Обзор регулируемых преобразователей напряжения (DC-DC конвертеров) в Суперайс
Регулируемые преобразователи напряжения (DC-DC конвертеры) представляют собой электронные устройства, которые позволяют получить напряжение на выходе, отличное от напряжения на входе.
Регулируемые модули питания (DC-DC конвертеры) используются для построения шин питания в схемах с гальванической развязкой. Они широко применяются для обеспечения питания самых разных электронных устройств, их также можно встретить в схемах управления, в устройствах связи и вычислительной техники.
Принцип работы
Принцип работы заложен в самом названии. Постоянное напряжение преобразуется в переменное. После этого происходит его повышение или понижение с последующим выпрямлением и подачей на устройство. DC-DC конвертеры, действующие по вышеизложенному принципу, получили название импульсных. Преимуществом импульсных преобразователей является высокий КПД: в районе 90%.
Виды DC-DC конвертеров
• Понижающие преобразователи постоянного напряжения
Напряжение на выходе у данных преобразователей ниже, чем на входе. Например, при напряжении на входе 12-50 В с помощью таких DC-DC конвертеров на выходе можно получить напряжение в несколько вольт.
• Повышающие преобразователи постоянного напряжения
Напряжение на выходе у данных преобразователей выше, чем на входе. Например, при напряжении на входе 5 В на выходе можно ожидать напряжение до 30 В.
Также преобразователи напряжения различаются по конструктивному исполнению. Они могут быть:
• Модульные
Это наиболее распространенный вид DC-DC конвертеров, включающий в себя огромное количество самых разных моделей. Преобразователь помещен в металлический или пластиковый корпус, исключающий доступ к внутренним элементам.
Данные преобразователи предназначены именно для монтажа на печатную плату.
Они отличаются от модульных тем, что у них отсутствует корпус.
Основные характеристики
Эксплуатационные параметры
→ Диапазон входного напряжения подразумевает такие параметры напряжения на входе, при которых преобразователь будет работать в нормальном режиме в соответствии со своими заявленными функциональными возможностями.
→ Диапазон выходного напряжения включает в себя параметры, которые способен выдать DC-DC конвертер на выходе при нормальном режиме работы.
→ Коэффициент полезного действия (КПД) представляет собой отношение значений мощности на входе и выходе. КПД зависит от ряда условий, но наиболее высокий КПД достигается при максимально допустимой нагрузке. Чем больше разница между напряжением на входе и выходе, тем ниже КПД.
→ Ограничение по выходному току. Данная защита имеется в большинстве современных моделей стабилизаторов. Действует следующим образом: как только выходной ток достигает заданного значения, входное напряжение падает.
После того как значение выходного тока входит в допустимый диапазон, подача напряжения возобновляется.
Точностные параметры
→ Пульсация. Даже в идеальных условиях присутствуют определенные «шумы», поэтому полностью исключить их невозможно. В качестве единиц измерения указываются мВ. Иногда производитель ставит рядом «р-р», что означает размах напряжения пульсаций – от минимума отрицательного пика до максимума положительного.
Рассмотрим и сравним работу нескольких регулируемых преобразователей напряжения разной ценовой категории. Начнем от простого к сложному.
Регулируемый преобразователь напряжения (DC-DC конвертер 5А) XL4005
Описание
Данная модель представляет собой недорогой миниатюрный DC-DC конвертер, с помощью которого можно зарядить маленькие батареи. Максимальный ток на выходе: 2,5 А, поэтому батареи с емкостью больше 20 ампер-часов данный конвертер заряжать будет долго.
Лучше всего это устройство подойдет для начинающих, которые на его базе смогут собрать блок питания с выходным напряжением от 0,8 В до 20 В и выходным током до 2 А. При этом возможна регулировка как выходного напряжения, так и выходного тока.
Данный стабилизатор может держать до 5 А, однако, на практике при таком значении тока ему потребуется теплоотвод. Без теплоотвода стабилизатор выдерживает до 3 А.
Функционал
Преобразователь напряжения XL4005 недаром называется «регулируемым». Он имеет несколько регулировок. Одна из наиболее ценных — возможность ограничения выходного тока. Например, можно поставить ограничение выходного тока в 2,5 А, и ток никогда не достигнет данного значения, так как в противном случае это сразу приведет к падению напряжения. Данная защита особенно актуальна при заряде батарей.
Наличие светодиодов также свидетельствует о том, что представленный стабилизатор отлично подойдет для целей заряда.
Имеется светодиод, который загорается, когда стабилизатор работает в режиме ограничения тока, то есть когда включается защита от перегрузок по выходному току. На боковой стороне снизу есть еще два светодиода: один работает, когда идет заряд, другой загорается, когда заряд закончился.
Стоит обратить внимание, что это очень доступная по цене и простая в использовании модель, которая вполне соответствует заявленному функционалу.
Теперь рассмотрим более дорогой и функциональный преобразователь, который отлично подойдет для более сложных и серьезных проектов.
Регулируемый преобразователь (DC-DC) B3606
Описание
Данная модель представляет собой регулируемый понижающий преобразователь напряжения с цифровым управлением. Он отличается высоким КПД. Цифровое управление означает, что регулировка параметров осуществляется с помощью кнопок.
Сам модуль можно разделить на несколько частей: DC-DC конвертер, питание цифровой части, измерительная часть и цифровая часть.
Входное напряжение у данного устройства от 6 В до 32 В. Выходное напряжение регулируется от 0 В до 30 В. Шаг регулировки напряжения 0,01 В. Выходной ток регулируется от 0 А до 6 А. Шаг регулировки 0,001 А. КПД преобразователя до 92%. Для крепления проводов на преобразователе установлены специальные зажимы. Также на плате присутствуют надписи: вход +, вход -, выход -, выход +. Силовая часть построена на ШИМ-контроллере XL4016Е1. Используется мощный десятиамперный диод MBR1060. Всем управляет 8-битный микроконтроллер STM8S003F3. На цифровой части имеется UART-разъем.
Светодиоды
Кроме кнопок и индикатора на данном устройстве присутствует три светодиода.
Первый (красный, out) загорается тогда, когда преобразователь подает напряжение на выход. Второй светодиод (желтый, СС – Constant Current) загорается тогда, когда срабатывает ограничение тока на выходе.
Органы управления
Органы управления представлены четырьмя кнопками.
Если рассматривать их справа налево, то первая кнопка – «ОК», вторая – «вверх», третья – «вниз» и четвертая – «SET».
Преобразователь запускается путем нажатия кнопки «ОК», при этом происходит вход в меню. Если не отпускать кнопку «ОК», то можно увидеть, как меняются цифры: 0-1-2. Это три программы, которыми обладает данный конвертер.
Программа «0»: сразу после подачи напряжения на вход включается питание на выходе.
Программа «1»: позволяет сохранить необходимые параметры.
Чтобы выбрать нужную программу, необходимо в момент отображения нужной цифры отпустить кнопку «ОК».
Данное устройство отображает напряжение относительно точно. Возможная погрешность по напряжению +/-0,035 В, по току +/- 0,006 А. Регулировка производится как одиночными нажатиями кнопок, так и путем их удержания.
Возможен вывод параметров текущего тока. При повторном нажатии кнопки «ОК» на индикатор выводится мощность. Если еще раз нажать кнопку «ОК», то можно посмотреть емкость, которую отдал преобразователь.
Нажатием кнопки «вниз» показатели обнуляются.
С помощью кнопки «SET» устройство отключается.
Дополнительные функции
Данный конвертер обладает дополнительными функциями, к которым относится сохранение и загрузка профиля. «Lo», высвечивающееся на индикаторе, означает процесс загрузки.
Далее нужно ввести номер ячейки. Всего имеется девять ячеек. Есть возможность сохранить текущие значения тока и напряжения в определенную ячейку. Запись производится в энергозависимую память.
При нажатии и удержании кнопки «ОК» в течение нескольких секунд происходит автоматическое изменение показателей.
Данный преобразователь точный и мощный, отлично справится с серьезными задачами.
Как выбрать преобразователь напряжения
На сегодняшний день на рынке представлено большое количество моделей самых разных DC-DC конвертеров. Наиболее популярными среди них являются импульсные преобразователи. Но и их выбор столь велик, что легко растеряться. На что же нужно обратить особое внимание?
♦ КПД и диапазон температур
Некоторым преобразователям для нормальной работы и достижения заявленной мощности необходим радиатор. В противном случае, хотя устройство и способно функционировать, но при этом его КПД падает. Как правило, добросовестный продавец указывает на этот момент в примечаниях и сносках, которыми не стоит пренебрегать.
♦ Температура пайки конверторов для поверхностного монтажа
Данная информация обычно указана в технической документации. И хотя обычная микросхема должна выдерживать температуру до 280°C, лучше уточнить этот момент.
♦ Габариты конвертера
Маленький конвертер не может обладать очень высокой мощностью. И хотя современные технологии продолжают совершенствоваться, но их возможности не беспредельны. Конвертеру необходимы определенные габариты, чтобы обеспечивать охлаждение компонентов и выдерживать нагрузку.
На сегодняшний день существует огромное количество самых разных миниатюрных регулируемых преобразователей, с индикацией и без, с дополнительными функциями и программами и без таковых. Такие DC-DC конвертеры могут быть использованы в самых разных целях в зависимости от фантазии разработчика. Современные технологии позволяют сочетать мощность, точность, миниатюрность и доступную цену.
Принципы регулирования напряжения изолированного DC/DC преобразователя. Часть 1
Принципы регулирования напряжения изолированного DC/DC преобразователя. Часть 1.
Изолированные преобразователи DC/DC требуются в широком диапазоне приложений, включая измерение мощности, промышленные программируемые логические контроллеры (ПЛК), источники питания драйверов на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT), промышленные полевые шины и промышленную автоматизацию. Эти преобразователи часто используются для обеспечения гальванической развязки, повышения безопасности и повышения помехоустойчивости. Более того, их можно использовать для генерации нескольких шин выходного напряжения, включая шины двойной полярности.
С точки зрения точности регулирования выходного напряжения изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный обычно делятся на три категории: регулируемые, нерегулируемые и полурегулируемые. В этой статье обсуждаются различные схемы регулирования и принципы преобразования.
Подробно рассмотрены факторы, влияющие на точность регулирования. Приводятся некоторые конструктивные советы по повышению точности регулирования в практических конструкциях. Кроме того, представлены плюсы и минусы каждой схемы, чтобы выявить факторы влияющие на выбор подходящего решения для конкретного приложения.
Обратная связь и управление изолированными DC/DC преобразователями
Изолированные преобразователи DC/DC обычно используют трансформатор для электрической изоляции выхода от входа силового каскада (рис. 1).
Рис. 1. Блок-схема изолированного силового каскада DC/DC преобразователя
В изолированном DC/DC преобразователе с обратной связью (рис. 2) схема обратной связи определяет выходное напряжение и генерирует ошибку, сравнивая измеренное напряжение с заданным значением (опорное напряжение обратной связи). Затем ошибка используется для корректировки регулирующей переменной (рабочий цикл в этом примере) для компенсации отклонения выходного сигнала.
Гальваническая развязка между цепями управления на первичной и вторичной сторонах также важна. Такая изоляция может быть достигнута с помощью трансформатора или оптрона. Предполагая, что опорное напряжение VREF является точным и стабильным по температуре, точность регулирования в основном зависит от точности измерения выходного напряжения (другими словами, насколько хорошо VSENSE соответствует VOUT).
Рис. 2. Обратная связь и управление изолированным DC/DC преобразователем с обратной связью
Нерегулируемые изолированные DC/DC преобразователи
Нерегулируемые изолированные DC/DC преобразователи, также известные как изолированные DC/DC преобразователи с разомкнутым контуром, широко используются в приложениях, которые не требуют точного выходного напряжения. Типичным примером является двухтактный преобразователь с фиксированным рабочим циклом 50% (рис. 3). Схема управления состоит только из генератора и двух драйверов затвора, которые генерируют два дополнительных фиксированных сигнала затвора с коэффициентом заполнения 50% для управления Q1 и Q2.
Коэффициент трансформации трансформатора выбирается таким образом, чтобы обеспечить желаемое выходное напряжение. Не требуется ни схемы обратной связи, ни изолятора сигналов, что снижает стоимость и размер устройства.
Рис. 3. Нерегулируемый двухтактный преобразователь с фиксированным рабочим циклом 50%
Двухтактный преобразователь — это, по сути, использует прямое преобразование. Работа с фиксированным циклом 50%, регулирование выходного напряжения может быть выполнено с использованием эквивалентной схемы изображенной на Рис. 4. R — эквивалентное сопротивление вторичной обмотки и дорожки трансформатора. Выходное напряжение можно выразить как (1):
где VR — это падение напряжения на резисторе R, а VF — прямое падение напряжения на диоде, которые зависят от тока нагрузки. Более того, VR и VF также меняются в зависимости от температуры окружающей среды, как и VOUT. Уравнение (1) указывает, что VIN, помимо тока нагрузки и температуры окружающей среды, также, является фактором VOUT.
Эти факторы вообще не компенсируются, что может привести к значительным колебаниям выходного напряжения. Именно поэтому такие преобразователи называют нерегулируемыми.
Рис. 4. Эквивалентная схема нерегулируемого двухтактного преобразователя
Подобно двухтактным преобразователям, другие схемы преобразования, обычно используемые для нерегулируемых изолированных DC/DC преобразователей, представляют собой полумостовые и полномостовые преобразователи (H-Bridge). Из-за низкой стоимости и простоты схемы эти нерегулируемые изолированные DC/DC преобразователи обычно используются в качестве трансформаторов постоянного тока для обеспечения гальванической развязки. Регулятор с малым падением напряжения (LDO) часто используется в качестве пострегулятора, чтобы обеспечить низкий уровень шума и низкий уровень пульсаций питания.
Регулируемые изолированные DC/DC преобразователи
Входное напряжение, ток нагрузки и температура окружающей среды влияют на точность выходного напряжения в нерегулируемом изолированном DC/DC преобразователе.
Это неприемлемо для приложений, где критичны точное выходное напряжение и жесткое регулирование, и следует использовать регулируемый изолированный DC/DC преобразователь. Обратный преобразователь на Рис. 5 взят в качестве примера для пояснения того, как достигается жесткое регулирование. По сравнению с нерегулируемым двухтактным преобразователем (рис. 3) регулируемый обратный преобразователь имеет дополнительную схему обратной связи. Также, оптопара используется для передачи управляющего сигнала со вторичной стороны на первичную при обеспечении гальванической развязки.
Преимущество использования оптрона заключается в том, что цепь обратной связи может быть размещена на вторичной стороне. Таким образом, выходное напряжение можно напрямую измерять и регулировать (то есть VSENSE = VOUT), что, в свою очередь, компенсирует все эффекты связанные с изменением входного напряжения, тока нагрузки и температуры, на регулирование выходного напряжения.
В результате можно ожидать точного регулирования в диапазоне от ± 1% до ± 3% для всех рабочих входных напряжений, тока нагрузки и температурных условий.
Использование оптрона имеет несколько недостатков. Прежде всего, оптопара вводит дополнительный контур управления, что уменьшает полосу пропускания преобразователя. Во-вторых, оптопара имеет большие отклонения точности преобразования, а также снижение CTR, что накладывает ограничения на конструкцию контура управления.
Рис. 5. Регулируемый обратный преобразователь с использованием оптрона
Полурегулируемые изолированные DC/DC преобразователи
Нерегулируемые изолированные DC/DC преобразователи не требуют оптопары, но не обеспечивают какого-либо регулирования. И наоборот, регулируемые изолированные DC/DC преобразователи обеспечивают точное регулирование выходного напряжения, но требуют наличия оптрона. Есть много приложений, в которых заказчик может не захотеть оптопару, но потребует некоторой регулировки выходного напряжения.
Так называемый полурегулируемый изолированный DC/DC преобразователь будет подходящим решением.
С точки зрения регулирования выходного напряжения полурегулируемый изолированный DC/DC преобразователь представляет собой нечто среднее между нерегулируемыми и регулируемыми изолированными DC/DC преобразователями. Подобно регулируемому изолированному DC/DC преобразователю полурегулируемый изолированный DC/DC преобразователь имеет цепь обратной связи. Однако он не определяет и не регулирует выходное напряжение напрямую. Вместо этого он просто определяет напряжение, которое напоминает выходное напряжение на вторичной стороне, но обычно соотносится с первичным входным напряжением. Эти методы могут не обеспечить достаточную точность регулирования выходного напряжения, но позволяет не использовать оптрон, обеспечивая при этом достойную стабилизацию выходного напряжения. В этой статье рассмотрим три примера: понижающий преобразователь, обратный преобразователь с перекрестно регулируемым выходом и обратный преобразователь первичной стороны (PSR).
Источник: www.edn.com
Понижающие (понижающие) регуляторы | TI.com
Имея более 1000 уникальных устройств, вы можете выбрать наиболее полный в отрасли портфель высокоэффективных понижающих (понижающих) импульсных регуляторов постоянного тока. Это обширное семейство продуктов включает в себя все типы понижающих импульсных регуляторов, начиная от гибкости микросхемы контроллера и заканчивая высокоинтегрированным и простым понижающим силовым модулем. От 1 В до 100 В на входе и от 50 мА до 420 А на выходе — вы можете рассчитывать на то, что у нас есть понижающий регулятор напряжения, соответствующий требованиям вашей системы.
Поиск по категориям
Новые продукты
параметрический фильтр Посмотреть все продукты ТПС628303НОВЫЙ
Понижающие преобразователи (встроенный переключатель)
ТПС628303 ПРЕДПРОСМОТР
Понижающий преобразователь 2,25 В в 5,5 В, 3 А с точностью 1 % в небольших корпусах QFN и SOT583
прибл.
цена (USD) 1ку | 0,55
НОВЫЙ
Понижающие модули (встроенный индуктор)
TPSM82913 АКТИВНЫЙ
17-VIN, 3-A понижающий модуль с низким уровнем шума и пульсаций и встроенным компенсационным фильтром с ферритовыми шариками
прибл. цена (USD) 1ку | 3
Тенденции мощности
Плотность мощности
Больше мощности, меньше места на плате. Это тенденция в приложениях на всех рынках, а также в нашем портфолио понижающих регуляторов. Подчеркнутое семейством понижающих стабилизаторов SWIFT™, наше портфолио устройств с высокой плотностью мощности отличается высокой степенью интеграции, набором высокопроизводительных функций и высоким выходным током в компактном корпусе с улучшенными тепловыми свойствами.
Модули питания высокой плотности — отличный выбор для питания сильноточных цифровых нагрузок, таких как ПЛИС и процессоры. Используйте наш инструмент для подключения к процессору, чтобы найти лучшие источники питания для вашей ПЛИС или процессора.
параметрический фильтр Найти все понижающие регуляторы удельной мощности стрелка вправо Найти PMIC для процессоров и FPGA
Рекомендуемые продукты для удельной мощности
ТПС543620 АКТИВНЫЙ Вход от 4 В до 18 В, расширенный режим тока, синхронный понижающий преобразователь SWIFT™ на 6 А
TPSM63603 АКТИВНЫЙ Высокая плотность, вход от 3 до 36 В, выход от 1 до 16 В, модуль питания 3 А
TPSM82823 АКТИВНЫЙ Вход 5,5 В, понижающий модуль на 3 А со встроенным дросселем в корпусе uSiP 2,0 мм × 2,5 мм × 1,1 мм
Низкие электромагнитные помехи
Снижение электромагнитных помех понижающего стабилизатора может стать серьезной проблемой для многих разработчиков источников питания. Устройства со встроенными технологиями снижения электромагнитных помех экономят время на разработку и помогают соответствовать таким сложным стандартам, как CISPR 25 Class-5. Ознакомьтесь с нашими рекомендуемыми понижающими регуляторами для работы с электромагнитными помехами.
параметрический фильтр Найти все понижающие стабилизаторы с низким уровнем электромагнитных помех стрелка вправо Ознакомьтесь с нашим учебным центром EMI
Рекомендуемые продукты с низким уровнем электромагнитных помех
ТПС62810-К1 АКТИВНЫЙ Автомобильный понижающий преобразователь 2,75 В в 6 В, 4 А в корпусе QFN со смачиваемыми сторонами 2 мм x 3 мм
LM25149 АКТИВНЫЙ Синхронный понижающий DC/DC-контроллер 42 В со сверхнизким IQ и встроенным активным фильтром электромагнитных помех
LMQ61460-Q1 АКТИВНЫЙ Автомобильный синхронный понижающий малошумный преобразователь 3–36 В, 6 А с низким уровнем электромагнитных помех и встроенными конденсаторами
Низкий ток покоя (IQ)
Понижающие стабилизаторы постоянного/постоянного тока со сверхнизким током покоя в режиме ожидания повышают эффективность при малой нагрузке и продлевают срок службы батарей в портативных устройствах и устройствах с батарейным питанием.
Найдите некоторые из самых низких I 9Устройства 0071 Q в нашем портфеле понижающих регуляторов ниже.
параметрический фильтр Найти все понижающие регуляторы с низким IQ
Рекомендуемые продукты для низкого тока покоя (IQ)
ТПС62840 АКТИВНЫЙ Ток покоя 60 нА (IQ), от 1,8 В до 6,5 VIN, высокоэффективный понижающий преобразователь 750 мА
LMR43620-Q1 АКТИВНЫЙ Автомобильный синхронный понижающий стабилизатор от 3 до 36 В, 2 А, низкий IQ
НОВЫЙ LM25149-Q1 АКТИВНЫЙ Автомобильный синхронный понижающий DC/DC-контроллер 42 В со сверхнизким IQ и встроенным активным фильтром электромагнитных помех
Низкий уровень шума и точность
Типичным импульсным стабилизаторам требуется LDO-стабилизатор после стабилизатора для питания АЦП и AFE с высоким разрешением. Но благодаря лучшим в отрасли характеристикам шума и пульсаций, TPS62912 и TPS62913 позволяют отказаться от этого малошумящего LDO в большинстве приложений, экономя площадь печатной платы и общие затраты при одновременном повышении эффективности системы.
параметрический фильтр Найти все малошумящие и прецизионные понижающие регуляторы
Рекомендуемые продукты для низкого уровня шума и точности
ТПС62912 АКТИВНЫЙ 17-VIN, 2-A малошумящий понижающий преобразователь с малыми пульсациями и встроенной компенсацией ферритового фильтра
ТПС62913 АКТИВНЫЙ 17-VIN, 3-A малошумящий понижающий преобразователь с малыми пульсациями и встроенной компенсацией ферритового фильтра
Ресурсы для проектирования и разработки
Инструмент для проектирования
WEBENCH® Power Designer
WEBENCH® Power Designer создает индивидуальные схемы электропитания в соответствии с вашими требованиями. Среда предоставляет вам комплексные возможности проектирования источников питания, которые экономят ваше время на всех этапах процесса проектирования.
Инструмент моделирования
PSpice® for TI инструмент проектирования и моделирования
PSpice® for TI — это среда проектирования и моделирования, помогающая оценить функциональность аналоговых схем. В этом полнофункциональном пакете для проектирования и моделирования используется модуль аналогового анализа от Cadence®. Доступный бесплатно PSpice для TI включает в себя одну из крупнейших библиотек моделей в (…)
Инструмент для проектирования
Программный инструмент Power Stage Designer™ для наиболее часто используемых импульсных источников питания
Power Stage Designer — это инструмент на основе JAVA, помогающий ускорить проектирование источников питания, поскольку он вычисляет напряжения и токи для 21 топологии на основе данных, введенных пользователем.
Кроме того, Power Stage Designer содержит инструмент для построения графиков Боде и полезный набор инструментов с различными функциями для проектирования источников питания (…)
Victron Orion-Tr 48/12-20A (240W) Изолированный DC-DC преобразователь | Регулятор напряжения
Цена по прейскуранту: $142,00
Твоя цена: 120,70 долларов США
- Артикул:
- 1593090
- Доставка:
- Рассчитывается на кассе
- Вес:
- 1,3 кг / 3 фунта.
- Номинальное напряжение:
- 48В
- Номинальная сила тока:
- 20А
- Преобразование:
- 12 В
- Технические характеристики:
- Руководство:
- Описание
- Дополнительная информация
Изолированный преобразователь Orion-Tr является преобразователем постоянного тока в постоянный
Особенности- Дистанционное включение/выключение0124
- Параллельно можно подключать неограниченное количество устройств.
- Степень защиты IP43
- При установке винтовыми клеммами вниз.
- Винтовые клеммы
- Для установки не требуются специальные инструменты.
Распродажа
Дистрибьютор Victron Energy Lynx | 1000А
Часть системы Victron Module Lynx, распределитель Lynx представляет собой модульную шину постоянного тока.
