, и фильтр, который удаляет шум из пиков и истинных волн переменного тока.Обычно напряжение понижается трансформатором до напряжения, необходимого для питаемого устройства.

На первом этапе преобразования переменного тока в постоянный напряжение выпрямляется с помощью ряда диодов. Это преобразует синусоидальную волну переменного тока в серию положительных пиков с помощью выпрямителя. Однако в этот момент все еще существует флуктуация формы волны — время между пиками, — которую необходимо устранить.

Чтобы отфильтровать это, используется конденсатор, создающий резервуар энергии, который затем прикладывается к нагрузке, когда ее напряжение падает.Конденсатор накапливает поступающую энергию на переднем фронте и расширяет ее при падении напряжения, значительно сокращая случаи падения напряжения. Как правило, чем выше емкость конденсатора, тем выше качество источника питания.

После преобразования напряжения изменение выходного сигнала сглаживается путем пропускания напряжения через регулятор для создания фиксированного выходного постоянного тока.

Нерегулируемый и регулируемый источник питания

Существует две разновидности источника переменного тока — нерегулируемый и регулируемый.

В нерегулируемом источнике питания пульсации напряжения остаются на уровне выходного напряжения. А поскольку нерегулируемые источники питания демонстрируют пульсации напряжения, регулируемый источник питания всегда должен использоваться вместо нерегулируемого источника питания, если есть какая-либо двусмысленность относительно того, какой из них следует использовать для данного устройства или приложения. Это связано с тем, что пульсации напряжения могут вызвать повреждение электронных компонентов. По этой причине многие источники питания переменного и постоянного тока включают в себя регулятор.

Как работает блок питания постоянного и постоянного тока?

Некоторым устройствам, особенно тем, которые питаются от батарей или солнечных элементов, требуется питание постоянного тока с различными уровнями напряжения, и здесь на помощь приходит преобразователь постоянного тока в постоянный.Источник питания постоянного тока преобразует постоянный ток, исходящий от источника питания (батареи), с одного уровня напряжения на другой в зависимости от потребностей устройства, на которое подается питание, на определенный момент времени.

В портативном электронном устройстве, например сотовом телефоне, часто имеется несколько подсхем, каждая из которых имеет собственное требование к уровню напряжения, которое отличается от напряжения, подаваемого источником питания. Кроме того, напряжение батареи снижается по мере задержки накопленной энергии.

Принцип работы источника питания постоянного и постоянного тока зависит от рассматриваемого; существует много различных типов преобразователей постоянного тока в постоянный (электронные, магнитные, неизолированные, повышающие и понижающие и т. д.).), а тип, наиболее подходящий для приложения, будет зависеть от самого устройства — от автомобилей до портативных устройств.

Однако многие из них будут включать инверторы и выпрямители, которые сначала преобразуют мощность постоянного тока в мощность переменного тока, которая затем отправляется через трансформатор для изменения напряжения. После достижения правильного напряжения ток возвращается к выпрямителю, где снова преобразуется в мощность постоянного тока.

Как и в случае с источниками питания переменного тока, источники питания постоянного и постоянного тока могут использовать регуляторы для сглаживания сигнала и устранения пульсаций напряжения.

(ID: 46416794)

Коммутируемые конденсаторные преобразователи | Диалог

PMIC PMIC PMIC

DA6021

Высокоинтегрированная ИС управления питанием для процессора Intel Atom нового поколения

2,7

4,5

5,5

24,9

FCBGA 325 11 x 6

–

11 (9)

–

да

–

да

многоканальный выход ADC PWM 5 входов датчиков температуры

Intel Atom Z3000

PMIC SoC PMIC

Документация

DA6102

6-канальный высокоэффективный PMIC для систем с двумя ячейками

4.5

11,5

–

6,8

WLCSP 56 2,98 x 3,38 ㎟

–

PMIC

Документация

DA9021

System Core PMIC с высокоэффективным USB Power Manager и встроенным зарядным устройством

–

5.5

2,35

WLCSP 64 3,94 x 4,12 ㎟

–

да

1,26A

–

4 LDO

да, встроенное зарядное устройство

Зарядное устройство АЦП высокого PSRR LDOs RTC

–

PMICs PMICs Зарядное устройство PMICs с низким уровнем шума

Документация

DA9022

System Core PMIC с высокоэффективным USB Power Manager и встроенным зарядным устройством

–

5.5

1,9

WLCSP 64 3,94 x 4,12 ㎟

–

да

1,26A

–

4 LDO

да, встроенное зарядное устройство

Зарядное устройство АЦП high PSRR LDOs

–

PMICs PMICs Зарядное устройство PMICs с низким уровнем шума

Документация

DA9024

Квадроцикл 1.2A Buck System PMIC с аудиоподсистемой

–

4,4

–

4,8

WLCSP 108 3,6 x 4,8 ㎟

–

1 ЛДО

–

Драйвер наушников класса G Драйвер динамика класса D Зарядное устройство резервного аккумулятора RTC

Ingenic JZ4775

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9052

System Core PMIC с высокоэффективным USB Power Manager и встроенным зарядным устройством

–

5.5

3,1

VFBGA 169 7 x 7 ㎟

–

да

1,26A

–

6 LDO

да, встроенное зарядное устройство

АЦП с сенсорным экраном IF Boost со светодиодными драйверами Зарядное устройство Зарядное устройство для резервного аккумулятора RTC

–

PMICs Зарядное устройство PMICs

Документация

DA9053

System Core PMIC с высокоэффективным USB Power Manager и встроенным зарядным устройством

–

5.5

VFBGA 169 7 x 7 VFBGA 169 11 x 11

–

да

1,8 А

DA9053-A

6 LDO

да, встроенное зарядное устройство

NXP i.MX 53 NXP i.MX 6 NXP i.MX 6 Solo NXP i.MX 6 SoloLite NXP i.MX 6 DualLite

PMICs SoC PMICs Зарядное устройство PMICs

Документация

DA9053-A

System Core PMIC с высокоэффективным USB Power Manager и встроенным зарядным устройством

–

5,5

VFBGA 169 7 x 7 VFBGA 169 11 x 11

–

да

1.8A

да

6 LDO

да, встроенное зарядное устройство

NXP i.MX 53 NXP i.MX 6 NXP i.MX 6 Solo NXP i.MX 6 SoloLite NXP i.MX 6 DualLite

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9061

Системный PMIC для одноядерных или двухъядерных процессоров приложений

2.7

5,5

–

QFN 6 x 6 ㎟

–

DA9061-A

3 LDO

–

NXP i.MX 6 NXP i.MX 6 Solo NXP i.MX 6 SoloLite NXP i.MX 6UL NXP i.MX 6ULL Xilinx Zync UltraScale + Qualcomm (CSR) Atlas

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9061-A

Системный PMIC для одноядерных или двухъядерных процессоров приложений

2.7

5,5

–

QFN 6 x 6 ㎟

–

да

3 LDO

–

NXP i.MX 6 NXP i.MX 6 Solo NXP i.MX 6 SoloLite NXP i.MX 6UL NXP i.MX 6ULL Xilinx Zync UltraScale + Qualcomm (CSR) Atlas

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9062

Системный PMIC для одноядерных или двухъядерных процессоров приложений

2.8

5,5

–

8,5

QFN 6 x 6 ㎟

–

да

–

DA9062-А

3 LDO

–

Зарядное устройство резервного аккумулятора RTC

Xilinx Zync UltraScale + Семейство Xilinx Artix-7 и Zynq 7000 Семейство Xilinx Spartan -7 Qualcomm (CSR) Atlas

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9062-A

Системный PMIC для одноядерных или двухъядерных процессоров приложений

2.8

5,5

–

8,5

QFN 6 x 6 ㎟

–

да

–

да

3 LDO

–

Зарядное устройство резервного аккумулятора RTC

Xilinx Zync UltraScale + Семейство Xilinx Artix-7 и Zynq 7000 Семейство Xilinx Spartan -7 Qualcomm (CSR) Atlas

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9063

Системный PMIC для многоядерных процессоров приложений

2.8

5,5

–

VFBGA 100 8 x 8 TFBGA 100 8 x 8

–

да

–

DA9063-A

3 LDO

–

Зарядное устройство для резервного аккумулятора ADC Драйвер RGB-светодиодов RTC

NXP i.MX 6 NXP i.MX 6 Dual NXP i.MX 6 Quad NXP i.MX 6 Quad + NXP i.MX 8M Mini Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 (только авто)

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9063-A

Системный PMIC для многоядерных процессоров приложений

2,8

5,5

–

VFBGA 100 8 x 8 TFBGA 100 8 x 8

–

да

–

да

3 LDO

–

Зарядное устройство для резервного аккумулятора ADC Драйвер RGB-светодиодов RTC

NXP i.MX 6 NXP i.MX 6 Dual NXP i.MX 6 Quad NXP i.MX 6 Quad + NXP i.MX 8M Mini Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 (только авто)

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9063L

Системный PMIC для многоядерных процессоров приложений

2,8

5,5

–

VFBGA 100 8 x 8 TFBGA 100 8 x 8

–

да

–

DA9063L-A

1 LDO

–

Драйвер ADC RGB-LED Сторожевой таймер

NXP i.MX 6 Dual NXP i.MX 6 Quad Xilinx Artix-7 FPGA и Zynq-7000 SoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 Telechips Dolphin + (TCC8030) (только Auto)

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9063L-A

Системный PMIC для многоядерных процессоров приложений

2,8

5,5

–

VFBGA 100 8 x 8 TFBGA 100 8 x 8

–

да

–

да

1 LDO

–

Драйвер ADC RGB-LED Сторожевой таймер

NXP i.MX 6 Dual NXP i.MX 6 Quad Xilinx Artix-7 FPGA и Zynq-7000 SoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 Telechips Dolphin + (TCC8030) (только Auto)

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9066

Системный PMIC и аудиокодек для многоядерных процессоров приложений

2,5

4,4

–

7,2

WLCSP 168 5,8 x 4,8 ㎟

–

да

–

1 ЛДО

–

24-битный аудиокодек 4 аналоговых входа 2 драйвера наушников класса G 2 драйвера динамика класса D ADC Резервное зарядное устройство RTC

–

PMIC

Документация

DA9068

Системный PMIC для многоядерных процессоров приложений

2.5

5,0

–

8,1

WLCSP 154 4 x 6

–

да

–

3 LDO

–

Зарядное устройство резервного аккумулятора ADC RTC

–

PMIC

Документация

DA9070

Высокоинтегрированный маломощный PMIC с поддержкой SW Fuel-Gauge

2.5

5,5

0,3

WLCSP 42 3 x 2,65 ㎟

–

да

0,5 А

–

да, встроенное зарядное устройство

Поддержка датчика уровня топлива в программном обеспечении

–

Зарядное устройство PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

DA9072

Высокоинтегрированный маломощный PMIC

2.5

5,5

0,3

WLCSP 42 3 x 2,65 ㎟

–

да

0,5 А

–

да, встроенное зарядное устройство

Поддержка датчика уровня топлива в программном обеспечении

–

Зарядное устройство PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

DA9073

Высокоинтегрированный маломощный PMIC

2.5

5,5

0,3

WLCSP 42 3 x 2,65 ㎟

–

да

0,5 А

–

да, встроенное зарядное устройство

–

Зарядное устройство PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

DA9121

Одноканальный 10 А Двухфазный PMIC

2.5

5,5

–

WLCSP 24 2,5 x 1,7 ㎟

–

фиксированный

–

Программируемые GPIO

–

PMIC

Документация

DA9122

Двухканальный 2x 5A PMIC

2.5

5,5

–

WLCSP 24 2,5 x 1,7 ㎟

–

Программируемые GPIO

–

PMIC

Документация

DA9130

Одноканальный 10 А Двухфазный PMIC

2.5

5,5

–

FC-QFN 3,3 x 4,8 ㎟

–

фиксированный

–

DA9130-А

–

Динамическое управление напряжением Программируемые GPIO

–

PMIC

Документация

DA9131

Двухканальный 2 x 5A Однофазный PMIC

2.5

5,5

–

FC-QFN 3,3 x 4,8 ㎟

–

DA9131-A

–

Динамическое управление напряжением Программируемые GPIO

–

PMIC

Документация

DA9132

Двухканальный 2 x 3A Однофазный PMIC

2.5

5,5

–

FC-QFN 3,3 x 4,8 ㎟

–

DA9132-A

–

Динамическое управление напряжением Программируемые GPIO

–

PMIC

Документация

DA9130-A

Одноканальный 10 А Двухфазный PMIC

2.5

5,5

–

FC-QFN 3,3 x 4,8 ㎟

–

фиксированный

–

Динамическое управление напряжением Программируемые GPIO

–

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9131-A

Двухканальный 2 x 5A Однофазный PMIC

2.5

5,5

–

FC-QFN 3,3 x 4,8 ㎟

–

Динамическое управление напряжением Программируемые GPIO

–

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9132-A

Двухканальный 2 x 3A Однофазный PMIC

2.5

5,5

–

FC-QFN 3,3 x 4,8 ㎟

–

Динамическое управление напряжением Программируемые GPIO

–

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9155M

Одноканальный стабилизатор выходного тока

4.3

13,5

2,5

WLCSP 30 2,2 x 2,6 ㎟

–

поддержка

–

PMICs Зарядное устройство PMICs

Документация

DA9210

Одноканальный 12A Четырехфазный PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 48 2,3 x 3,5 VFBGA 42 4,8 x 5,6 ㎟

–

фиксированный

–

Расширяется с помощью 2-го DA9210

Renesas R-Car M2 Renesas R-Car h3 Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC (ZU3CG, ZU9EG, ZU19EG)

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9211

Одноканальный 12A Четырехфазный PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 42 2,5 x 2,85 ㎟

–

фиксированный

–

PMIC

Документация

DA9212

Двухканальный 2x 6A Двухфазный PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 42 2,5 x 2,85 ㎟

–

фиксированный

–

PMIC

Документация

DA9213

Одноканальный 20A Четырехфазный PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 66 2,5 x 4,5 VFBGA 3,55 x 5,75 ㎟

–

фиксированный

–

DA9213-A

–

Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 (только авто)

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9213-A

Одноканальный 20A Четырехфазный PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 66 2,5 x 4,5 VFBGA 3,55 x 5,75 ㎟

–

фиксированный

–

да

–

Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 (только авто)

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9214

Двухканальный 2 x 10 А Двухфазный PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 66 2,5 x 4,5 VFBGA 3,55 x 5,75 ㎟

–

фиксированный

–

DA9214-A

–

Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 (только авто)

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9214-A

Двухканальный 2 x 10 А Двухфазный PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 66 2,5 x 4,5 VFBGA 3,55 x 5,75 ㎟

–

фиксированный

–

да

–

Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC Renesas R-Car 2, R-Car 3 (только авто)

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9215

Многоканальный 1x 15A, 1x 5A PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 66 2,5 x 4,5 VFBGA 3,55 x 5,75 ㎟

–

фиксированный

–

DA9215-A

–

Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9215-A

Многоканальный 1x 15A, 1x 5A PMIC

2.8

5,5

–

WLCSP 66 2,5 x 4,5 VFBGA 3,55 x 5,75 ㎟

–

фиксированный

–

да

–

Xilinx Zynq UltraScale + MPSoC

PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9217

Одноканальный 6A Двухфазный PMIC

2.5

5,5

–

WLCSP 24 1,7 x 2,4 ㎟

–

фиксированный

–

Renesas R-Car 2, R-Car 3

PMIC SoC PMIC

Документация

DA9220

Двухканальный 2x 3A Однофазный PMIC

2.5

5,5

–

WLCSP 24 1,7 x 2,4 ㎟

–

фиксированный

–

PMIC

Документация

DA9223-A

Одноканальный 16A Четырехфазный PMIC

2.8

5,5

–

TFBGA 66 5 x 9 ㎟

–

фиксированный

–

да

–

Renesas R-Car 2, R-Car 3

PMIC SoC PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9224-A

Двухканальный 2x 8A Двухфазный PMIC

2.8

5,5

–

TFBGA 66 5 x 9 ㎟

–

фиксированный

–

да

–

Renesas R-Car 2, R-Car 3

PMIC SoC PMIC Автомобильные PMIC

Документация

DA9230

Маломощный портативный PMIC

2.5

5,5

–

0,3

WLCSP 12 1,25 x 1,65 ㎟

–

PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

DA9231

Маломощный портативный PMIC

2.5

5,5

–

0,3

WLCSP 12 1,25 x 1,65 ㎟

–

PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

DA9232

PMIC со сверхнизким энергопотреблением и низким энергопотреблением

2.5

5,5

–

0,06

WLCSP 12 1,25 x 1,65 ㎟

–

1 понижающий преобразователь постоянного / постоянного тока

–

PMICs Малошумящие PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

DA9233

PMIC со сверхнизким энергопотреблением и низким энергопотреблением

2.5

5,5

–

0,06

WLCSP 12 1,25 x 1,65 ㎟

–

1 DC / DC понижающий 1 LDO

–

PMICs Малошумящие PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

DA9313

Высокоэффективный емкостной понижающий преобразователь постоянного тока

10.5

WLCSP 43 2,8 x 3,5

–

фиксированный

–

Емкостной понижающий преобразователь

–

PMICs Коммутируемый конденсаторный преобразователь

Документация

PV88080

Высоковольтный понижающий преобразователь PMIC

4.75

5,25 / 26

–

QFN 32 5 x 7 ㎟

–

PMIC

Документация

PV88090

Высоковольтный понижающий преобразователь PMIC

4.75

5,25

–

13,9

QFN 30 4,5 x 7 ㎟

–

PMIC

Документация

SLG51000

Низкий уровень шума, высокий PSRR PMIC

1.7

5,0

–

1,5

WLCSP 20 1,68 x 2,1 ㎟

–

7 LDO

–

PMICs Малошумящие PMIC Маломощные портативные PMIC

Документация

Учебное пособие по понижающему преобразователю постоянного тока в постоянный

Введение

Выключатель питания был ключом к практичным переключателям регуляторов.До изобретения переключателя питания с вертикальным металлооксидным полупроводником (VMOS) переключение источников питания, как правило, было непрактичным.

Основная функция индуктора — ограничивать скорость нарастания тока с помощью переключателя питания. Это действие ограничивает пиковый ток, который в противном случае ограничивался бы только сопротивлением переключателя. Ключевым преимуществом использования индуктора в импульсных регуляторах является то, что он накапливает энергию. Эта энергия может быть выражена в Джоулях как функция тока следующим образом:

E = ½ × L × I²

Линейный регулятор использует резистивное падение напряжения для регулирования напряжения, теряя мощность (падение напряжения, умноженное на ток) в виде тепла.Катушка индуктивности импульсного регулятора имеет падение напряжения и соответствующий ток, но ток сдвинут по фазе на 90 градусов с напряжением. Благодаря этому энергия сохраняется и может быть восстановлена в фазе разряда цикла переключения. Это приводит к гораздо более высокой эффективности и меньшему тепловыделению.

Что такое импульсный регулятор?

Импульсный стабилизатор — это схема, в которой для передачи энергии от входа к выходу используется переключатель мощности, индуктор и диод.

Основные компоненты схемы переключения могут быть преобразованы в понижающий (понижающий) преобразователь, повышающий (повышающий) преобразователь или инвертор (обратный ход).Эти конструкции показаны на рисунках 1 , 2 , 3 и 4 соответственно, где рисунки 3 и 4 одинаковы, за исключением полярности трансформатора и диода. Схемы обратной связи и управления могут быть аккуратно вложены в эти схемы, чтобы регулировать передачу энергии и поддерживать постоянный выходной сигнал в нормальных рабочих условиях.

Рис. 1. Топология понижающего преобразователя.	Рисунок 2.Простой повышающий преобразователь.
Рис. 3. Инвертирующая топология.	Рис. 4. Топология обратного хода трансформатора.

Зачем нужен импульсный регулятор?

Импульсные регуляторы имеют три основных преимущества по сравнению с линейными регуляторами. Во-первых, эффективность переключения может быть намного лучше. Во-вторых, поскольку при передаче теряется меньше энергии, требуются компоненты меньшего размера и меньшее тепловое управление.В-третьих, энергия, запасенная катушкой индуктивности в импульсном регуляторе, может быть преобразована в выходное напряжение, которое может быть больше, чем входное (повышающее), отрицательное (инвертор), или даже может передаваться через трансформатор для обеспечения гальванической развязки по отношению к вход (рисунок 4).

Учитывая преимущества импульсных регуляторов, можно задаться вопросом, где можно использовать линейные регуляторы? Линейные регуляторы обеспечивают более низкий уровень шума и более широкую полосу пропускания; их простота иногда может предложить менее дорогое решение.

Правда, у импульсных регуляторов есть свои недостатки. Они могут быть шумными и требуют управления энергопотреблением в виде контура управления. К счастью, решение этих проблем управления интегрировано в современные микросхемы контроллера переключения режимов.

Регуляторы наддува

Фаза зарядки

Базовая конфигурация наддува изображена на рис. 5 . Предполагая, что переключатель был разомкнут в течение длительного времени и что падение напряжения на диоде отрицательное, напряжение на конденсаторе равно входному напряжению.Когда переключатель замыкается, входное напряжение + V _IN подается на катушку индуктивности, и диод предотвращает разряд конденсатора + V _OUT на землю. Поскольку входное напряжение является постоянным, ток через катушку индуктивности линейно растет со временем со скоростью, пропорциональной входному напряжению, деленному на индуктивность.

Рис. 5. Фаза зарядки: когда переключатель замыкается, ток через индуктор нарастает.

Фаза разряда

На рисунке 6 показана фаза разряда.Когда переключатель снова размыкается, ток индуктивности продолжает течь в выпрямительный диод для зарядки выхода. По мере увеличения выходного напряжения наклон тока di / dt, хотя катушка индуктивности меняется на противоположную. Выходное напряжение повышается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие или:

V _L = L × di / dt

Другими словами, чем выше напряжение индуктора, тем быстрее падает ток индуктора.

Рисунок 6. Фаза разряда: при размыкании переключателя ток течет к нагрузке через выпрямительный диод.

В установившемся режиме работы среднее напряжение на катушке индуктивности за весь цикл переключения равно нулю. Это означает, что средний ток через катушку индуктивности также находится в установившемся состоянии. Это важное правило, регулирующее все топологии коммутации на основе катушек индуктивности. Сделав еще один шаг вперед, мы можем установить, что для заданного времени зарядки t _ON, заданного входного напряжения и при условии, что схема находится в равновесии, существует определенное время разряда t _OFF для выходного напряжения.Поскольку среднее напряжение на катушке индуктивности в установившемся режиме должно быть равно нулю, мы можем рассчитать для цепи повышения:

V _IN × t _ВКЛ = t _ВЫКЛ × V _L

И потому что:

V _ВЫХ = V _IN + V _L

Затем мы можем установить связь:

V _OUT = V _IN × (1 + t _ON / t _OFF)

Используя соотношение для рабочего цикла (D):

t _ВКЛ / (t _ВКЛ + t _ВЫКЛ) = D

Затем для цепи повышения:

V _ВЫХ = V _IN / (1-D)

Аналогичные выводы можно сделать для понижающей схемы:

V _ВЫХ = V _IN × D

А для схемы инвертора (обратноходовой):

V _ВЫХ = V _IN × D / (1-D)

Методы управления

Из результатов для повышения, понижения и инвертора (обратного хода) можно увидеть, что изменение рабочего цикла управляет установившимся выходом по отношению к входному напряжению.Это ключевая концепция, регулирующая все коммутационные цепи на основе индукторов.

ШИМ в режиме напряжения

Наиболее распространенным методом управления, показанным на рис. 7 , является широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Этот метод берет пробу выходного напряжения и вычитает это от опорного напряжения, чтобы создать небольшую сигнал ошибки (V _ERROR). Этот сигнал ошибки сравнивается с сигналом линейного изменения генератора. Компаратор выдает цифровой выход (ШИМ), который управляет переключателем питания.Когда напряжение на выходе схемы изменяется, V _ERROR также изменяется и, таким образом, вызывает изменение порогового значения компаратора. Следовательно, ширина выходного импульса (PWM) также изменяется. Это изменение рабочего цикла затем перемещает выходное напряжение, чтобы уменьшить сигнал ошибки до нуля, тем самым завершая контур управления.

Рис. 7. Сигнал переменной ошибки генерирует сигнал переключения с широтно-импульсной модуляцией.

На рисунке 8 показана практическая схема, использующая повышающую топологию, сформированную с помощью MAX1932.Эта ИС представляет собой интегрированный контроллер со встроенным программируемым цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). ЦАП устанавливает выходное напряжение в цифровом виде через последовательный канал. R5 и R8 образуют делитель, измеряющий выходное напряжение. R6 фактически отключен от цепи, когда напряжение ЦАП совпадает с опорным напряжением (1,25 В). Это связано с тем, что на R6 имеется нулевое напряжение и нулевой ток. Когда выход ЦАП равен нулю (земля), R6 фактически параллелен R8. Эти два условия соответствуют минимальному и максимальному диапазону регулировки выхода 40 В и 90 В соответственно.

Рис. 8. MAX1932 представляет собой интегральную схему повышения напряжения с управлением в режиме напряжения.

Далее, сигнал делителя вычитается из внутреннего эталона 1.25V и затем усиливается. Этот сигнал ошибки затем выводится на вывод 8 в качестве источника тока. Это вместе с парой дифференциальных входов образует усилитель крутизны. Такое расположение используется потому, что выход усилителя ошибки имеет высокий импеданс (источник тока), что позволяет регулировать усиление схемы путем изменения R7 и C4.Эта компоновка также дает возможность обрезать усиление контура для получения приемлемого запаса устойчивости. Затем сигнал ошибки на контакте 8 направляется в компаратор и выводится для включения переключателя питания. R1 — это резистор, измеряющий ток, который измеряет выходной ток. Когда ток недопустимо высок, схема ШИМ отключается, тем самым защищая схему.

Тип переключения (топология) на рисунках 7 и 8 классифицируется как контроллер режима напряжения (VMC), поскольку обратная связь регулирует выходное напряжение.Для анализа мы можем предположить, что если коэффициент усиления контура бесконечен, выходное сопротивление для идеального источника напряжения равно нулю.

ШИМ в токовом режиме

Другой широко используемый тип управления — это управление в режиме тока (CMC). Этот метод регулирует выходной ток, и при бесконечном усилении контура выходной сигнал является источником с высоким импедансом. В CMC токовая петля вложена в более медленную петлю напряжения, как показано на Рисунок 9 ; рампа создается крутизной тока катушки индуктивности и сравнивается с сигналом ошибки.Таким образом, когда выходное напряжение проседает, CMC подает больший ток на нагрузку. Преимущество CMC — способность управлять током катушки индуктивности. В VMC ток индуктора не измеряется. Это становится проблемой, потому что катушка индуктивности вместе с конденсатором выходного фильтра образует резонансный резервуар, который может звенеть и даже вызывать колебания. Управление текущим режимом определяет ток катушки индуктивности для исправления несоответствий. Хотя это сложно сделать, тщательно подобранные компоненты компенсации могут эффективно подавить этот резонанс в VCM.

Рисунок 9. Широтно-импульсная модуляция в токовом режиме.

Повышающие регуляторы точки нагрузки (POL)

Схема на рис. 10 использует CMC с контроллером MAX668. Эта схема повышения аналогична рисункам 7 и 8, за исключением того, что резистор R1 определяет ток катушки индуктивности для CMC. R1 и некоторые внутренние компараторы обеспечивают ограничение тока. R5 в сочетании с C9 фильтрует шум переключения на резисторе считывания, чтобы предотвратить ложное срабатывание ограничения тока.Внутренний порог ограничения тока MAX668 является фиксированным; изменяя резистор R1, регулируется уставка ограничения тока. Резистор R2 устанавливает рабочую частоту. MAX668 — это универсальная интегральная схема, которая может обеспечивать широкий диапазон преобразований постоянного тока в постоянный.

Внешние компоненты MAX668 могут иметь высоковольтные характеристики, что обеспечивает большую гибкость для приложений с большой мощностью.

Рис. 10. MAX668 для схемы повышения с управлением по току.

Для портативных устройств с низким входным напряжением, требующих меньшей мощности, рекомендуются MAX1760 и MAX8627 (выходной ток 1A).Эти последние устройства используют внутренние полевые транзисторы и измеряют ток, используя сопротивление полевых транзисторов для измерения тока катушки индуктивности (чувствительный резистор не требуется).

Преобразователь nanoPower Boost

Повышающие преобразователи

широко используются в бытовой электронике для повышения и стабилизации проседания напряжения литий-ионных батарей под нагрузкой. Новым и растущим потребительским рынком является Интернет вещей (IoT), «облачная» сеть беспроводных взаимосвязанных устройств, которые часто включают аудио, видео, приложения для умного дома и носимые устройства.Тенденция IoT в сочетании с зеленой энергией (стремление к сокращению потерь энергии и переходу к возобновляемым формам производства энергии) требует, чтобы небольшие устройства работали автономно в течение длительных периодов времени при небольшом потреблении энергии. Синхронный повышающий преобразователь MAX17222 nanoPower отвечает всем требованиям. MAX17222 предлагает входной диапазон от 400 мВ до 5,5 В, ограничение пикового тока катушки индуктивности 0,5 А и выходное напряжение, которое выбирается с помощью одного стандартного резистора 1%. Новый режим True Shutdown ^™ дает токи утечки в диапазоне наноампер, что делает это устройство поистине наноэнергетическим!

На рисунке 11 показаны основные элементы MAX17222 в отношении токов отключения и покоя.

Рис. 11. MAX17222 Токи отключения и покоя

Функция True Shutdown отключает выход от входа без прямого или обратного тока, что приводит к очень низкому току утечки. Входной ток покоя (I _QINT) для MAX17222 составляет 0,5 нА (разрешить открытие после запуска), а выходной ток покоя (I _QOUT) составляет 300 нА.

Понижающие регуляторы

На рис. 12 показана упрощенная версия архитектуры Maxim Quick-PWM ™.Чтобы проанализировать эту понижающую схему, мы начнем с сигнала обратной связи ниже регулирующего порога, определенного эталоном. Если ошибок прямого тока нет, то однократный таймер t _ON, который вычисляет время включения для DH, включается немедленно вместе с DH. Этот расчет t _ON основан на делении выходного напряжения на входное, что приблизительно соответствует времени включения, необходимому для поддержания фиксированной частоты коммутации, определяемой константой K. По истечении времени таймера однократного включения t _ON DH выключен, а DL включен.Затем, если напряжение все еще ниже порога регулирования, DH немедленно включается. Это позволяет току индуктора быстро нарастать в соответствии с требованиями нагрузки. После достижения равновесия с нагрузкой среднее напряжение катушки индуктивности должно быть равно нулю. Поэтому мы рассчитываем:

Рис. 12. Упрощенная блок-схема управления Maxim Quick-PWM.

t _ВКЛ × (V _ВХОД — V _ВЫХ) = t _ВЫКЛ × V _ВЫХ

Перестановка:

V _ВЫХ / (V _IN — V _ВЫХ) = t _ВКЛ / t _ВЫКЛ

Добавление 1 к обеим сторонам и сбор условий:

V _ВЫХ / V _IN = t _ВКЛ / (t _ВКЛ + t _ВЫКЛ)

Поскольку коэффициент заполнения равен D:

t _ВКЛ / (t _ВКЛ + t _ВЫКЛ) = D

Для понижающей схемы:

D = V _ВЫХ / V _IN

Запатентованный компанией Maxim метод управления Quick-PWM имеет некоторые преимущества перед PWM.Управление Quick-PWM генерирует новый цикл, когда выходное напряжение падает ниже порога регулирования. Следовательно, тяжелые переходные процессы вынуждают выходную мощность падать, немедленно запуская новый цикл. Это действие приводит к ответу на скачок нагрузки 100 нс. Также важно отметить, что в отличие от понижающей схемы на рисунке 1, на рисунке 12 для разрядного тракта вместо диода используется полевой МОП-транзистор (Q2). Такая конструкция снижает потери, связанные с падением диода; сопротивление в открытом состоянии канала MOSFET удваивается как измерение тока.Поскольку для стимулирования схемы к переключению требуются пульсации выходного напряжения, для поддержания стабильности требуется конденсатор выходного фильтра с некоторым ESR. Архитектура Quick-PWM также может быстро реагировать на изменения линейного входа, напрямую подавая сигнал входного напряжения на вычислитель времени включения. Другие методы должны ждать, пока выходное напряжение не упадет или не взлетит, прежде чем предпринимать какие-либо действия, а это часто бывает слишком поздно.

Контроллер понижающего блока питания памяти DDR

Практическое применение Quick-PWM можно найти в рис. 13 .MAX8632 — это встроенный блок питания памяти DDR. Наряду с понижающей схемой Quick-PWM (VDDQ), MAX8632 объединяет высокоскоростной линейный стабилизатор (VTT) для управления переходными процессами шины, присутствующими в системах памяти DDR. Линейный регулятор имеет определенные преимущества перед переключателями: линейные регуляторы не имеют индуктора для ограничения скорости нарастания тока, поэтому очень быстрая скорость нарастания тока может обслуживать переходные процессы нагрузки. Для более медленных схем потребуются конденсаторы большой емкости для обеспечения тока нагрузки до тех пор, пока источник питания не сможет нарастить ток для обслуживания нагрузки.

Более подробное изображение (PDF, 76kB)
Рис. 13. MAX8632 использует архитектуру Quick-PWM от Maxim и линейный регулятор для обеспечения полной системы питания DDR. Устройство может использоваться как основной графический процессор или как стандартный источник питания базовой логики.

Эффективность

Один из самых больших факторов потери мощности для коммутаторов — это выпрямительный диод. Рассеиваемая мощность — это просто прямое падение напряжения, умноженное на ток, проходящий через него.Обратное восстановление кремниевых диодов также может привести к потерям. Эти потери мощности снижают общую эффективность и требуют управления температурой в виде радиатора или вентилятора.

Чтобы свести к минимуму эти потери, в импульсных регуляторах можно использовать диоды Шоттки, которые имеют относительно низкое падение прямого напряжения и хорошее обратное восстановление. Однако для максимальной эффективности вы можете использовать переключатель MOSFET вместо диода. Эта конструкция известна как «синхронный выпрямитель» (см. , рисунки 12, 13 и 14 ).Выключатель синхронного выпрямителя разомкнут, когда главный выключатель замкнут, и то же самое верно и наоборот. Для предотвращения перекрестной проводимости (и верхний, и нижний переключатели включены одновременно) схема переключения должна быть прерывистой перед включением. Из-за этого диод по-прежнему должен работать в течение интервала между размыканием главного переключателя и замыканием переключателя синхронного выпрямителя (мертвое время). Когда полевой МОП-транзистор используется в качестве синхронного переключателя, ток обычно течет в обратном направлении (исток — сток), и это позволяет встроенному внутреннему диоду проводить ток в течение мертвого времени.Когда переключатель синхронного выпрямителя замыкается, ток течет через канал MOSFET. Из-за очень низкого сопротивления канала для силовых MOSFET стандартное прямое падение выпрямительного диода может быть уменьшено до нескольких милливольт. Синхронное выпрямление может обеспечить КПД значительно выше 90%.

Рисунок 14. Синхронное выпрямление для понижающей цепи. Обратите внимание на встроенный диод в корпусе MOSFET.

Режим пропуска повышает эффективность легкой нагрузки

Функция, предлагаемая во многих современных контроллерах переключения, — это режим пропуска.Режим пропуска позволяет регулятору пропускать циклы, когда они не нужны, что значительно повышает эффективность при малых нагрузках. Для стандартной понижающей схемы (рис. 1) с выпрямительным диодом отказ от инициирования нового цикла просто позволяет току индуктора или энергии индуктора разрядиться до нуля. В этот момент диод блокирует любой обратный ток через индуктивность, и напряжение на катушке индуктивности падает до нуля. Это называется «прерывистый режим» и показан на рис. 15 . В режиме пропуска новый цикл инициируется, когда выходное напряжение падает ниже порога регулирования.В режиме пропуска и прерывистой работе частота коммутации пропорциональна току нагрузки. С синхронным выпрямителем, к сожалению, несколько сложнее. Это связано с тем, что ток индуктора может измениться в переключателе MOSFET, если затвор остается включенным. MAX8632 включает в себя компаратор, который определяет, когда ток через катушку индуктивности меняет направление, и размыкает переключатель, позволяя внутреннему диоду полевого МОП-транзистора блокировать обратный ток.

Рисунок 15.В прерывистом режиме индуктор полностью разряжается, а затем напряжение на индукторе остается на нуле.

Рисунок 16 показывает, что режим пропуска обеспечивает повышенную эффективность при малой нагрузке, но за счет шума, поскольку частота переключения не фиксирована. Техника управления с принудительной ШИМ поддерживает постоянную частоту переключения и изменяет отношение цикла заряда к циклу разряда при изменении рабочих параметров. Поскольку частота переключения является фиксированной, спектр шума относительно узок, что позволяет использовать простые методы фильтрации нижних частот или режекторного фильтра для значительного снижения напряжения пульсаций от пика к пику.Поскольку шум может быть помещен в менее чувствительную полосу частот, ШИМ популярен в телекоммуникационных и других приложениях, где шумовые помехи являются проблемой.

Рис. 16. Эффективность с режимом пропуска и без него.

Понижающий преобразователь точки нагрузки высокой мощности

Переключатели питания MOSFET теперь интегрированы с контроллерами, образуя однокристальные решения, такие как схема MAX1945, показанная на , рис. 17, . Этот чип имеет металлическую заглушку на нижней стороне, которая отводит тепло от кристалла, поэтому 28-контактный корпус TSSOP может рассеивать более 1 Вт, позволяя схеме подавать более 10 Вт на свою нагрузку.При частоте коммутации 1 МГц размер выходной катушки индуктивности и конденсаторов фильтра можно уменьшить, что дополнительно сэкономит ценное пространство и количество компонентов. По мере того, как технологии переключения мощности MOSFET продолжают совершенствоваться, производительность в режиме переключения будет расти, что еще больше снизит стоимость, размер и проблемы управления температурой.

Рис. 17. MAX1945 — это внутреннее коммутирующее устройство на 6 А с уменьшенным количеством деталей и небольшой занимаемой площадью для экономии места на плате.

Понижающий преобразователь POL с низким энергопотреблением

Высокоэффективные понижающие (понижающие) преобразователи MAX1836 / MAX1837 имеют предустановку 3.Выходное напряжение 3 В или 5 В при напряжении питания до 24 В. Используя внешние резисторы обратной связи, выходное напряжение можно регулировать от 1,25 В до VIN. Внутренний переключающийся полевой МОП-транзистор с ограничением по току обеспечивает ток нагрузки до 125 мА (MAX1836) или 250 мА (MAX1837). Уникальная схема управления с ограничением тока, работающая с рабочими циклами до 100%, сводит к минимуму падение напряжения (120 мВ при 100 мА). Кроме того, эта схема управления снижает ток питания при легких нагрузках до 12 мкА. Высокие частоты переключения позволяют использовать крошечные катушки индуктивности и выходные конденсаторы для поверхностного монтажа.Понижающие преобразователи MAX1836 / MAX1837 с внутренними переключаемыми полевыми МОП-транзисторами доступны в 6-контактных корпусах SOT23 и 3 мм x 3 мм TDFN, что делает их идеальными для недорогих, маломощных и компактных приложений.

Понижающий преобразователь nanoPower

MAX3864xA / B — это семейство nanoPower сверхмалых понижающих (понижающих) DC-DC преобразователей тока 330 нА, работающих от 1,8 В до 5,5 В входного напряжения и поддерживающих токи нагрузки до 175 мА, 350 мА, 700 мА с повышенным пиковым КПД. до 96%. В выключенном состоянии ток выключения составляет всего 5 нА.Устройства обеспечивают сверхнизкий ток покоя, малый общий размер решения и высокую эффективность во всем диапазоне нагрузок. MAX3864xA / B идеально подходят для аккумуляторных приложений, где длительное время автономной работы является обязательным. Семейство MAX3864xA / B использует уникальную схему управления, которая обеспечивает сверхнизкий ток покоя и высокую эффективность в широком диапазоне выходного тока. Устройства MAX3864xA / B предлагаются в компактном 6-контактном корпусе (WLP) размером 1,42 x 0,89 мм (2 x 3 выступа, шаг 0,4 мм), а также в 6-выводном корпусе μDFN размером 2 x 2 мм. .

Сводка

Хотя методы переключения сложнее реализовать, коммутационные схемы почти полностью заменили линейные источники питания в широком диапазоне портативных и стационарных конструкций. Это связано с тем, что схемы переключения обеспечивают более высокую эффективность, меньшие размеры компонентов и меньше проблем с терморегулированием.

Преобразователь переменного / постоянного тока

Назначение преобразователя переменного тока в постоянный

Назначение преобразователя постоянного тока в переменный

Примеры использования преобразователей постоянного/переменного тока

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Узнать еще:

Преобразователь напряжения PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5

Преобразователь обеспечивает

Технические характеристики

Преобразователь обеспечивает

Технические характеристики

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В

Принципиальная схема

Детали и налаживание

Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Как из постоянного тока сделать переменный?

Постоянный ток и его источники

Переменный ток и его параметры

Достоинства и недостатки переменного напряжения

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток 12, 24 и 48 В

Д.C. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток — обзор

Соображения относительно технологии конденсаторов

Заряженные электромобили | Более пристальный взгляд на преобразователи постоянного тока в постоянный

| От 3 до 50 ампер | 12 В постоянного тока | 24 В постоянного тока | 48V DC | 72V DC | 110 В постоянного тока | Крепление в стойку | Мобильное крепление | Настенное крепление

Преобразователи постоянного тока в постоянный для монтажа в стойку

Преобразователь постоянного тока для монтажа в стойку

Модульная система преобразователя постоянного тока в постоянный

Преобразователи постоянного тока в постоянный для мобильных устройств

Стандартная серия

Серия с изоляцией и защитой от шипов

Стабилизаторы напряжения, мобильная установка

Стабилизатор серии

Изолированная серия

В чем разница между источниками питания AC-DC и DC-DC?

ПРЯМОЙ ТОК В чем разница между источниками питания AC-DC и DC-DC?

Как работает блок питания постоянного и переменного тока?

Нерегулируемый и регулируемый источник питания

Как работает блок питания постоянного и постоянного тока?

Коммутируемые конденсаторные преобразователи | Диалог

Учебное пособие по понижающему преобразователю постоянного тока в постоянный

Введение

Что такое импульсный регулятор?

Зачем нужен импульсный регулятор?

Регуляторы наддува

Фаза зарядки

Фаза разряда

Методы управления

ШИМ в режиме напряжения

ШИМ в токовом режиме

Повышающие регуляторы точки нагрузки (POL)

Преобразователь nanoPower Boost

Понижающие регуляторы

Контроллер понижающего блока питания памяти DDR

Эффективность

Режим пропуска повышает эффективность легкой нагрузки

Понижающий преобразователь точки нагрузки высокой мощности

Понижающий преобразователь POL с низким энергопотреблением

Понижающий преобразователь nanoPower

Сводка

Похожие записи

Преобразователь тока автомобильный: Какой автомобильный инвертор (преобразователь напряжения 12-220 В) выбрать для ноутбука

Частотный преобразователь для однофазного двигателя: Частотник для однофазного электродвигателя в наличии по доступной цене

Преобразователь первичный измерительный: Какие Виды Преобразователей Применяются В Средствах Измерения?

Добавить комментарий Отменить ответ