Схема преобразователя: Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

Содержание

Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

В этой статье рассматриваются электросхемы преобразователей напряжения, назначение и принцип работы оборудования. Также здесь объясняется, какие бывают устройства, даются рекомендации по их выбору, указываются ключевые характеристики.

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Они также называются DC/DC‑конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

В категорию DC/DC‑конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания. К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС‑преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)

AC/DC‑преобразователи применяются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электросетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко применяются в промышленной автоматизации, изготовлении источников питания, телекоммуникациях, на транспорте, в гальванике, энергосиловых установках, сварочных аппаратах. В зависимости от используемых силовых ключей, выпрямители бывают:

1. Тиристорными. Они состоят, как правило, из таких основных компонентов:

  • трансформатор. Необходим для понижения/повышения напряжения, а также гальванической развязки выпрямителя от электросети;
  • тиристорный мост (вентильная группа). Предназначен для преобразования переменного электротока в постоянный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний напряжения на входе;
  • блок управления вентильной группой;
  • емкостной, индуктивный или комбинированный фильтр (LC-фильтр). Предназначен для сглаживания пульсаций выходных параметров.

2. Транзисторными. В состав таких выпрямителей входят следующие элементы:

  • входной LC-фильтр. Необходим для защиты питающей сети от помех, создаваемых выпрямителем;
  • диодный мост;
  • ВЧ-преобразователь. Предназначен для преобразования постоянного тока в высокочастотный импульсный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний входного напряжения;
  • ВЧ-трансформатор. Предназначен для понижения/повышения напряжения импульсного тока;
  • диодный или транзисторный выпрямительный мост. Предназначен для преобразования высокочастотного импульсного тока в постоянный;
  • блок управления;
  • выходной LC-фильтр.

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называют DC/AC‑инверторами. Они могут применяться как отдельная аппаратура или входить в состав источников бесперебойного питания и систем преобразования электроэнергии. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электросхеме обеспечивает изменение направление движения тока и получение синусоиды.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и какую топологию формирования синусоидального сигнала он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сквозной нейтралью. Она отличается минимальным количеством силовых транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам относится необходимость применения двухполярного источника электропитания, удвоенное число высоковольтных конденсаторов. Этот вариант используют обычно для не очень мощных нагрузок (0,5-1 кВт).

Мостовая топология. Наиболее распространенная схема в силовых преобразователях. Характеризуется повышенной надежностью, не требует большой входной емкости, обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относится повышенная сложность драйверов и увеличенное число транзисторов.

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения

Важнейшие характеристики инвертора:

  • частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;
  • номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;
  • максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;
  • значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

  1. Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
  2. Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
  3. Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60…0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

Заключение

В статье были рассмотрены основные разновидности преобразователей напряжения, особенности их работы и сферы применения. Также были приведены типовые электросхемы преобразователей напряжения и описаны критерии выбора DC/AC инверторов.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 12-220

   Представляем двухтактный импульсный преобразователь, собранный на ШИМ-контроллере TL494. Это позволяет сделать схему довольно простой и доступной для повторения многим радиолюбителям. На выходе стоят высокоэффективные выпрямительные диоды удваивающие напряжение. Также можно использовать преобразователь напряжения и без диодов — получая переменное напряжение. Например для электронных балластов (при питании ЛДС) постоянное напряжение и полярность включения не актуальна, так как в схеме балласта на входе стоит диодный мост. Принципиальная схема показана на рисунке — кликните для увеличения.

   В преобразователе 12-220 В используется готовый высокочастотный понижающий трансформатор из блока питания AT или ATX компьютера, но в нашем преобразователе он станет наоборот повышающим. Обычно эти трансформаторы отличаются только габаритами, а расположение выводов идентично. Нерабочий блок питания от ПК можно найти в любой мастерской по ремонту компьютеров.

   Работа схемы. Резистор R1 задает ширину импульсов на выходе, R2 (совместно с C1) задаёт рабочую частоту. Уменьшаем сопротивление R1 – увеличиваем частоту. Увеличиваем емкость C1 – уменьшаем частоту. Транзисторы в преобразователь напряжения ставим мощные МОП полевые, которые характеризуются меньшим временем срабатывания и более простыми схемами управления. Здесь одинаково хорошо работают IRFZ44N, IRFZ46N, IRFZ48N.

   Радиатор не нужен, так как продолжительная работа не вызывает ощутимый нагрев транзисторов. А если всё-же возникнет желание поставить их на радиатор — фланцы корпусов транзисторов не закорачивать через радиатор! Используйте изоляционные прокладки и шайбы втулки от компьютерного БП. Однако для первого запуска радиатор не помешает; по крайней мере транзисторы сразу не сгорят в случае ошибок монтажа или КЗ на выходе.

   Правильно собранная схема преобразователя в наладке не нуждается. Корпус желательно использовать неметаллический, чтоб исключить пробой высокого напряжения на корпус. Соблюдайте осторожность при работе со схемой, так как напряжение 220 В опасно!

   Форум по импульсным преобразователям

   Форум по обсуждению материала ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 12-220




ДАТЧИКИ ПРИБЛИЖЕНИЯ

Изучим разные типы датчиков приближения и объекты, которые они могут обнаруживать.


Схемы стабилизаторов и преобразователей напряжения, самодельные инверторы (Страница 2)


Схема стабилизатора напряжения для питания трансивера (12В, 30А)

Описывается стабилизатор напряжения, который предназначен для питания полупроводникового трансивера от 11-16В при токах до 30А. Напряжение на его выходе можно регулировать в интервале + 11…16В, а максимальный выходной ток у него — 30 А. Стабилизатор выполнен на мощном полевом транзисторе VT1 …

1 925 0

Преобразователь напряжения 12V для питания ноутбука от 18-19V (UC3843)

Принципиальная схема несложного преобразователя напряжения для ноутбука, построен на микросхеме UC3843 и транзисторе IRF530N. Обычно напряжение питания ноутбука находится в пределах 18-19V. Это не очень удобно, потому что при выходе из строя собственного блока питания или при работе в полевых …

1 616 1

Мощный блок питания на микросхеме LM317 и транзисторе КТ818 (2-30V)

Cхема мощного блока питания на микросхеме LM317 и транзисторе КТ818, позволяет получить на выходе напряжение от 2 до 30 Вольт при токе до 5А. Позволит питать различные самодельные устройства, заряжать аккумуляторы и аккумуляторные батареи.

7 9809 7

Схема преобразователя напряжения из +9В в +400В (К176ИЕ12, BS170)

Старая отечественная микросхема К176ИЕ12 выпускалась для работы в качестве задающего генератора в цифровых электронных часах. Она генерирует импульсы частотой 1 Гц, 2 Гц, периодом в одну минуту, а так же импульсы для опроса четырехразрядного динамического индикатора. Но на основе этой микросхемы …

3 1105 0

Схема простого самодельного инвертора напряжения, из аккумулятора на 12В в 220В

Обзор и принципиальная схема самодельного простого и мощного инвертора напряжения с +12В на 220 Вольт переменки.

Не изобретая велосипед, взял за основу стандартную схему на основе микросхемы К561ТМ2. Схема широко известна во всевозможных комбинациях в паре с биполярными транзисторами.

2 2761 1

Двуполярный DC-DC преобразователь напряжения +5В в +-20В для питания от батарей

Принципиальная схема самодельного DC-DC преобразователя напряжения для получения +-20В из +5В, можно использовать в батарейной радиоаппаратуре. Многие приборы и устройства, сделанные на операционных усилителях требуют двуполярного источника питания с относительной большой разностью потенциалов …

4 1819 1

Автогенерация двух последовательно включенных транзисторов, схема преобразователя напряжения

Такой автогенератор изобретен 25.12.84 г. и описан в авторском свидетельстве СССР№1368950. Н02М 7/538, G05F1/08 под названием «Преобразователь напряжения В.Ю. Солонина». В нем впервые реализована автоматическая (с помощью автогенерации) передача электричества порциями через …

0 1414 0

DC-DC преобразователь напряжения 12В в 40В на таймере серии 555

При выборе схемы DC-DC преобразователя сейчас обычно используют специализированные микросхемы, которых, в настоящее время выпускается великое множество. И все-же не имея возможности приобрести нужную специализированную микросхему DC-DC можно собрать на элементной базе об щего назначения …

2 2497 5

DC-DC преобразователь напряжения 5В от USB-порта в 9В (LM3578AM)

Схема простого преобразователя напряжения для питания устройств на 9В от USB-порта компьютера или ноутбука. В настоящее время USB является универсальным портом компьютера, к которому подключаются самые разные устройства. На USB выведен достаточно мощный источник напряжения 9V, поэтому многие …

0 799 0

DC-DC преобразователь напряжения 12В в 28В для питания индикаторов

Согласитесь, очень удобно, когда на приборной панели вашего автомобиля есть цифровые электронные часы, с хорошо видимым контрастным дисплеем с четкими цифрами, не раздражающими зрение, гармонично сочетающиеся с дизайном приборной панели. К сожалению, найти в торговой сети автомобильные часы …

1 917 0

 1 2 3  4  5  6  … 25 

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Схема преобразователя | Микросхема — радиолюбительские схемы

Когда необходим импульсный преобразователь

Предлагаю вам для начала представить такой случай из радиолюбительской практики. Вы захотели собрать усилитель своими руками. Для упрощения отбросим их деление на типы и классы. Будем руководствоваться одним, для многих, основным параметром усилителя звуковой частоты – его выходная мощность. Вы решили не размениваться по мелочам и собрать для себя усилок на 500 ватт. Всё. Цель установлена. Перед вами стоит задача найти подходящую схему. Что дальше? Правильно. Шарим на популярных радиолюбительских сайтах, не забывая, конечно, про mikrocxema.ru, в поисках заветной схемы усилителя звуковой частоты.

Допустим, из кучи предложений нашли две наиболее удовлетворяющих потребности. К примеру, схема номер раз – транзисторный биполярный усилитель мощности и схема номер два – транзисторный полевой усилитель мощности. Теперь из них нужно выбрать одну, на базе которой вы будете паять желанный, радующий ухо мощным звуком девайс. Руководствуясь субъективными оценочными критериями, выбираете, допустим, первый вариант. Ага. Спаять схему – полбеды, и здесь особых трудностей возникнуть не должно. Но вот перед вами вырисовывается огромная, типичная в подобной ситуации проблема. Думаете какая? Правильно. А чем же я его буду питать? Точнее – от чего! Это, пожалуй, одна из главенствующих проблем при конструировании мощных электронных устройств.

Если применять трансформаторный источник питания, то для нашей схемы габаритная мощность трансформатора должна быть не менее 625…650 ватт. Кроме того, что подобные трансы не валяются на дороге, так они ещё и жутко дорогие. А если вы захотели использовать собранный усилитель мощности в автомобиле. Как тогда его питать? В этом случае приходят на помощь импульсные источники питания и импульсные преобразователи напряжения. Собрать и довести до ума импульсный блок питания, преобразователь, конечно, сложнее традиционного, но другого выхода нет. Приходится паять. Ведь мы так близко к заветному первому запуску усилителя.

От теории к практике конструирования

Сегодня расскажем и приведем схему преобразователя напряжения с мощностью нагрузки до 1000 ватт. Конвертер отлично подойдет для питания как автомобильного усилителя, так и любого другого электрического устройства от бортовой сети. Напряжение на выходе преобразователя равно 75…105 вольтам. Но изменить его никогда не поздно. На вход преобразователя подается стандартное автомобильное напряжение 12 вольт. Схема преобразователя:

Добавлено: из радиолюбительской беседы в комментариях стало ясно, что схема преобразователя не полностью надежна и работоспособна. Мы немного изменили силовой каскад и в итоге получилась вот такая схема:

Добавлено: подробнее о питании сетевым напряжением смотрите комментарий 11. Также стоит обратить внимание на 21. В 31 фото собранного блока питания. Описание изменений читайте в 35, 37, 41.

Собирается преобразователь на широко распространенной микросхеме ШИМ TL494 и мощных MOSFET на выходе, способными обеспечить необходимую силу тока.

Для этой цели сгодятся по три параллельно соединенных полевых транзистора IRFZ44N на плечо. Итого, шесть штук, т.к. преобразователь, конечно, двухтактный. Кстати, такие транзисторы стоят в автомобильном сабвуфере Prology ATB-1000 и Prology ATB-1200.

Можно поставить в схему MOSFET IRF3710, помощнее и понадежнее. На выход преобразователя традиционно ставят импульсный трансформатор. А после него уже мощные выпрямительные диоды или диодный мост и фильтрующие конденсаторы, т.е. все обязательные для блоков питания радиокомпоненты.

Рассчитываем импульсный трансформатор

Теперь о том, как рассчитать импульсный трансформатор для нашей схемы преобразователя. Входное напряжение потенциалом 13,8 вольт должно преобразовываться примерно в 70 вольт (чтобы после диодов и фильтрующих конденсаторов получилось около 90 В). Частота преобразователя 50 кГц. Её задает генератор с ШИМ TL494 (левая часть схемы преобразователя). Допустим, у нас в наличии имеется ферритовое кольцо М2500НМС К65х40х9. Из него мы будем получать импульсный трансформатор для нашего преобразователя. Буковка «С» в маркировке феррита обозначает, что он предназначен для работы в сильных магнитных полях. Габаритная мощность такого кольца примерно 1100 ватт, т.е. то, что нам нужно. А рассчитывается она по формуле:

Pгаб = 3,14 * (D — d) * h * d * d * f * 0,25 / 12000 => Pгаб = 3,14*(65-40)*9*40*40*50*0,25/12000?1100 Вт.

Как можно заметить, габаритная мощность зависит не только от размеров ферритового сердечника, но и от частоты тока преобразователя. Причем зависимость существенная. Таким образом, при проектировании преобразователя напряжения мы не скованы частотной характеристикой, как это было бы в случае с традиционным сетевым блоком питания, рассчитанном на промышленную частоту 50…60 Гц. Это не может не радовать, так как при расчетах, обнаружив несоответствие габаритной мощности трансформатора мощности нагрузки, мы можем просто увеличить частоту задающего генератора. Частота, если брать в широких пределах, может составлять 5…500 кГц, обычно, конечно, этот разброс значительно уже – 10…100 кГц. При этих значениях коэффициент полезного действия импульсного трансформатора равен 95…99%! Но здесь ещё необходимо, конечно, учитывать характеристики материала сердечника. Для предварительного расчета можно взять среднюю частоту преобразования 50 кГц. Увеличив частоту до 100 кГц, мы получим габаритную мощность импульсного трансформатора для нашего преобразователя в два раза больше, т.е. под 2 кВт.

Сила тока во вторичной обмотке I2 = 1000 / (70+70) ? 7 ампер.

Теперь определим плотность тока в обмотках: J = 1,5 + 24 / (Pгаб)1/2 => J=1,5+24/(1100)1/2 = 2,2 А/мм2.

Теперь необходимо определить разность потенциалов, подводимую к импульснику для рассматриваемой схемы преобразователя напряжения. Поскольку первичная обмотка поделена на две с отводом от средней точки, U1 = 2*13,8 – Uнас, где Uнас – падение напряжения на переходе сток-исток транзистора. Для IRFZ44N примем Uнас = 0,8 В. Для MOSFET IRF3710 это значение поменьше. U1 = 2*13,8 – 0,8 ? 27 вольт.

Отлично. Находим количество витков и диаметр провода первичной обмотки. W1 = 500 * U1 / (F * 0,25 * (D — d) * h) => W1=500*27/(50*0,25*(65-40)*9) ? 5 витков. Т.е. по три витка на плечо с отводом от середины. Итого, W1=6. Для вычисления диаметра обмоточного провода определим силу тока в первичной обмотке. I1 = 1000 ватт / (27 вольт/2*КПД) => I1 = 1000 ватт / (27 вольт/2*0,9) ? 83 А. Отсюда диаметр провода равен d1 = 0,6*(83 А)1/2 = 5,46 мм. Если считать через плотность тока, то получаем d1 = (83 (А) / 2,2 (А/мм2) / 3,1415)1/2 * 2 = 6,9 мм. Найдем среднее значение d1= (5,46+6,9)/2 ? 6 мм. Можно и нужно взять провод меньшего диаметра и намотать первичку в несколько жил. Например, 1,5 мм x 16 жил.

Число витков вторичной обмотки W2 = W1*U2 / U1 => W2=6*(70+70) / 27 = 31 виток или примерно по 15…16 витков с отводом от середины медным проводом диаметром d2 = 0,6*(7 А)1/2 ? 1,6 мм. Для верности можно пустить три жилы диаметром 1 мм. Или 0,63 мм x 6 жил.

После всех свистоплясок получается импульсный трансформатор для преобразователя примерно следующего вида:

Вот мы и произвели беглый расчет импульсного трансформатора для схемы преобразователя мощностью 1000 ВА. Причем сделали это вручную, без использования компьютерных программ. Методик расчета трансформаторов предостаточно. Для получения более точных показателей, конечно, желательно воспользоваться вычислительной программой для расчета трансформатора. И лучше не одной. Т.к. полученные значения в них порой очень сильно разняться. А при расчете в нескольких прогах можно аналитически-статистическим методом отсеять более точные данные. Одну из программ можно скачать в статье автомобильный преобразователь напряжения. Там же можно почитать дополнительно о подобных конструкциях и схемах преобразователей. И ещё несколько скачайте по ссылке ниже.

Скачать программы для расчета трансформатора

Автором ExcellentIT v.3.5.0.0 и Lite-CalcIT v.1.7.0.0 является Владимир Денисенко из г. Пскова, автором Transformer v.3.0.0.3 и Transformer v.4.0.0.0 – Евгений Москатов из г. Таганрога.

Советую применять все указанные программы для расчета импульсных источников питания комплексно.

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: полезно собрать

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Расчет силового трансформатора
Преобразователь напряжения 12 — 220

Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах

Принципиальные схемы простых преобразователей напряжения на основе автогенераторов, построены с использованием транзисторов.

В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.

Однокаскадные преобразователи напряжения

Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.

Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным.

Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 2.

Рис. 2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12…0,23 мм).

Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700…800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).

Рис. 3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.

Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.

Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора C3. Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.

Двухтактные преобразователи напряжения

Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора.

При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15…0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5…0,8 мм.

Рис. 4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Рис. 5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фазировку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.

В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.

Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.

Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2×5 витков диаметром 1,29 мм, вторичной — 2×2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10…30 кВ.

Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содержит резисторов (рис. 6). Он питается от батареи напряжением 5 6 и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.

Рис. 6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В.

Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора. Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания.

Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.

Диоды VD1 и VD2 — не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%. Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV — по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.

Преобразователь по схеме индуктивной трехточки

Преобразователь напряжения (рис. 7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120… 150 В.

Потребляемый преобразователем ток около 3…5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70.

Рис. 7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.

Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19…0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 — величиной 12…51 кОм.

Преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В

Рис. 8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.

Преобразователь (рис. 8) представляет собой однотактный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (С2, C3). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1.

В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.

В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке.

При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.

Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и C3, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи.

Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и C3 в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, перемагничивая сердечник Т1 током разряда.

Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2.

При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается.

Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.

Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток. Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.

Преобразователь напряжения с ШИМ управлением

На рис. 9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9…. 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.

КПД стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.

Рис. 9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с ШИМ управлением.

При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается.

В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается).

Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор C3. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе C3 увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2.

Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе C3 прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение. Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20… 140 кГц.

Преобразователь напряжения 3-12В/+15В, -15В

Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.

Рис. 10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом 15+15В.

Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения.

Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе С3 зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора.

Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70… 90%.

Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки — 2 Вт.

При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.

Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).

Малогабаритный сетевой преобразователь напряжения

Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 11. В основе устройства обычный блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).

Рис. 11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.

Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.

Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.

Слаботочный преобразователь напряжения на 440В

Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор C3 через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В.

Конденсатор C3 должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.

Рис. 12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.

Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта.

В начале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.

Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4… 1,0 мА.

Преобразователь напряжения для питания фотовспышки

Преобразователь напряжения (рис. 13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи — 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.

Рис. 13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки.

Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света. Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.

Преобразователь напряжения ПН-70

Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью.

Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает непрерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.

Рис. 14. Схема модифицированного преобразователя напряжения ПН-70.

Перевести работу преобразователя в ждущий режим удалось О. Панчику, который включил на выходе преобразователя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 — ѴТЗ по схеме Дарлингтона.

Как только напряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением резистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя.

Когда напряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, стабилитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя. Транзистор ѴТ1 должен быть установлен на медном радиаторе размерами 50x22x0,5 мм.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Схема преобразователя напряжения 12V » Вот схема!


Преобразователь использует гальванический источник напряжением 3-4.5V и вырабатывает постоянное напряжение 12-15V. Максимальный ток нагрузки составляет 150 мА, при этом КПД преобразователя около 70%, при снижении тока до 10-15 мА КПД уменьшается до 40%, Выходное сопротивление 0.2 Ом. Пульсации выходного напряжения не более 10 мВ. Частота преобразования 22 кГц.

Преобразователь предназначен для использования в случаях, когда выполняется ремонт или усовершенствование портативной аппаратуры с низковольтным питанием, выполняемый путем внесения в схему дополнительных узлов, требующих более высокого напряжения питания, и при этом нет габаритных возможностей использовать большее число гальванических элементов.

Преобразователь может питать и измерительные приборы, но в этом случае потребуется на его выходе установить дополнительный стабилизатор, поскольку, с целью упрощения, стабилизация не предусмотрена.

Схема преобразователя показана на рисунке. Схема трансформаторная, имеется положительная обратная связь по току в нагрузке, достигается это тем, что напряжения обратной связи для функционирования двухтактного генератора на транзисторах VT1 и VT2 снимаются с частей вторичной обмотки, которая через цепь нагрузки связана с минусом источника питания.

В результате увеличение тока нагрузки приводит к увеличению этой связи и следовательно большему открытию транзисторов, в то же время, при уменьшении тока нагрузки эта связь уменьшается и преобразователь переходит в экономический режим. Этим достигается, относительно простыми мерами столь высокий КПД.

Вторичное напряжение выпрямляется диодами VD1 и VD2 и сглаживается конденсатором С2. Слишком большой емкости здесь не нужно, поскольку частота преобразования достаточно высокая, к тому же она находится за верхним пределом полосы пропускания звуковых трактов большинства портативной аппаратуры и не оказывает влияния на её работу.

Трансформатор намотан на кольце К17X8X5 из феррита 2000НМ. Первичная обмотка содержит 12+12 витков, вторичная — 48+10+48 витков Провод ПЭВ 0,31 Транзисторы — КТ816, диоды КД102. Сделан источник в виде объемного модуля, помещенного в корпус крупного оксидного конденсатора (К50-16 на 2200 мкф) и залитого эпоксидной смолой.

Схема преобразователя напряжения 12 — 220 вольт для автомобиля

Порой  появляется потребность подключить бытовые приборы в автомобиле, которые работают от 220 вольт, там, где электросеть отсутствует, к примеру, на охоте, рыбалке.

Тема довольно популярная, и в большинстве радиотехнических журналах и книгах печатались всевозможные принципиальные схемы автомобильных преобразователей напряжения от  12 – 220 вольт от автомобильного аккумулятора, схоже по параметрам с напряжением электросети 220В. В данной статье приведена одна из схем преобразователя напряжения из 12 вольт в 220 вольт (инвертор), которое можно применить в автомобиле.

Hantek 2000 — осциллограф 3 в 1

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

Описание принципа работы преобразователя 12 — 220 вольт

Ниже приведена еще одна схема преобразователя 12 в 220 вольт. Хотя он  рассчитан на небольшую мощность (порядка 70Вт), но он создает переменное напряжение по форме очень близкой к синусоиде и частотой 50 Гц.

Схема преобразователя напряжения построена на генераторе, создающего симметричные импульсы напряжения, следующие противофазно и выходного блока на полевых ключевых транзисторах, которые нагружены повышающим трансформатором. На логических элементах DD1.1 и DD1.2 создан мультивибратор, формирующий электрические импульсы частотой 100 Гц.

Для создания симметричных импульсов следующих в противофазе, в схеме применен D-триггер интегральной микросхемы DD2. Он делит на два импульсы, поступающие на его вход с генератора сигнала. Особенность данного триггера в том, что у него есть два выхода прямой и инверсный, то есть в противофазе. Таким образом, при поступлении сигнала с частотой 100Гц на выходах будет по 50Гц.

Выходная схема автомобильного преобразователя напряжения построена на ключевых полевых транзисторах VТ1 и VT2 большой мощности с небольшим сопротивлением открытого канала. Поскольку данные транзисторы имеют изолированный затвор, то активное сопротивление между их каналом и затвором практически бесконечное. Для защиты выходов триггера от перегрузки в схему добавлены два буферных элемента DD1.3 и DD1.4, через которые импульсы поступают на транзисторы.

Повышающий трансформатор включен в стоковые цепи транзисторы VT1 и VT2. Для предотвращения появления самоиндукции на стоках к ним подключены стабилитроны повышенной мощности VD2 и VD3. Подавление ВЧ помех осуществляется элементами R4, C3. Обе микросхемы запитаны напряжением 5,1В от стабилизатора на элементах VD1 и R5.

Детали схемы преобразователя 12 – 220 вольт

Обмотка дросселя L1 выполнена на ферритовом кольце имеющее диаметр 28мм. Она намотана проводом ПЭЛ-2 0,6мм одним слоем до полного заполнения кольца. Трансформатор Т1 представляет из себя сетевой трансформатор на 220 вольт (мощностью не менее 100Вт)  у которого две вторичные обмотки по 9В каждая.

Следует обратить внимание, что низковольтную часть автомобильного преобразователя можно выполнить на печатной плате, а высоковольтную (транзисторы, трансформатор, цепь питания, дроссель, стабилитроны) обязательно объемным монтажом (проводами достаточного сечения). Интегральную микросхему СD4001 можно поменять на К561ЛЕ5, а СD4013 применить отечественный аналог К561ТМ2.

Стабилитрон VD1 на напряжение от 5…7 вольт, может быть Д814А, КС156, КС168. Стабилитроны VD2 и VD3 большой мощности  BZX85-33V или КС533. Конденсатор C4 на напряжение не ниже 100В, остальные могут быть на 15 вольт.

При рабочих деталях и верном монтаже автомобильный преобразователь не требует настройки. Можно лишь подстроить резистором R1 частоту выходного переменного тока.

Источник: «Радиоконструктор», 02/2012

Что такое преобразователь мощности?

Что такое преобразователь мощности?

Преобразователь — это электрическая цепь, которая принимает входной постоянный ток и генерирует выходной постоянный ток с другим напряжением, обычно достигаемым за счет высокочастотного переключения с использованием индуктивных и емкостных фильтрующих элементов.

Преобразователь мощности — это электрическая цепь, которая преобразует электрическую энергию из одной формы в желаемую, оптимизированную для конкретной нагрузки. Преобразователь может выполнять одну или несколько функций и выдавать выходной сигнал, отличный от входного.Он используется для увеличения или уменьшения величины входного напряжения, инвертирования полярности или создания нескольких выходных напряжений одной и той же полярности со входом, другой полярности или смешанной полярности, например, в блоке питания компьютера.

Преобразователи постоянного тока в постоянный используются в широком спектре приложений, включая источники питания компьютеров, преобразование и регулирование мощности на уровне платы, схемы управления двигателями постоянного тока и многое другое.

Преобразователь действует как связующее звено или ступень преобразования между источником питания и выходом источника питания.Существует несколько королей преобразователей, основанных на входном напряжении источника и выходном напряжении, и они делятся на четыре категории, а именно преобразователи переменного тока в постоянный, известный как выпрямитель, циклоконвертер переменного тока в переменный или преобразователь частоты, преобразователь постоянного напряжения или тока в постоянный. , и преобразователь постоянного тока в переменный.

Рис.1 Технические характеристики преобразователя мощности

Преобразователь использует нелинейные компоненты, такие как полупроводниковые переключатели, и линейные реактивные компоненты, такие как катушки индуктивности, трансформаторы и конденсаторы для промежуточного накопления энергии, а также фильтрации тока и напряжения.Размер, вес и стоимость преобразователя во многом определяются этими компонентами.

В преобразователях постоянного тока широко используются три основные схемы преобразователя: понижающая, повышающая и понижающая и повышающая. Эти конфигурации являются наиболее часто используемыми топологиями из-за их простоты и использования меньшего количества компонентов. У каждого есть свои преимущества и недостатки, которые определяют пригодность для любого конкретного применения.

Рисунок 2 Схема неизолированной схемы преобразователя

Понижающий преобразователь — это понижающий преобразователь, повышающий — повышающий, а понижающий-повышающий — одновременно повышающий и понижающий.Все они не изолированы и используют индуктор в качестве элемента передачи энергии и в основном используются при преобразовании и регулировании мощности на уровне платы.

Изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный используют трансформатор для обеспечения изоляции, нескольких выходов, разного уровня напряжения или полярности в зависимости от соотношения витков и направления обмоток.

Они основаны на неизолированной топологии, но с включением трансформатора. Обычно используются следующие типы: полный мост, полумост, прямой и двухтактный преобразователи, которые являются изолированными версиями понижающего преобразователя; и обратный ход, который является изолированной версией повышающего преобразователя.

Рис.3.Мостовой изолированный понижающий преобразователь

Для повышения производительности используются силовые полупроводниковые устройства с высокими частотами и быстрым переключением. Высокие частоты повышают эффективность при уменьшении физических размеров источников питания, поскольку они позволяют использовать более мелкие компоненты. Частоты обычно выше слышимого диапазона и находятся в диапазоне от 20 кГц до 200 кГц. Схема обратной связи и управления рабочим циклом обычно используется для регулировки условий включения и выключения для поддержания постоянного напряжения на выходе независимо от тока нагрузки или изменений напряжения питания.

Преобразователи широко используются в электронном оборудовании, в источниках питания и других схемах, требующих определенных уровней напряжения и тока, отличных от доступной исходной энергии питания. Преобразователи обеспечивают любой тип требуемого напряжения нужной величины. При правильной конструкции и использовании почти идеальных компонентов доступные методы преобразования предлагают множество надежных и эффективных источников энергии для питания большинства электронных устройств и компонентов.

Руководство по проектированию цепей для преобразователей постоянного / постоянного тока (1/10)

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный?

В этом руководстве приведены советы по проектированию цепей преобразователей постоянного тока в постоянный.Как спроектировать схемы преобразователя постоянного тока в постоянный, которые удовлетворяют требуемым спецификациям при различных ограничениях, описано с использованием как можно большего количества конкретных примеров.

Свойства цепей преобразователя постоянного / постоянного тока (такие как КПД, пульсации и переходная характеристика нагрузки) могут быть изменены с помощью их внешних частей. Оптимальные внешние части обычно зависят от условий эксплуатации (входных / выходных характеристик). Цепь источника питания часто используется как часть цепей коммерчески доступных продуктов и должна быть спроектирована таким образом, чтобы удовлетворять ограничениям, таким как размер и стоимость, а также требуемым электрическим характеристикам.Обычно стандартные схемы, перечисленные в каталогах, были разработаны путем выбора таких деталей, которые могут обеспечить приемлемые свойства в стандартных условиях эксплуатации. Эти детали не обязательно оптимальны для индивидуальных условий эксплуатации. Следовательно, при разработке отдельных продуктов стандартные схемы должны быть изменены в соответствии с их индивидуальными техническими требованиями (такими как эффективность, стоимость, монтажное пространство и т. Д.). Разработка схемы, удовлетворяющей требованиям спецификации, обычно требует большого опыта и знаний.В этом руководстве с использованием конкретных данных описано, какие части следует изменить и как их изменить для выполнения требуемых операций без специальных знаний и опыта. Вы сможете быстро и успешно управлять схемами преобразователя, не выполняя сложных расчетов схем. Вы можете проверить свой проект либо путем тщательного расчета позже самостоятельно, либо с помощью специалистов, обладающих знаниями и опытом, если вы чувствуете себя неуверенно.

Типы и характеристики преобразователей постоянного тока в постоянный

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

доступны с двумя типами схем:

  1. Неизолированные типы:
    • Базовый (одна катушка) тип
    • Емкостная муфта (двухкатушечная) типа ―― SEPIC, Zeta и др.
    • Нагнетательный насос (без переключаемого конденсатора / катушки) тип
  2. Изолированные типы:
    • Типы трансформаторной муфты―― Тип переднего трансформатора
    • Типы трансформаторной муфты ―― Обратный трансформатор типа

Характеристики отдельных типов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики цепей преобразователя постоянного тока в постоянный
Тип цепи №деталей
(Монтажная площадка)
Стоимость Выходная мощность Пульсация
Неизолированный Базовый Малый Низкий Высокая Малый
SEPIC, Zeta Средний Средний Средний Средний
Нагнетательный насос Малый Средний Малый Средний
Изолированный Трансформатор передний Большой Высокая Высокая Средний
Обратный трансформатор Средний Средний Средний Высокая

В схеме базового типа работа ограничивается либо повышением, либо понижением, чтобы минимизировать количество деталей, а входная и выходная стороны не изолированы.На рисунке 1 показана повышающая схема, а на рисунке 2 — понижающая. Эти схемы обладают такими преимуществами, как небольшой размер, низкая стоимость и небольшая пульсация, и спрос на них растет в соответствии с потребностями в уменьшении размеров оборудования.

Рисунок 1: Повышающая схема

Рисунок 2: Понижающая цепь

С SEPIC и Zeta конденсатор вставляется между V IN и V OUT повышающей цепи и понижающей схемой основного типа, и добавляется одна катушка.Они могут быть сконфигурированы как повышающие или понижающие преобразователи постоянного / постоянного тока с использованием повышающей ИС контроллера постоянного тока и понижающего контроллера постоянного тока, соответственно. Однако, поскольку некоторые ИС контроллеров постоянного / постоянного тока не предполагается использовать с этими типами цепей, убедитесь, что ваши ИС контроллеров постоянного / постоянного тока могут использоваться с этими типами цепей. Конденсаторная связь типа с двумя катушками имеет преимущество, позволяющее обеспечить изоляцию между V IN и V OUT . Однако увеличенные катушки и конденсаторы снизят эффективность.В частности, во время понижения эффективность существенно снижается, обычно примерно до 70-80%.

Тип нагнетательного насоса не требует змеевика, что позволяет минимизировать площадь и высоту установки. С другой стороны, этот тип не обеспечивает высокую эффективность для приложений, которым требуется широкий спектр выходных мощностей или больших токов, и ограничивается приложениями для управления белыми светодиодами или для питания ЖК-дисплеев.

Цепь изолированного типа также известна как первичный источник питания (основной источник питания).Этот тип широко используется для преобразователей переменного тока в постоянный, которые генерируют мощность постоянного тока в основном из имеющегося в продаже источника переменного тока (от 100 до 240 В), или для приложений, где требуется изоляция между входной и выходной сторонами для устранения шумов. В этом типе входная и выходная стороны разделены с помощью трансформатора, а повышением, понижением или реверсом можно управлять, изменяя коэффициент трансформации трансформатора и полярность диода. Таким образом, вы можете отключить множество источников питания из одной цепи питания.Если используется обратный трансформатор, схема может состоять из относительно небольшого количества частей и может использоваться в качестве цепи вторичного источника питания (местного источника питания). Однако обратный трансформатор требует наличия пустот, чтобы предотвратить магнитное насыщение сердечника, увеличивая его размеры. Если используется прямой трансформатор, можно легко найти большой источник питания. Эта схема, однако, требует схемы сброса на первичной стороне, чтобы предотвратить намагничивание сердечника, увеличивая количество частей.Кроме того, стороны входа и выхода IC контроллера должны быть заземлены отдельно.

Основные принципы работы преобразователей постоянного тока в постоянный

Принципы работы повышения и понижения в цепях преобразователя постоянного / постоянного тока будут описаны с использованием самого основного типа. Схемы других типов или схемы, использующие катушки, могут считаться составленными из комбинации повышающей схемы и понижающей схемы или их прикладных схем.

На рисунках 3 и 4 показаны операции повышающей схемы.На рисунке 3 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который снижает эффективность при малой нагрузке. Электрическая энергия накапливается в L, пока полевой транзистор включен. На рисунке 4 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее значение тока, а левый край катушки принудительно фиксируется на V IN для подачи питания для увеличения напряжения до V OUT для работы в режиме повышения.Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. Однако, если полевой транзистор включен слишком долго, время подачи питания на выходную сторону становится слишком коротким, и потери в течение этого времени увеличиваются, что снижает эффективность преобразования. Следовательно, значение максимальной нагрузки (отношение времени включения / выключения) обычно определяется таким образом, чтобы поддерживать соответствующее значение.

В повышающем режиме токи, показанные на рисунках 3 и 4, повторяются:

Рисунок 3: Ток при включении полевого транзистора в повышающей цепи

Рисунок 4: Ток при отключении полевого транзистора в повышающей цепи

На рисунках 5 и 6 показаны операции понижающей схемы.На рисунке 5 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который ухудшит эффективность в условиях малой нагрузки. Когда полевой транзистор включен, электрическая энергия накапливается в L и подается на выходную сторону. На рисунке 6 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее текущее значение и включает SBD. В это время напряжение на левом крае катушки принудительно падает ниже 0 В, уменьшая напряжение на V OUT .Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. С понижающей схемой, когда полевой транзистор включен, питание может подаваться на выходную сторону, и нет необходимости определять максимальную нагрузку. Следовательно, если входное напряжение ниже, чем выходное напряжение, полевой транзистор остается включенным. Однако, поскольку операция повышения отключена, выходное напряжение также снижается до уровня входного напряжения или ниже.

В режиме понижения токи, показанные на рисунках 5 и 6, повторяются:

Рисунок 5: Ток при включении полевого транзистора в понижающей цепи

Рисунок 6: Ток при отключении полевого транзистора в понижающей цепи

4 критических момента при проектировании схем преобразователя постоянного тока в постоянный

Среди технических требований для цепей преобразователя постоянного / постоянного тока критическими считаются следующие:

  1. Стабильная работа (не может быть нарушена из-за сбоя в работе, такого как ненормальное переключение, перегорание или перенапряжение)
  2. Высокая эффективность
  3. Малая пульсация на выходе
  4. Хорошая реакция на переходные процессы при нагрузке

Эти свойства можно до некоторой степени улучшить, изменив ИС преобразователя постоянного тока в постоянный и внешние детали.Вес этих четырех свойств зависит от конкретного приложения. Далее рассмотрим, как выбирать отдельные детали для улучшения этих свойств.

Следующая страница

Выбор частоты коммутации DC / DC преобразователя

Как использовать простые схемы преобразователя

Использование простых схем преобразователя при создании преобразователей других типов.

Рекомендуемый уровень

Начинающий

В этой технической статье рассматриваются различные схемы подключения, в которых используются различные типы преобразователей.Например, инверсия источника и нагрузки преобразует понижающий преобразователь в повышающий преобразователь, каскадное соединение преобразователей приводит к образованию повышающего понижающего преобразователя, а преобразователь Cuk — из базового понижающего и повышающего преобразователей. Различные соединения нагрузки между выходами более чем одного преобразователя могут вызвать образование однофазных или многофазных инверторов.

Инверсия источника и нагрузки

Рассмотрим простой понижающий преобразователь, показанный на рис.1.


Рисунок 1. Принципиальная схема понижающего преобразователя

Из принципа критерия вольт-временного баланса для индуктора,

Коэффициент преобразования этой схемы составляет,

$$ \ frac {V_ {O}} {V_ {S}} = D $$ [Уравнение 1]

Где D — коэффициент заполнения переключателя S, т.е. $$ D = \ frac {T_ {ON}} {T_ {ON} + T_ {OFF}} $$

Теперь, если мы поменяем местами порты ввода и вывода, как показано на рис. 2. Конденсатор останется нетронутым вместе с нагрузкой, чтобы избежать высокочастотных пульсаций.

Рис. 2. Понижающий преобразователь с инвертированным источником и нагрузкой

Поскольку уравнение 1 справедливо и для инвертированной схемы, коэффициент преобразования будет:

$$ \ frac {V_ {S}} {V_ {O}} = D $$ или $$ V_ {O} = \ frac {1} {D} V_ {S}. $$

Здесь нагрузка подключается к источнику питания, когда S включен. Но направление «потока мощности» меняется на противоположное, как показано.Если мы поменяем местами два переключателя S и D, мы получим следующую конфигурацию преобразователя, как показано на рис.3. Конфигурация рис. 3 более предпочтительна, так как время зарядки индуктора контролируется переключателем S.

Рис. 3. Инверсия источника и нагрузки при замене S и D

Так как переключатель S находится в положении D, то он должен оставаться включенным, когда он был выключен на рис. 2, и выключенным, когда он был включен, в соответствии с конфигурацией, показанной на рис. Рабочий цикл для этого случая будет 1-D. Таким образом, $$ V_ {O} = \ frac {1} {1-D} V_ {S}.$$ Здесь нагрузка подключается к источнику питания, когда переключатель S выключен. Эта конфигурация, показанная на рисунке 3, аналогична повышающему преобразователю.

Каскадное подключение преобразователей

Пусть есть два преобразователя с коэффициентами преобразования С1 и С2. Если они подключены каскадно и имеют одинаковый коэффициент заполнения для переключателя преобразователя, то общий коэффициент преобразования будет C1 X C2.

Пусть первый преобразователь будет понижающим преобразователем, а второй — повышающим; и они соединены каскадом, как показано на рис.4.

Этот преобразователь не инвертирующий, т.е. если входное напряжение имеет положительную полярность, то выходное напряжение также имеет положительную полярность.

Рис. 4. Каскадный понижающий и повышающий преобразователи

Понятно, что конденсатор C A может быть удален, в то время как индукторы L A и L B могут быть объединены, как показано на рисунке 5, для той же цели, что и на рисунке 4.

Рисунок 5.Неинвертирующий пониженно-повышающий преобразователь

В установившемся режиме коэффициент преобразования каскадного соединения для повышающего преобразователя в понижающий является произведением коэффициента преобразования для понижающего преобразователя и повышающего преобразователя. Коэффициент конверсии $$ = \ frac {V_ {O}} {V_ {S}} = D \, X \, (\ frac {1} {1-D}) $$, где 0

Выходное напряжение меньше входного напряжения, если D <0,5, и выходное напряжение больше входного напряжения, если D> 0,5.

Эту схему можно дополнительно упростить, уменьшив количество переключателей, но она изменит полярность выходного напряжения.Это происходит из-за изменения полярности катушки индуктивности в течение одного подинтервала. Его конфигурация показана на рисунке 6.

Рис. 6. Инвертирующий пониженно-повышающий преобразователь

Таким образом, коэффициент преобразования для инвертирующего повышающего преобразователя составляет

.

$$ \ frac {V_ {O}} {V_ {S}} = — \ frac {D} {1-D} $$

Аналогичным образом, преобразователь Cuk может быть получен путем каскадирования повышающего преобразователя, за которым следует понижающий преобразователь, как показано на рис.7. Преобразователь Cuk более выгоден, поскольку он имеет функцию без пульсации входного тока повышающего преобразователя и функцию без пульсации выходного тока понижающего преобразователя.

Рисунок 7. Повышающий понижающий преобразователь

Схема, показанная на рис. 7, может быть дополнительно упрощена до рис. 8, как показано. Коэффициент преобразования для этого преобразователя такой же, как и для повышающего преобразователя.

Рисунок 8.Преобразователь Ćuk

Вращение трехконцевых ячеек

Снова рассмотрим базовые схемы понижающего, повышающего, понижающего-повышающего преобразователей и понижающего преобразователя, как показано на рис. 9.

Рис. 9. Базовые преобразователи

Комбинация переключателя и индуктора или комбинация переключателя и конденсатора может образовывать трехконтактные ячейки, которые могут использоваться для реализации всех основных конфигураций преобразователя, показанных на рис.9. Эти конфигурации клеммных ячеек состоят из однополюсного двухпозиционного переключателя, который при повороте показывает вышеуказанную конфигурацию преобразователей, показанную на рисунках 10 и 11.

Рис. 10. Конфигурация трехконтактной ячейки (индуктор с переключателем SPDT)

Очевидно, что если выводы трехконтактной ячейки (1, 2, 3) соединены следующим образом, соответствующие преобразователи могут быть реализованы, как указано ниже.

1 ——— (A), 2 —— (B), 3 ——— (C) ➔ Понижающий преобразователь

1 ——— (C), 2 ——- (A), 3 ——— (B) ➔ Повышающий преобразователь

1 ——— (A), 2 ——- (C), 3 ——— (B) ➔ Инвертирующий понижающий-повышающий преобразователь

Аналогично, другая конфигурация трехконтактного элемента, образованного комбинацией переключателя и конденсатора, как показано на рис.11.

Рис. 11. Конфигурация трехконтактной ячейки (с использованием конденсатора и переключателя)

Трехконтактную ячейку можно повернуть для подключения следующих клемм, чтобы реализовать следующие конфигурации преобразователя.

1 ———— (А), 2 ———— (В), 3 ————- (С ) ➔ Понижающий преобразователь.

1 ———— (C), 2 ———— (A), 3 ————- (B) ➔ Повышающий преобразователь

1 ———— (А), 2 ———— (В), 3 ————- (В ) ➔uk Преобразователь

Дифференциальное подключение нагрузки Только преобразователи

в каскадной комбинации могут вырабатывать только униполярное напряжение.В случае инвертора требуется биполярное напряжение. Это биполярное напряжение может быть достигнуто с помощью дифференциального включения базовых преобразователей.

Дифференциальное соединение двух понижающих преобразователей показано на рисунке 12.

Рис. 12. Дифференциальное соединение двух понижающих преобразователей

Выходное напряжение для дифференциального подключения,

$$ V_ {O} = V_ {A} -V_ {B} $$

Рис.12 можно дополнительно упростить, исключив один из конденсаторов, как показано на рис. 13.

Рисунок 13. Упрощенное дифференциальное подключение понижающих преобразователей

Если переключатель S A имеет рабочий цикл D, рабочий цикл для переключателя S B должен быть (1-D).

Таким образом, $$ V_ {O} = DV_ {S} — (1-D) V_ {S} $$

$$ \ Rightarrow V_ {O} = (2D-1) V_ {S}. $$

Если D <0,5 ➔ V O отрицательный,

А когда D> 0.5 ➔ V O положительный.

Трехфазный инвертор также может быть получен по схеме конфигурации, показанной на рис. 14.

Рис. 14. Дифференциальное подключение для получения конфигурации трехфазного инвертора

Бак-преобразователи

Рис. 3.1.1 Понижающий преобразователь

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Понять принципы работы понижающих преобразователей.
  • • Коммутационный транзистор.
  • • Цепь маховика.
  • Обратите внимание на ограничения выходного напряжения.
  • Распознавать различные источники входного сигнала.
  • Поймите взаимосвязь между шириной импульса переключения и выходным напряжением.

Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь используется в цепях SMPS, где выходное напряжение постоянного тока должно быть ниже входного напряжения постоянного тока.Вход постоянного тока может быть получен от выпрямленного переменного тока или от любого источника постоянного тока. Это полезно там, где не требуется гальваническая развязка между коммутационной схемой и выходом, но если на входе используется выпрямленный источник переменного тока, изоляция между источником переменного тока и выпрямителем может быть обеспечена с помощью разделительного трансформатора сети.

Коммутационный транзистор между входом и выходом понижающего преобразователя постоянно включается и выключается с высокой частотой. Чтобы поддерживать непрерывный выход, схема использует энергию, запасенную в катушке индуктивности L, во время периодов включения переключающего транзистора, чтобы продолжать питать нагрузку в периоды выключения.Работа схемы зависит от того, что иногда также называют схемой маховика. Это связано с тем, что схема действует скорее как механический маховик, который при регулярных импульсах энергии продолжает плавно вращаться (отдавать энергию) с постоянной скоростью.

Вход переменного или постоянного тока

Понижающий преобразователь — это форма преобразователя постоянного тока в постоянный, который может принимать входной сигнал непосредственно от источника постоянного тока, такого как аккумулятор. На входе также может быть постоянный ток, полученный от сети переменного тока (линии), как показано на рисунке 3.1.1 через цепь выпрямителя / накопительного конденсатора. Вход переменного тока в схему выпрямителя может быть переменным током высокого напряжения непосредственно от сети переменного тока или, альтернативно, с более низким напряжением через понижающий трансформатор. Как бы ни был получен постоянный ток, подаваемый на понижающий преобразователь, он затем преобразуется в высокочастотный переменный ток с помощью переключающего транзистора или «прерывателя», управляемого прямоугольной волной (обычно с широтно-импульсной модуляцией). Это приводит к возникновению высокочастотной волны переменного тока, которая затем может быть повторно преобразована в постоянный ток гораздо более эффективным способом, чем это было бы возможно в схемах, описанных в модуле источников питания 1.

Операция понижающего преобразователя

Рис. 3.1.2 Время включения транзистора

Как показано на рис. 3.1.1, схема понижающего преобразователя состоит из переключающего транзистора вместе со схемой маховика (D1, L1 и C1). Пока транзистор включен, через нагрузку через катушку индуктивности L1 проходит ток. Действие любого индуктора противодействует изменениям тока, а также действует как накопитель энергии. В этом случае предотвращается немедленное увеличение выхода переключающего транзистора до своего пикового значения, поскольку в катушке индуктивности накапливается энергия, взятая из увеличивающегося выхода; эта накопленная энергия позже возвращается обратно в схему в качестве резервного e.м.ф. поскольку ток от переключающего транзистора быстро отключается.

Период включения транзисторного переключателя

Таким образом, как показано на рис. 3.1.2, когда переключающий транзистор включен, он снабжает нагрузку током. Первоначально ток в нагрузке ограничен, так как энергия также накапливается в L1, поэтому ток в нагрузке и заряд на C1 постепенно нарастают в течение периода «включения». Обратите внимание, что в течение всего периода включения на катоде D1 будет большое положительное напряжение, поэтому диод будет смещен в обратном направлении и, следовательно, не будет играть никакой роли в действии.

Рис. 3.1.3 Переключение периода «выключения» транзистора

Период выключения транзисторного переключателя

Когда транзистор выключается, как показано на рис. 3.1.3, энергия, накопленная в магнитном поле вокруг L1, возвращается обратно в цепь. Напряжение на катушке индуктивности (обратная ЭДС) теперь имеет обратную полярность по отношению к напряжению на L1 в течение периода включения, и в коллапсирующем магнитном поле доступно достаточно накопленной энергии, чтобы поддерживать ток в течение, по крайней мере, части времени. транзисторный ключ открыт.

Задний э.д.с. от L1 теперь заставляет ток течь по цепи через нагрузку и D1, который теперь смещен в прямом направлении. Как только индуктор вернул в цепь большую часть своей запасенной энергии и напряжение нагрузки начинает падать, заряд, накопленный в C1, становится основным источником тока, поддерживая ток, протекающий через нагрузку, до начала следующего периода включения.

Общий эффект от этого заключается в том, что вместо большой прямоугольной волны, появляющейся на нагрузке, остается только пульсирующая форма волны, т.е.е. треугольная волна высокой частоты с малой амплитудой и уровнем постоянного тока:

V OUT = V IN x (Время включения сигнала переключения (t ON ) / периодическое время сигнала переключения (T))

или:

Рис. 3.1.4 Работа понижающего преобразователя

Следовательно, если форма волны переключения имеет отношение метки к пространству 1: 1, выходной сигнал V OUT из схемы понижающего преобразователя будет иметь значение V IN x (0,5 / 1) или половину V IN .Однако, если отношение метки к пространству сигнала переключения изменяется, возможно любое выходное напряжение от приблизительно 0 В до В IN .

Просмотрите пути тока в периоды включения и выключения переключающего транзистора.

Посмотрите, как магнитное поле вокруг индуктора растет и схлопывается, и наблюдайте за изменением полярности напряжения на L.

Наблюдайте за эффектом пульсации во время включения и выключения переключающего транзистора.

Обратите внимание, что действия, показанные на рис.3.1.4 сильно тормозят; транзитор обычно включается и выключается с частотой 20 кГц или быстрее.

Рис. 3.1.5 Понижающий преобразователь для отрицательных материалов

Во многих сложных схемах основной источник постоянного тока может иметь слишком высокое напряжение для некоторых частей схемы. Например. напряжение питания 24 В постоянного тока для выходного каскада может потребоваться понизить до 5 В или 3,3 В для логических схем, управляющих выходным каскадом. В некоторых цепях может также возникнуть необходимость в обслуживании отрицательных источников питания. Для таких обстоятельств схема, показанная на рис.3.1.5 можно использовать. Это включает в себя изменение положения L1 и D1 и изменение полярности C по сравнению со схемой на рис. 3.1.2. Эта разновидность базового понижающего преобразователя теперь инвертирует положительный вход постоянного тока для создания отрицательного напряжения в диапазоне от 0 В до -В IN .

Как работает Рис. 3.1.5

Когда транзисторный ключ включается, на L1 подается положительное напряжение питания. В этот момент диод D1 смещен в обратном направлении, поэтому ток питания не может достичь выхода, но заряжает L1, создавая вокруг него магнитное поле.Обратите внимание, что напряжение на L1 в это время заставляет верх индуктора быть положительным по отношению к линии 0 В.

Однако, когда входной транзистор выключается, магнитное поле вокруг L1 начинает разрушаться и, таким образом, вызывает изменение напряжения на L1, которое теперь делает верхнюю часть L1 отрицательной по отношению к 0 В. В это время D1 становится смещенным в прямом направлении и проводит ток, заставляя конденсатор C1 повышать напряжение, создавая отрицательное выходное напряжение на нагрузке. Фактическое значение отрицательного выходного напряжения будет обратным некоторой части входного напряжения и будет зависеть от отношения метки к пространству входного переключателя, приложенного к прямоугольному сигналу, который будет сигналом с широтно-импульсной модуляцией, обычно работающим с постоянной частотой. на десятках кГц.

Убийца КПД

в цепи преобразователя постоянного тока в постоянный ток

Аннотация: Преобразователи постоянного тока в постоянный, распространенные в аккумуляторных, портативных и других высокоэффективных системах, могут обеспечивать КПД более 95% при повышении, снижении или инвертировании питающих напряжений. Сопротивление источника питания — один из наиболее важных факторов, ограничивающих эффективность. В этом примечании к применению описывается влияние сопротивления источника, способы расчета эффективности, практические соображения, соображения по проектированию и показан реальный пример.Преобразователи постоянного тока

обычно используются в оборудовании с батарейным питанием и в других энергосберегающих приложениях. Подобно линейному регулятору, преобразователь постоянного тока в постоянный может регулировать более низкое напряжение. Однако, в отличие от линейных регуляторов, преобразователь постоянного тока в постоянный может повышать входное напряжение или инвертировать его для создания отрицательного напряжения. В качестве дополнительного бонуса преобразователь постоянного тока в постоянный может иметь КПД более 95% при оптимальных условиях. Однако эта эффективность ограничена диссипативными компонентами. Основная причина — сопротивление в источнике питания.

Потери из-за сопротивления источника могут снизить КПД на 10% и более, не считая потерь в преобразователе постоянного тока! Если преобразователь имеет соответствующее входное напряжение, его выход будет в норме, и может не быть очевидных признаков того, что мощность тратится впустую.

К счастью, проверить эффективность ввода несложно (см. Раздел «Источник»).

Большое сопротивление источника может вызвать другие, менее очевидные эффекты. В крайних случаях вход преобразователя может стать бистабильным или его выход может уменьшиться в условиях максимальной нагрузки.Бистабильность означает, что преобразователь демонстрирует два стабильных входных состояния, каждое со своим КПД. Выходной сигнал преобразователя в норме, но эффективность системы может резко снизиться (см. Как избежать бистабильности).

Следует ли решить эту проблему просто за счет минимизации сопротивления источника? Нет, потому что практические ограничения и компромисс между стоимостью и выгодой, создаваемый системой, могут предложить другие решения. Например, разумный выбор входного напряжения источника питания может значительно снизить потребность в низком сопротивлении источника.Более высокое входное напряжение для преобразователя постоянного тока ограничивает требования к входному току, что, в свою очередь, снижает потребность в низком сопротивлении источника. С точки зрения системы преобразование 5 В в 2,5 В может быть намного более эффективным, чем преобразование 3,3 В в 2,5 В. Каждый вариант должен быть оценен. Цель этой статьи — предоставить аналитические и интуитивно понятные инструменты для упрощения задачи оценки.

Системный обзор

Как показано на рис. 1 , любую регулируемую систему распределения мощности можно разделить на три основных раздела: источник, регулятор (и) (в данном случае преобразователь постоянного тока в постоянный) и нагрузку (и).Источником может быть батарея или источник постоянного тока, регулируемый или нерегулируемый. К сожалению, источник также включает в себя все рассеивающие элементы между напряжением постоянного тока и нагрузкой: выходное сопротивление источника напряжения; сопротивление проводки; и сопротивление контактов, площадок печатной платы, последовательных фильтров, последовательных переключателей, цепей горячей замены и т. д. Эти элементы могут серьезно снизить эффективность системы.


Рис. 1. Регулируемая система распределения электроэнергии имеет три основных разделы.

Расчет и измерение эффективности источника очень просты.EFF ИСТОЧНИК равен (мощность, подаваемая на регулятор) / (мощность, обеспечиваемая V PS ), умноженная на 100%:

Предполагая, что регулятор потребляет незначительное количество тока в ненагруженном состоянии, вы можете измерить эффективность источника как соотношение V IN с регулятором при полной нагрузке к V IN с ненагруженным регулятором.

Регулятор (преобразователь постоянного тока в постоянный) состоит из микросхемы контроллера и связанных дискретных компонентов. Его характеристики описаны в паспорте производителя.КПД преобразователя постоянного тока в постоянный (EFF DCDC ) равен (мощность, передаваемая преобразователем) / (мощность, подаваемая преобразователю), умноженная на 100%:

Как указано производителем, этот КПД зависит от входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток нагрузки. Нет ничего необычного в том, что КПД изменяется не более чем на несколько процентов в диапазоне тока нагрузки, превышающем два порядка величины. Поскольку выходное напряжение фиксировано, мы можем сказать, что КПД изменяется всего на несколько процентов в «диапазоне выходной мощности», превышающем два порядка величины.

Преобразователи

DC-DC наиболее эффективны, когда входное напряжение максимально близко к выходному. Однако, если отклонение входного сигнала не является экстремальным по сравнению со спецификациями паспорта, эффективность преобразователя обычно может быть приблизительно определена как константа от 75% до 95%:

В этом обсуждении преобразователь DC-DC рассматривается как двухпортовый черный коробка. Для тех, кто интересуется нюансами конструкции преобразователя постоянного тока, см. Ссылки 1-3. Нагрузка включает в себя приводимое устройство и все последовательно соединенные с ним рассеивающие элементы, такие как сопротивление ПК, контактное сопротивление, сопротивление кабеля и т. Д.Поскольку выходное сопротивление преобразователя постоянного тока указано в паспорте производителя, это количество специально исключено. Эффективность нагрузки (EFF НАГРУЗКА ) равна (мощность, передаваемая на нагрузку) / (мощность, передаваемая преобразователем постоянного тока), умноженное на 100%:

Ключ к оптимальной конструкции системы заключается в анализе и понимании взаимодействия между преобразователь постоянного тока в постоянный и его источник. Для этого мы сначала определяем идеальный преобразователь, затем рассчитываем КПД источника, а затем проверяем наши предположения на основе данных измерений типичного преобразователя постоянного тока, в данном случае понижающего стабилизатора MAX1626.

Идеальный преобразователь постоянного тока в постоянный

Идеальный преобразователь постоянного тока в постоянный должен иметь 100% КПД, работать в произвольных диапазонах входного и выходного напряжения и подавать произвольные токи на нагрузку. Он также был бы сколь угодно маленьким и доступным бесплатно! Однако для этого анализа мы предполагаем только то, что эффективность преобразователя постоянна, так что входная мощность пропорциональна выходной мощности:

Для данной нагрузки это условие означает, что кривая входного тока-напряжения (IV) является гиперболической и демонстрирует отрицательную характеристику дифференциального сопротивления во всем диапазоне ( Рисунок 2 ).На этом графике представлены кривые ВАХ для преобразователя постоянного тока в зависимости от увеличения входной мощности. Для реальных систем с динамическими нагрузками эти кривые также являются динамическими. То есть кривая мощности смещается дальше от начала координат, поскольку нагрузка требует большего тока. Рассмотрение регулятора от входного порта вместо выходного порта — необычная точка зрения. В конце концов, регуляторы предназначены для обеспечения постоянного напряжения (иногда постоянного тока) на выходе. Их спецификации преимущественно описывают выходные характеристики (диапазон выходного напряжения, диапазон выходного тока, пульсации на выходе, переходные характеристики и т. Д.). Однако вход демонстрирует любопытное свойство: в пределах своего рабочего диапазона он действует как нагрузка постоянной мощности (ссылка 4). Нагрузки постоянной мощности полезны, среди прочего, при разработке тестеров батарей.


Рисунок 2. Эти гиперболы представляют входные характеристики постоянной мощности для преобразователя постоянного тока в постоянный.

Расчет эффективности источника

Теперь у нас достаточно информации для расчета рассеиваемой мощности источника и, следовательно, его эффективности. Поскольку задано значение напряжения холостого хода источника (V PS ), нам нужно только найти входное напряжение DC-DC преобразователя (V IN ).Из уравнения [5] решение для I IN :

I IN также может быть решено в терминах V PS , V IN и R S :

Приравняйте выражения из уравнений [6] и [7] и решить для V IN :

Чтобы понять их значение, очень поучительно визуализировать уравнения [6] и [7] графически ( Рисунок 3 ). Линия нагрузки резистора представляет собой график всех возможных решений уравнения [7], а кривая постоянного и переменного тока представляет собой график всех возможных решений уравнения [6].Пересечения этих кривых, представляющие решения пары одновременных уравнений, определяют стабильные напряжения и токи на входе преобразователя постоянного тока в постоянный. Поскольку кривая DC-DC представляет постоянную входную мощность, (V IN +) (I IN +) = (V IN -) (I IN -). (Суффиксы + и — относятся к двум решениям, предсказанным уравнением [8], и соответствуют знакам ± в числителе.)


Рисунок 3. Этот график накладывает линию нагрузки для сопротивления источника на DC-DC ВАХ преобразователя.

Оптимальная рабочая точка — V IN + / I IN +, что минимизирует потери I IN 2R S за счет минимального потребления тока от источника питания. Другая рабочая точка вызывает большое рассеивание мощности в любых рассеивающих компонентах между V PS и V IN . Эффективность системы резко падает. Но вы можете избежать таких проблем, если установите достаточно низкий R S . Эффективность источника [(V IN / V PS ) x 100%] — это просто уравнение [8], деленное на V PS :

В уравнениях легко заблудиться, и в этом заключается значение графика анализа грузовой линии на Рисунке 3.Обратите внимание, например, что если последовательное сопротивление (R S ) равно нулю, наклон линии нагрузки резистора становится бесконечным. Линия нагрузки тогда будет вертикальной линией, проходящей через V PS . В этот момент V IN + = V PS , и эффективность будет 100%. По мере увеличения сопротивления R S от 0 Ом линия нагрузки продолжает проходить через V PS , но все больше и больше наклоняется влево. Одновременно V IN + и V IN- сходятся на V PS /2, что также является точкой 50% эффективности.Когда линия нагрузки касается кривой ВАХ, уравнение [8] имеет только одно решение. Для более крупных R S уравнение не имеет реального решения, и преобразователь постоянного тока в постоянный больше не работает должным образом.

Преобразователи постоянного тока в постоянный — теория и практика

Как эти кривые идеального входа соотносятся с кривыми реального преобразователя постоянного тока в постоянный? Чтобы изучить этот вопрос, стандартный оценочный комплект MAX1626 (, рис. 4, ) был настроен на выходное напряжение 3,3 В и нагрузочный резистор 6,6 Ом. Затем мы измерили кривую I-V входа (, рис. 5, ).Сразу бросился в глаза ряд неидеальных характеристик. Обратите внимание, например, что для очень низких входных напряжений входной ток равен нулю. Встроенная блокировка минимального напряжения (обозначается как V L ) обеспечивает отключение преобразователя постоянного тока в постоянный для всех входных напряжений ниже V L . В противном случае при запуске от источника питания могут потребоваться большие входные токи.


Рисунок 4. Стандартная схема преобразователя постоянного тока в постоянный иллюстрирует идеи, показанные на рисунке 3.


Рисунок 5.Выше V MIN входная ВАХ MAX1626 близко соответствует характеристике идеального устройства с КПД 90%.

Когда V IN превышает V L , входной ток возрастает до максимума, который возникает, когда V OUT впервые достигает предварительно установленного выходного напряжения (3,3 В). Соответствующее входное напряжение (V MIN ) является минимумом, необходимым преобразователю постоянного тока в постоянный для получения заданного выходного напряжения. Для V IN > V MIN кривая постоянной мощности для КПД 90% близко соответствует входной кривой MAX1626.Отклонения от идеала вызваны, в первую очередь, небольшими отклонениями в КПД преобразователя постоянного тока в зависимости от его входного напряжения.

Как избежать бистабильности

Разработчик источника питания должен также гарантировать, что преобразователь постоянного тока в постоянный никогда не станет бистабильным. Бистабильность возможна в системах, в которых линия нагрузки пересекает кривую преобразователя постоянного тока в постоянный ток при напряжении V MIN / I MAX или ниже (, рис. 6, ).


Рис. 6. Более пристальный взгляд на точки пересечения указывает на возможность бистабильной и даже тристабильной работы.

В зависимости от наклона и положения грузовой марки система может быть бистабильной или даже трехсторонней. Обратите внимание, что более низкое значение V PS может позволить линии нагрузки пересекаться в одной точке между V L и V MIN , в результате чего система будет стабильной, но нефункциональной! Поэтому, как правило, линия нагрузки не должна касаться вершины кривой преобразователя постоянного тока в постоянный и не должна опускаться ниже нее.

На рисунке 6 сопротивление линии нагрузки (R S , которое имеет значение -1 / наклон) имеет верхний предел, называемый R BISTABLE :

Сопротивление источника (R S ) всегда должно быть меньше, чем R BISTABLE .Если это правило нарушается, вы рискуете крайне неэффективной работой или полным отключением преобразователя постоянного тока в постоянный.

Фактический случай

Было бы полезно построить для реальной системы зависимость, показанную в уравнении [9] между эффективностью источника и сопротивлением источника (, рис. 7, ). Предположим следующие условия:


Рисунок 7. Этот график зависимости эффективности источника от сопротивления источника показывает несколько значений эффективности для данного R S .

В PS = 10 В Напряжение питания холостого хода
В МИН. = 2 В Минимальное входное напряжение, обеспечивающее правильную работу
P IN = 50 Вт Мощность на входе DC-DC преобразователя (P OUT / EFF DCDC ).

Используя уравнение [12], R BISTABLE можно рассчитать как 0,320 Ом. Затем график уравнения [9] показывает, что эффективность источника падает по мере увеличения R S , теряя 20% при R S = R BISTABLE . Примечание: этот результат нельзя обобщать. Вы должны выполнить расчеты для каждого приложения. Одним из компонентов R S является конечное выходное сопротивление всех источников питания, определяемое регулированием нагрузки и обычно определяемое как:

Регулировка нагрузки =

Следовательно,

Источник питания 5 В / 10 А с 1 % регулирования нагрузки, например, будет только 5.Выходное сопротивление 0 мОм — немного для нагрузки 10 А.

Эффективность источника для общих приложений

Полезно знать, какое допустимое сопротивление источника (R S ) и как этот параметр влияет на эффективность системы. R S должен быть меньше, чем R BISTABLE , как указывалось ранее, но насколько оно должно быть ниже? Чтобы ответить на этот вопрос, решите уравнение [9] для R S в терминах EFF SOURCE , для значений EFF SOURCE 95%, 90% и 85%.R S 95 — это значение R S , которое дает эффективность источника 95% для заданных условий входа и выхода. Рассмотрим следующие четыре примера приложений, использующих обычные системы преобразователей постоянного тока в постоянный.

Пример 1 получает 3,3 В от 5 В при токе нагрузки 2 А. Для эффективности источника 95% соблюдайте осторожность, чтобы сопротивление между источником 5 В и входом преобразователя постоянного тока в постоянный ток составляло менее 162 м². Обратите внимание, что R S 90 = R BISTABLE , случайно. Это значение R S 90 также означает, что КПД может легко составлять 10% или 90%! Обратите внимание, что КПД системы (в отличие от КПД источника) является продуктом КПД источника, КПД преобразователя постоянного тока и КПД нагрузки.

Пример 1. Применение с использованием преобразователя постоянного тока MAX797 или MAX1653 (I OUT = 2A)

V PS В ВЫХ I ВЫХ В МИН EFF DCDC P ВЫХ R БИСТАБИЛЬНЫЙ R S 95 R S 90 R S 85
5 В 3.3В 2A 4,5 В 90% 6,6 Вт 0,307 Ом 0,162 Ом 0,307 Ом 0,435 Ом

Пример 2 аналогичен примеру 1, за исключением допустимого выходного тока (20 А против 2 А). Обратите внимание, что требование последовательного сопротивления для 95% эффективности источника в 10 раз ниже (16 мОм против 162 мОм). Чтобы добиться этого низкого сопротивления, используйте 2 унции. медные следы ПК.

Пример 2. Применение с использованием преобразователя постоянного тока MAX797 или MAX1653 (выход I OUT = 20A)

V PS В ВЫХ I ВЫХ В МИН EFF DCDC P ВЫХ R БИСТАБИЛЬНЫЙ R S 95 R S 90 R S 85
5 В 3.3В 20A 4,5 В 90% 66 Вт 0,031 Ом 0,016 Ом 0,031 Ом 0,043 Ом

В примере 3 получается 1,6 В при 5 А при напряжении источника 4,5 В (т. Е. 5–10%). Системное требование 111 мОм для R S 95 может быть выполнено, но нелегко.

Пример 3. Применение с использованием преобразователя постоянного тока MAX1710 с отдельным источником питания + 5 В (В PS = 4,5 В)

V PS В ВЫХ I ВЫХ В МИН EFF DCDC P ВЫХ R БИСТАБИЛЬНЫЙ R S 95 R S 90 R S 85
4.5 В 1,6 В 5A 2,5 В 92% 8 Вт 0,575 Ом 0,111 Ом 0,210 Ом 0,297 Ом

Пример 4 аналогичен примеру 3, но с более высоким напряжением питания (V PS = 15 В вместо 4,5 В). Обратите внимание на полезный компромисс: существенное увеличение разницы между входным и выходным напряжениями привело к падению эффективности только преобразователя постоянного тока в постоянный, но общая эффективность системы повысилась.R S больше не является проблемой, потому что большое значение R S 95 (> 1 Ом) легко достигается. Система с входным фильтром и длинными входными линиями, например, может поддерживать эффективность источника на уровне 95% или более без особого внимания к ширине линии и сопротивлению разъемов.

Пример 4. Применение с использованием преобразователя постоянного тока MAX1710 с отдельным источником питания +5 В (В PS = 15 В)

V PS В ВЫХ I ВЫХ В МИН EFF DCDC P ВЫХ R БИСТАБИЛЬНЫЙ R S 95 R S 90 R S 85
15 В 1.6В 5A 2,5 В 86% 8 Вт 3,359 Ом 1,149 Ом 2,177 Ом 3,084 Ом

Заключение

При рассмотрении технических характеристик преобразователя постоянного тока возникает соблазн максимизировать эффективность, задав напряжение питания как можно ближе к выходному напряжению. Однако эта стратегия может увеличить затраты из-за наложения ненужных ограничений на такие элементы, как проводка, разъемы и разводка трассы.Может даже пострадать эффективность системы. Аналитические инструменты, представленные в этой статье, должны сделать такие компромиссы энергосистемы более интуитивно понятными и очевидными.

Ссылки

  1. Эриксон, Роберт В. Основы силовой электроники. Чепмен и Холл, 1997.
  2. Ленк, Рон. Практическое проектирование источников питания. IEEE Press и McGraw Hill, 1998.
  3. Готтлиб, Ирвинг М. Источники питания, импульсные регуляторы, инверторы и преобразователи. Второе издание, TAB Books, 1994.
  4. Веттрот, Джон.«Контроллер обеспечивает постоянную нагрузку». EDN, 14 марта 1997 г.

Полное руководство по преобразователю постоянного тока, Примеры схем преобразователя постоянного тока

(Последнее обновление: 14 марта 2020 г.)

DC Преобразователь постоянного тока Введение:

DC Преобразователь постоянного тока Определение:

Преобразователь постоянного тока в постоянный — это электронная схема или электромеханическое устройство, которое преобразует источник постоянного тока (DC) из одного уровня напряжения в другой. Это разновидность преобразователя электроэнергии.Уровни мощности варьируются от очень низкого (маленькие батареи) до очень высокого (передача энергии высокого напряжения).

Преобразователь постоянного тока Обозначение:

Ниже приведен символ преобразователя постоянного тока в постоянный:

Преобразователь постоянного тока переменного тока Обозначение:

Ниже приведен символ преобразователя переменного тока в постоянный.

Блок-схема преобразователя постоянного тока

Для чего нужен преобразователь постоянного тока?

Это один из наиболее часто задаваемых вопросов.

Как правило, преобразователи постоянного тока в постоянный представляют собой электронные устройства, используемые всякий раз, когда необходимо повысить или понизить уровень постоянного напряжения до другого.

или

Преобразователи

DC / DC используются по следующим причинам:

— Для понижения напряжения от источника высокого напряжения до более низкого напряжения,

— Для согласования нагрузок с источником питания,

— Для изоляции первичной и вторичной цепей

или

Это тип преобразователя, который работает очень эффективно.Это помогает изменить один уровень / напряжение постоянного тока на другой уровень / напряжение постоянного тока.

Например, у вас может быть система солнечной энергии для зарядки аккумулятора на 12 В, но вашему процессору Arduino и I2C или RS232 IC для мониторинга связи солнечной электростанции по мобильному телефону или каналу передачи данных 3G требуется только 3,5 В. Вместо использования резистора для поглощения разницы в энергии преобразователь постоянного тока в постоянный преобразовывает один источник в другой более эффективно.

или

Обычно преобразователи постоянного тока в постоянный, такие как чопперы или повышающие преобразователи, используются для извлечения постоянного напряжения из постоянного напряжения.Это полезно в нескольких случаях…

1) Изменяя уровни напряжения — в зависимости от надлежащего цикла оно пропорционально D или (1 / (1-D)).

2) Переключение

3) Безопасность и соответствие требованиям к питанию.

4) Бытовые приборы или даже небольшие машины.

5) Создание импульса и т. Д.

или

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

представляют собой прерыватели, уровень выходного напряжения которых может быть выше или ниже его входного напряжения.

или

По сути, преобразователь постоянного тока в постоянный — это электронная схема, которая используется для повышения (повышающий преобразователь) или понижения (понижающий преобразователь) постоянного напряжения для получения желаемого напряжения.

Топологии преобразователей постоянного тока Преобразователи постоянного тока

можно разделить на две категории:

  • Преобразователи изолированные и
  • Неизолированные преобразователи

Для изолированных преобразователей, помимо гальванической развязки, трансформаторы можно манипулировать для получения необходимого напряжения на выходе. Самыми известными из этих топологий являются DAB или двойные активные мостовые преобразователи. Однако есть и другие важные вопросы, которые, возможно, необходимо рассмотреть помимо эффективности.

Неизолированные преобразователи имеют большое разнообразие. Но в основном они предназначены для получения высокого КПД, высокого коэффициента усиления и высокой плотности мощности.

DC Преобразователь постоянного тока Рабочий:

Я использую блоки питания постоянного тока почти во всех своих проектах. Источник питания постоянного тока используется в большинстве устройств, где требуется постоянное напряжение, например, в регулируемом источнике питания на основе регулятора напряжения LM7805. DC означает постоянный ток, при котором ток однонаправлен.Процесс преобразования постоянного тока может быть выполнен с помощью преобразователей постоянного тока. Носители заряда в источнике постоянного тока движутся в одном направлении. Источниками питания постоянного тока являются солнечные элементы, батареи и термопары. Напряжение постоянного тока может производить определенное количество постоянного электричества, которое становится слабым, когда оно проходит еще дольше. Напряжение переменного тока от генератора может изменять их силу, когда они проходят через трансформатор.

Как объяснялось ранее, преобразователь постоянного тока в постоянный принимает напряжение от источника постоянного тока и преобразует напряжение питания в другой уровень постоянного напряжения «высокий или низкий».Они используются для увеличения или уменьшения уровня напряжения. Это обычно используется в автомобилях, портативных зарядных устройствах и портативных DVD-плеерах. Некоторым устройствам требуется определенное напряжение для работы устройства. Слишком большая мощность может вывести устройство из строя, или меньшая мощность не сможет запустить устройство. Преобразователь получает питание от батареи и снижает уровень напряжения, аналогично преобразователю повышает уровень напряжения. Например, может потребоваться уменьшить мощность большой батареи с 24 В до 12 В для работы радио.

Преобразователь получает питание от батареи и снижает уровень напряжения, аналогично преобразователю повышает уровень напряжения. Например, может потребоваться уменьшить мощность большой батареи с 24 В до 12 В для работы радио.

Из того обсуждения, которое мы провели до сих пор, вам может быть ясно, что преобразователи постоянного тока используются для изменения выходного напряжения в соответствии с требованиями. Для повышения или понижения напряжения используются различные типы преобразователей, которые мы подробно обсудим.

Применение преобразователя постоянного тока:

Рассмотрим для примера настольный ПК. Внутри шкафа вы можете увидеть несколько подсхем, каждая из которых имеет свои собственные требования к уровню напряжения, отличные от напряжения, подаваемого батареей или внешним источником питания. Итак, вам нужна переменная dc, и, очевидно, она должна быть небольшой, но эффективной. Фактически, SMPS (PSU) состоит из выпрямителя и преобразователя постоянного / постоянного тока (наряду со многими другими компонентами).

Энергия ветра, такая как лопухи, ненадежна и непостоянна… ну ненадежная — это многовато… но это определенно непоследовательно !!! Поскольку ветер никогда не движется с одинаковой скоростью, турбины также вращаются с разной скоростью в разное время.Таким образом, частота питания от генератора не фиксируется на уровне 50/60 Гц, как в случае с тепловой электростанцией. Не только ветер, но и почти все нетрадиционные источники энергии, такие как солнечная, приливная, гидельная и т. Д., Несовместимы.

Таким образом, вы преобразуете его в постоянный ток, но для повышения или понижения постоянного напряжения по мере необходимости требуются преобразователи постоянного тока в постоянный. Понимаете, от небольшой электроники, такой как компьютеры, до крупных электростанций, вы используете преобразователи постоянного тока в постоянный.

Итак, основная цель преобразователя постоянного тока в постоянный — манипулировать выходным напряжением для уменьшения и увеличения напряжения в системе до требуемого уровня, может быть логика TTL и логика CMOS.Логика TTL требует 5 Вольт, а микросхемы CMOS могут работать до 15 Вольт, в такой интегрированной системе схема преобразователя напряжения помогает избежать использования нескольких источников питания. Точно так же сабвуферы высокого класса нуждаются в более высоком напряжении, и все вместе можно управлять с помощью одного источника питания. Например, телевизор содержит все вышеперечисленные ситуации.

Преобразователь постоянного тока

— это не что иное, как прерыватель , , который имеет огромное количество применений.

Итак, что же такое чоппер?

Прерыватель — это, по сути, преобразователь постоянного тока в постоянный, основная функция / использование которого заключается в создании регулируемого постоянного напряжения из фиксированных источников постоянного напряжения с помощью полупроводников.

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток

имеет бесконечное количество применений, но некоторые общие применения приведены ниже,

  • Импульсные источники питания, включая преобразователи постоянного тока в постоянный.
  • C. Повышение напряжения
  • Регуляторы скорости для двигателей постоянного тока
  • C. Контроль скорости двигателя
  • Преобразователи частоты
  • Электронные усилители класса D
  • Фильтры переключаемые конденсаторы
  • Электромобили на аккумуляторных батареях
  • Аккумуляторный прибор и т. Д.

Повышающий преобразователь постоянного тока / Повышающий преобразователь постоянного тока:

Повышающий преобразователь (повышающий преобразователь ) — это силовой преобразователь постоянного тока в постоянный, который повышает напряжение (при понижении тока) от входа (источника питания) к выходу (нагрузки).Это класс импульсных источников питания (SMPS), содержащий как минимум два полупроводника (диод и транзистор) и как минимум один элемент накопления энергии: конденсатор, катушку индуктивности или их комбинацию. Чтобы уменьшить пульсации напряжения, фильтры, изготовленные из конденсаторов (иногда в сочетании с индукторами), обычно добавляются к выходу (фильтр на стороне нагрузки) и входу (фильтр на стороне питания) такого преобразователя.

Питание повышающего преобразователя может поступать от любого подходящего источника постоянного тока, такого как батареи, солнечные панели, выпрямители и генераторы постоянного тока.Процесс, который изменяет одно постоянное напряжение на другое постоянное напряжение, называется преобразованием постоянного тока в постоянный. Повышающий преобразователь — это преобразователь постоянного тока в постоянный с выходным напряжением, превышающим напряжение источника. Повышающий преобразователь иногда называют повышающим преобразователем, поскольку он «повышает» напряжение источника. Поскольку мощность (P = VI) должна сохраняться, выходной ток ниже, чем ток источника.

Приложения для повышающих преобразователей:

Аккумуляторные системы питания часто складывают элементы последовательно для достижения более высокого напряжения.Однако во многих высоковольтных приложениях невозможно установить достаточное количество ячеек в стопку из-за нехватки места. Повышающие преобразователи могут увеличивать напряжение и уменьшать количество ячеек. Два приложения с батарейным питанием, в которых используются повышающие преобразователи, используются в гибридных электромобилях (HEV) и системах освещения.

Понижающий преобразователь постоянного тока / Понижающий преобразователь постоянного тока:

Понижающий преобразователь (понижающий преобразователь ) — это силовой преобразователь постоянного тока в постоянный, который понижает напряжение (при повышении тока) от входа (источника питания) до выхода (нагрузки).Это класс импульсных источников питания (SMPS), обычно содержащий как минимум два полупроводника (диод и транзистор, хотя современные понижающие преобразователи часто заменяют диод вторым транзистором, используемым для синхронного выпрямления) и как минимум один элемент накопления энергии. , конденсатор, катушка индуктивности или их комбинация. Чтобы уменьшить пульсации напряжения, фильтры, изготовленные из конденсаторов (иногда в сочетании с катушками индуктивности), обычно добавляются к выходу (фильтр на стороне нагрузки) и входу (фильтр на стороне питания) такого преобразователя.

Импульсные преобразователи (например, понижающие преобразователи) обеспечивают гораздо большую энергоэффективность, чем преобразователи постоянного тока в постоянный, чем линейные регуляторы, которые представляют собой более простые схемы, которые снижают напряжение за счет рассеивания мощности в виде тепла, но не повышают выходной ток.

Понижающие преобразователи

могут быть высокоэффективными (часто выше 90%), что делает их полезными для таких задач, как преобразование основного (основного) напряжения питания компьютера (часто 12 В) в более низкие напряжения, необходимые для USB, DRAM и ЦП (1,8 V или меньше).

Концептуальную модель понижающего преобразователя лучше всего понять с точки зрения соотношения между током и напряжением катушки индуктивности. Начиная с разомкнутого переключателя (выключенного состояния) ток в цепи равен нулю. Когда переключатель в первый раз замкнут (во включенном состоянии), ток начнет увеличиваться, и катушка индуктивности будет создавать противоположное напряжение на своих выводах в ответ на изменение тока. Это падение напряжения противодействует напряжению источника и, следовательно, снижает сетевое напряжение на нагрузке.Со временем скорость изменения тока уменьшается, а затем уменьшается и напряжение на катушке индуктивности, увеличивая напряжение на нагрузке. За это время индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля. Если переключатель разомкнут, пока ток все еще изменяется, то всегда будет падение напряжения на катушке индуктивности, поэтому сетевое напряжение на нагрузке всегда будет меньше, чем у источника входного напряжения. Когда переключатель снова разомкнут (выключенное состояние), источник напряжения будет удален из цепи, и ток уменьшится.Уменьшение тока вызовет падение напряжения на катушке индуктивности (противоположное падению во включенном состоянии), и теперь катушка индуктивности становится источником тока. Сохраненная энергия в магнитном поле индуктора поддерживает ток, протекающий через нагрузку. Этот ток, протекающий при отключенном источнике входного напряжения, при соединении с током, протекающим во включенном состоянии, составляет в сумме ток, превышающий средний входной ток (равен нулю в выключенном состоянии). «Увеличение» среднего тока компенсирует снижение напряжения и в идеале сохраняет мощность, подаваемую на нагрузку.В выключенном состоянии катушка индуктивности разряжает накопленную энергию в остальную часть цепи. Если переключатель снова замкнут до того, как индуктор полностью разрядится (во включенном состоянии), напряжение на нагрузке всегда будет больше нуля.

Понижающий импульс преобразователя постоянного тока:

Понижающий-повышающий преобразователь — это тип преобразователя постоянного тока в постоянный, у которого величина выходного напряжения больше или меньше величины входного напряжения. Это эквивалентно обратноходовому преобразователю, использующему одну катушку индуктивности вместо трансформатора.

Две разные топологии называются повышающим преобразователем . Оба они могут создавать диапазон выходных напряжений, от намного большего (по абсолютной величине), чем входное напряжение, до почти нуля.

Выходное напряжение имеет противоположную полярность, чем входное. Это импульсный источник питания с топологией схемы, аналогичной схеме повышающего преобразователя и понижающего преобразователя. Выходное напряжение регулируется в зависимости от рабочего цикла переключающего транзистора.Одним из возможных недостатков этого преобразователя является то, что переключатель не имеет вывода на землю; это усложняет схему управления. Однако этот недостаток не имеет значения, если источник питания изолирован от цепи нагрузки (например, если источником питания является батарея), поскольку полярность источника питания и диода можно просто поменять местами. Когда их можно поменять местами, переключатель может находиться либо на стороне заземления, либо на стороне питания.

Понижающий (понижающий) преобразователь в сочетании с повышающим (повышающим) преобразователем

Выходное напряжение обычно имеет ту же полярность, что и вход, и может быть ниже или выше входного.В таком неинвертирующем повышающем-понижающем преобразователе может использоваться одна катушка индуктивности, которая используется как для режима понижающей индуктивности, так и для режима повышающей индуктивности, с использованием переключателей вместо диодов

Подобно понижающему и повышающему преобразователям, действие повышающего и понижающего преобразователей лучше всего понять с точки зрения «реактивного сопротивления» катушки индуктивности, позволяющего быстро изменять ток. Из начального состояния, в котором ничего не заряжено и переключатель разомкнут, ток через индуктор равен нулю. Когда переключатель в первый раз замыкается, блокирующий диод предотвращает протекание тока в правую часть цепи, поэтому он должен протекать через катушку индуктивности.Однако, поскольку катушка индуктивности не допускает быстрого изменения тока, она изначально будет поддерживать ток на низком уровне за счет снижения большей части напряжения, обеспечиваемого источником. Со временем катушка индуктивности позволит току медленно увеличиваться за счет уменьшения падения напряжения. Также в это время индуктор будет накапливать энергию в виде магнитного поля.

DC DC Converter Ссылки для покупки на Amazon:

LM2596 Преобразователь постоянного тока в постоянный, регулируемый: https://amzn.to/2U1vUhs

20A Модуль питания DC-DC 6–40 В до 1.Понижающий понижающий преобразователь 2В-35В, регулируемый https://amzn.to/2U0R1R8

Регулируемый преобразователь напряжения постоянного тока 110-220 В переменного тока в 0-48 В постоянного тока

https://amzn.to/3cOO92l

Разрядник батарей, источник питания, переменный ток в постоянный, выходы 3 В, 5 В, 6 В, 7,5 В, 9 В, 12 В Регулируемая мощность постоянного тока 2 А в секунду

https://amzn.to/3aZLiCf

* Обратите внимание: это партнерские ссылки. Я могу получить комиссию, если вы купите компоненты по этим ссылкам. Буду признателен за вашу поддержку!

Изолированная цепь преобразователя постоянного тока в постоянный:

При использовании цифрового измерительного прибора с другой электронной схемой часто необходимо или желательно полностью отделить питание измерителя от питания остальной электроники.Проблему можно решить, используя два отдельных источника питания, но это также можно сделать, используя один источник питания и преобразователь постоянного тока DC . Описанный здесь тип преобразователя довольно компактен и может обеспечивать ток около 50 мА и повышать напряжение с

мА.

Вход от 5 В пост. Тока до 7,5–12 В пост. Тока.

Схема состоит из нестабильного мультивибратора (IC1), который через транзистор (T1) включает и выключает подачу напряжения на трансформатор (Tr1).

Вторичное напряжение трансформатора выпрямляется и сглаживается полупериодом. Выходное напряжение ограничивается стабилитроном D5.

  • Используемый трансформатор должен иметь соотношение обмоток 1: 1. Запальный трансформатор, используемый для тиристоров, идеально подходит для этой работы, но также подходит небольшой аудиопреобразователь (из карманного радио). Частоту и ширину импульса схемы можно адаптировать к типу используемого трансформатора с помощью P1 и P2. Поджигающие трансформаторы дают наилучшие результаты на частотах около 100 кГц, в то время как аудиотрансформаторы обычно лучше всего работают между 0.5 и 40 кГц. Разумеется, трансформатор должен быть подключен с соблюдением полярности.
  • Время зарядки контролируется P1, R1 и C1.
  • Время разряда контролируется P2, R2 и C1.

Частота находится как

F = 1 / [0,7C1 (P1 + P2 + R1 + R2)]
= Гц

Заряд = 0,7 (P1 + R1) C1

Tразряд = 0,7 (P2 + R2) C1

Вам понадобятся детали:

IC1: таймер 555
Q1: BC548, транзистор NPN
D1-D4: 1N4148 диоды
C1, C3: 10 мкФ 25 В электролитический
C2: 0.001 мкФ 50 В Керамический конденсатор
0,25 Вт 5% Резисторы
R1, R2: 1 кОм
R3: 4,7 кОм
R4: 220 Ом
P1, P2: потенциометр от 100 кОм до 1 МОм

Преобразователь постоянного тока в постоянный 12В в 4КВ Цепь:

В цепях, где два сигнальных тракта должны быть электрически изолированы, часто используется оптрон. К сожалению, для этих устройств требуется два источника питания: один для отправителя, а другой для получателя. На промышленных и профессиональных предприятиях это требование соблюдается.Преобразователь постоянного тока в постоянный. Поскольку они в целом очень дороги, они не представляют особого интереса для среднего любителя. Однако представленный здесь преобразователь своими руками —

намного дешевле и к тому же прост в сборке.

На приведенной выше принципиальной схеме показано, что преобразователь состоит из генератора IC и драйвера IC2 на первичной стороне, а также выпрямителя D1… D4 и буферного конденсатора C3 на вторичной стороне.

В нашем прототипе, работающем от батареи 12 В с максимальным КПД 74%, мы измерили вторичное выходное напряжение 10.64 В и вторичный выходной ток 9 мА (соответствующий первичный ток составлял 10,8 мА). Вторичный ток не должен превышать 10 мА, так как выходное напряжение вторичной обмотки падает ниже 10 В и эффективность ухудшается. Это также относится к условиям низкой нагрузки: когда вторичная обмотка разомкнута, выходное напряжение составляет 14 В, но эффективность, конечно же, составляет 0 процентов! Другими словами: схема оптимально работает при токе вторичной нагрузки 9 мА.

Генератор IC1 работает на частоте около 100 кГц.Каждый из двух его выходных сигналов усиливается в трех параллельно соединенных буферах, содержащихся в IC2, а затем подается на первичную обмотку изолирующего трансформатора. Напряжение, наведенное во вторичной обмотке, выпрямляется и сглаживается C3. Заявленная мощность этого конденсатора более чем достаточна для относительно высокой вторичной частоты 200 кГц.

Изолирующий трансформатор изготавливается своими руками: он намотан на сердечник электролизера диаметром 22 мм, высотой 13 мм и диаметром 0,35 мм, эмалированный медный провод 80 витков для первичной обмотки и 80 витков для вторичной обмотки.Удельная индуктивность сердечника AL должна составлять 400 нГн. Сердечник не должен иметь воздушного зазора. Изолирующая фольга должна быть помещена между двумя обмотками, чтобы обеспечить изолирующее напряжение 4 КВ.

Преобразователь постоянного тока 3,3 В:

LM3281 — это высокоэффективный малошумящий миниатюрный преобразователь постоянного тока в постоянный, оптимизированный для питания чувствительных к шуму наборов микросхем беспроводной связи и ВЧ-модулей (FEM) от одного литий-ионного элемента. LM3281 идеально подходит для постоянно включенных приложений с очень низким током покоя без нагрузки 16 мкА (тип.).

LM3281 понижает входное напряжение питания до фиксированного выходного напряжения 3,3 В с выходным током до 1200 мА. Для повышения эффективности и минимизации разряда батареи используются пять различных режимов работы. В режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) устройство работает на фиксированной частоте 6 МГц, что минимизирует радиочастотные помехи при управлении нагрузками от средней до большой. При небольшой нагрузке устройство автоматически переходит в экономичный (ECO) режим с пониженным током покоя. В условиях низкого напряжения батареи режим байпаса снижает падение напряжения до 60 мВ (тип.) при 600 мА. Если при небольших нагрузках требуется очень низкая пульсация выходного напряжения, устройство также можно принудительно переключить в режим ШИМ. В режиме выключения устройство отключается и расход заряда аккумулятора снижается до 0,1 мкА (тип.).

Характеристики

  • Работает от одного литий-ионного аккумулятора (от 3 В до 5,5 В)
  • 6 МГц (тип.) Частота переключения ШИМ
  • Фиксированное выходное напряжение: 3,3 В
  • Максимально допустимая нагрузка до 1,2 А
  • Высокая эффективность: 94% (тип.) С 3.8 В В IN при 300 мА
  • Аналоговый байпас: 60 мВ (тип.) Отпускание при 600 мА
  • Низкий I Q : обычно 16 мкА, максимум 25 мкА
  • Автоматическое изменение режима ECO / PWM / Bypass
  • Принудительный режим ШИМ для низких пульсаций выходного напряжения
  • Пределы плавного пуска Пределы входного тока при запуске
  • Защита от перегрузки по току
  • Защита от тепловой перегрузки
  • Small Total Solution Размер: <7,5 мм 2

Проверьте это: http: // www.ti.com/product/LM3281/samplebuy

Преобразователь постоянного тока 12 В в 230 В:

Итак, давайте поговорим о том, чего вы хотите. Вы хотите преобразовать 12 В постоянного тока в 230 В постоянного тока. Это означает, что вы хотите увеличить величину напряжения. Прямо как трансформатор в переменном токе. Итак, у нас есть схема, которая является эквивалентом постоянного тока трансформатора переменного тока под названием CHOPPER.
Прерыватель может преобразовывать постоянный постоянный ток в переменный постоянный ток в повышающей или понижающей форме.

Теперь нам нужен повышающий прерыватель (также называемый повышающим преобразователем).Вот схема прерывателя повышающего преобразователя.

В этом прерывателе необходим большой индуктор L, включенный последовательно с источником напряжения Vs, как показано на рисунке (a). Когда переключатель CH включен, замкнутый путь тока показан на рисунке (b), а индуктор накапливает энергию в течение периода Ton. Когда переключатель CH выключен, поскольку ток в катушке индуктивности не может мгновенно исчезнуть, этот ток вынужден протекать через диод и нагрузку в течение времени Toff, рисунок (c).

По мере того, как ток имеет тенденцию к уменьшению, полярность ЭДС, индуцированной в L, меняется на противоположную, как показано на рисунке (c). В результате напряжение на нагрузке, определяемое по формуле

Vo = Vs + L (di / dt)

Превышает напряжение источника В с. Таким образом, схема на фиг. (А) действует как повышающий прерыватель , и энергия, накопленная в L, передается нагрузке.
Это все о схеме. Предполагая линейное изменение выходного тока, энергия, подводимая к катушке индуктивности от источника в течение периода Ton, составляет
Вт дюймов = (напряжение на L) (средний ток через L) Ton

W дюйм = Vs.Ton ( I 1+ I 2) / 2
В течение времени Toff, когда прерыватель выключен, энергия, выделяемая индуктором для нагрузки, составляет

Woff = Toff (напряжение на L) (средний ток через L)

Woff = Toff. (Vo-Vs) (I1 + I2) / 2

Учитывая, что система работает без потерь, эти две данные энергии будут равны.
после приравнивания этих двух энергий получаем —

Vs.Ton = Vo.Toff — Vs.Toff
Vo.Toff = Vs (Ton + Toff) = Vs.T
Vo = Vs.T / Toff
Vo = Vs.T / T — Тонна
Vo = Vs / 1 — D ……… .. (a)

, где D называется DUTY CYCLE.
D = Ton / T
Из уравнения (а) видно, что среднее напряжение на нагрузке может быть увеличено путем изменения рабочего цикла .
Теперь вам нужно 230 В от источника напряжения 12 В.

Давайте посчитаем ,

у вас Vs = 12v
теперь выставьте другие значения D, то есть рабочий цикл.(Обратите внимание, что значение рабочего цикла не может быть больше 1)
Я получил ответ, когда поставил D = 0,948.

Vo = 12 / (1-0.948)
после вычисления вы получите
Vo = 230.76v

КПД преобразователя постоянного тока и расчет:

КПД силового преобразователя (DC-DC или AC-DC) определяется путем сравнения его выходной мощности с его входной мощностью. Точнее, КПД преобразователя рассчитывается делением выходной мощности (Pout) на его входную мощность (Pin).Эффективность обычно обозначается греческим символом Eta «η». Вот формула для определения КПД преобразователя мощности (η).

η = Pout / Pin

Например, КПД преобразователя, который обеспечивает выходную мощность 500 Вт (Pout) и требует 625 Вт для входной мощности (Pin), будет 80% (500 Вт / 625 Вт = 0,80). В этом случае входная мощность превышает выходную мощность на 125 Вт или 20%, что означает потерю / потерю мощности. Таким образом, 20% входной мощности преобразуется в тепловую энергию, которую необходимо отводить от преобразователя с помощью некоторых средств охлаждения (теплопроводности, конвекции и / или излучения).

Поскольку все силовые преобразователи имеют собственные потери преобразования, выходная мощность всегда меньше входной. Чаще всего производитель преобразователя мощности указывает его КПД и максимальную выходную мощность в техническом паспорте продукта. Когда известны КПД (η) и выходная мощность (Pout), конечный пользователь может определить, сколько входной мощности (Pin) потребуется и сколько мощности будет потрачено впустую (Pwaste) и преобразовано в тепловую энергию в условиях полной нагрузки. .

Вот формулы для определения Pwaste и Pin с примерами расчетов с использованием примеров, перечисленных выше.

Очевидно, что с преобразователем с более высоким КПД Pwaste уменьшается. Используя приведенный выше пример, но с улучшенным КПД 90% (вместо 80%), вот исправленные расчеты:

Pwaste = (Pout / η) — Pout

Pwaste = (500 Вт / 0,90) — 500 Вт = 555,5 Вт — 500 Вт = 55,5 Вт

Согласно приведенным выше примерам, за счет использования более эффективного преобразователя мощности он снижает Pwaste со 125 Вт до 55,5 Вт, что обеспечивает значительную экономию для пользователя затрат как на электроэнергию, так и на охлаждение.

Вот альтернативные формулы для расчета коэффициентов, связанных с эффективностью преобразователя мощности:

Штифт = Pout / η

Pwaste = Pin — Pout

Pwaste = Pout (1/ η — 1)

DC Преобразователь постоянного тока железнодорожный: Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

используются на железных дорогах для преобразования напряжения аккумуляторной батареи постоянного тока в более низкое напряжение для использования в различных цепях управления и энергии.Это связано с тем, что железнодорожный подвижной состав использует систему распределения электроэнергии постоянного тока, так что батареи могут использоваться для поддержания электроэнергии в случае отказа генератора.

Эти преобразователи должны быть сконструированы в соответствии с EN 50155, чтобы суровые условия окружающей среды не влияли на его режим работы.

Основные приложения:

  • Железнодорожный подвижной состав
  • Бортовое и путевое приложение
  • Промышленное применение
  • Приложения с питанием от высоковольтных батарей
  • Распределенные архитектуры источников питания

Что следует учитывать при выборе преобразователя постоянного тока в постоянный для железной дороги?

Диапазон входного напряжения

По историческим причинам в железнодорожных приложениях используется большое количество различных напряжений питания.Наиболее распространенные номиналы — 24 В постоянного тока, 48 В постоянного тока, 72 В постоянного тока, 96 В постоянного тока и 110 В постоянного тока.

Последняя версия стандарта EN50155 определяет семь различных стандартизированных напряжений постоянного тока, хотя 110 В постоянного тока является наиболее часто используемым в поездах. Напряжение питания от 24 до 48 В часто используется на легкорельсовых путях, трамваях и троллейбусах.

Чтобы соответствовать этим требованиям к номинальным входным напряжениям, разработчики железнодорожных приложений выбирают преобразователи 4: 1, такие как серии RP20-FR и RP40-FR от RECOM, поскольку они охватывают весь диапазон номинального входного напряжения только с 3 различными моделями преобразователей. .

Список преобразователей постоянного тока по рекомендациям:

DC преобразователи постоянного тока поставщики:

директиндустрия

cincon

xppower

vicorpower

Средняя скважина

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

Mean Well используются для различных целей, таких как преобразование напряжения розетки с 24 В постоянного тока на 5 В постоянного тока для микропроцессоров, стабилизация колебаний напряжения и простая гальваническая развязка. Существует бесчисленное множество возможных применений, и по этой причине ассортимент преобразователей постоянного тока в постоянный также очень обширен.В зависимости от требуемой конструкции, технических характеристик и предполагаемой функции Telerex может предложить вам подходящий преобразователь постоянного тока в постоянный по доступной цене и быстро его поставить.

Mean Well накопила обширный опыт и разработала широкий спектр конструкций на протяжении многих лет, поставляя преобразователи постоянного тока в постоянный для таких различных областей, как медицинская промышленность, промышленный сектор, железнодорожная промышленность, промышленность общественного транспорта, вооруженные силы и авиация. и аэрокосмический сектор.

Обзор преобразователей постоянного тока в постоянный

  • Преобразователи POL и обычные преобразователи постоянного тока в постоянный
  • Регулируемые или нерегулируемые преобразователи постоянного / постоянного тока
  • С изоляцией между входом и выходом или без нее
  • С входным диапазоном 2: 1, 4: 1 или шире
  • Проходное отверстие для преобразователей постоянного тока в постоянный SMD

Нравится:

Нравится Загрузка…

Что такое понижающий преобразователь?

Преобразователи постоянного тока в постоянный или прерыватели — это силовые электронные схемы, которые преобразуют постоянный входной постоянный ток в переменный постоянный ток на выходе. Понижающий преобразователь — это форма преобразователя постоянного тока в постоянный, который понижает уровень напряжения питания и обеспечивает его на выходе. Чтобы понять, как работает понижающий преобразователь, давайте сначала разберемся с простым понижающим преобразователем. Схема понижающего преобразователя показана ниже:

Когда переключатель включен, v o = V S и всякий раз, когда переключатель выключен, v o = 0.В каждый период времени T переключатель включен на определенное время DT (где D <1) и выключен на оставшееся время (1-D) T. В этом случае D - коэффициент заполнения переключателя.

Усреднение V o за период T дает

Поскольку D меньше 1, V o меньше, чем V S , это подразумевает понижающее действие. Кроме того, поскольку среднее выходное напряжение зависит от D коэффициента заполнения переключателя, регулируя D — продолжительность, в течение которой мы оставляем переключатель включенным в каждый период времени, — мы можем изменять среднее напряжение, доступное на выходе.Поскольку понижающее действие достигается полностью за счет включения и выключения переключателя, прерыватели в целом очень эффективны.

Понижающие преобразователи могут использоваться в таких приложениях, как регулирование скорости машин постоянного тока. Однако для некоторых приложений может потребоваться постоянное постоянное напряжение на выходе. Для таких приложений на выходе подключается фильтр нижних частот, обеспечивающий постоянное напряжение постоянного тока. Эта схема называется понижающим преобразователем. Давайте теперь лучше разберемся с понижающим преобразователем.

Схема понижающего преобразователя показана ниже.IGBT используется здесь как переключатель, но также может быть заменен на полевой МОП-транзистор. Катушка индуктивности и конденсатор подключены на выходе, как показано, чтобы сформировать фильтр нижних частот. Емкость конденсатора поддерживается на высоком уровне, чтобы гарантировать, что V не будет пульсаций и будет постоянным. Через фильтр нижних частот на стороне питания установлен диод, и его назначение станет очевидным, когда мы изучим работу схемы.

Работа понижающего преобразователя

Когда переключатель замкнут (для 0 S .Катушка индуктивности начинает проводить ток питания с 0, и эквивалентная схема выглядит так, как показано ниже:

Обратите внимание, что di L / dt является положительной константой (поскольку V S > V или ), следовательно, ток индуктора увеличивается линейно. . Некоторая часть i L заряжает конденсатор до V o , в то время как остальная часть протекает через нагрузку как ток нагрузки I o . Обратите внимание, что V o совпадает с тем, что мы видели в понижающем преобразователе, и равно DV S .

Когда переключатель разомкнут (для DT

Применяя KVL, чтобы найти v L , мы получаем

Обратите внимание, что di L / dt является отрицательной константой, поэтому ток индуктора линейно уменьшается. Катушка индуктивности разряжает энергию, накопленную в ней с момента включения переключателя, и ток линейно уменьшается в течение этой продолжительности со временем.Конденсатор поддерживает выходное напряжение на уровне В в течение этого времени, поскольку он был заряжен до В с момента включения переключателя.

i L изначально начинается с 0, когда переключатель замыкается в первый раз. Количество энергии, выделяемой индуктором при разомкнутом переключателе, может не быть точно равно количеству энергии, которое он накопил, поэтому некоторая остаточная энергия может быть перенесена в следующий цикл. Однако в установившемся режиме ток катушки индуктивности колеблется между i L (мин.) и i L (макс.).Поведение v L , i L и v o можно увидеть на временной диаграмме ниже.

Катушка индуктивности обеспечивает непрерывность тока нагрузки, когда переключатель выключен, а высокое значение емкости гарантирует, что выходное напряжение будет поддерживаться постоянным на уровне o на всем протяжении.

Понижающий преобразователь, полученный путем реализации фильтра нижних частот на выходе понижающего прерывателя, как мы видели, демонстрирует лучшие рабочие характеристики, давая такое же среднее напряжение на выходе, как и у понижающего преобразователя.Такие характеристики делают понижающие преобразователи хорошо подходящими для таких приложений, как включение небольших электронных модулей и зарядные устройства батарей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.