Pretvarači istosmjernog napona

Govoreći o pretvorbi električne energije, mogu se prisjetiti raznih transformatora, generatora, napajanja za razne kućanske aparate, punjača za elektroničke naprave, pretvarača za zavarivanje, pa čak i nuklearnih elektrana. U svim slučajevima, transformacija električne energije događa se u jednom ili drugom obliku. Možemo reći da smo u svakodnevnom životu okruženi raznim vrstama električnih pretvarača i teško je zamisliti njihovu potpunu odsutnost u suvremenom svijetu.

DC/DC pretvarači postali su osobito česti u posljednjih dvadeset godina. To je zbog brzog razvoja industrije poluvodiča i elektronike općenito.

Visokofrekventne impulsne pretvarače gotovo su istisnuli s tržišta niskofrekventni transformatorski izvori napajanja, koji se danas mogu naći još samo u starim televizorima i drugim starinskim uređajima ili u nekim modernim audio pojačalima.

Visokofrekventni transformator (ili prigušnica) ima mnogo manju veličinu od niskofrekventnog željeznog transformatora dizajniranog za rad iz mreže od 50-60 Hz, zbog čega su prekidački izvori napajanja tako kompaktni.Na ovaj ili onaj način, DC / DC pretvarači još uvijek sadrže transformator (ili prigušnicu) u svom dizajnu, ali to uopće nije tako težak i bučan transformator.

Raspon modernih DC-DC pretvarača (naime, tzv. DC-to-DC pretvarači napona) prilično je širok. Pogledajmo pobliže što su točno DC-DC pretvarači.

1. Minijaturni podesivi pretvarač

Ovaj mali pretvarač od 43 mm x 21 mm i slični modeli imaju cijenu od 1 USD ili više na kineskom tržištu. Ova instanca pokreće LM2596 čip, a njegovi se izlazni parametri mogu prilagoditi. Na ulaz se dovodi istosmjerni napon u rasponu od 4,5 do 40 volti, a na izlazu se dobiva istosmjerni napon od 1,3 do 35 volti.

Maksimalna struja koja se može dobiti iz ovog pretvarača je 3 ampera, ali u ovom slučaju potreban je hladnjak, ako se pretvarač koristi bez hladnjaka, prosječna struja ne smije prelaziti 2 ampera. Učinkovitost takvog pretvarača može doseći 92%.

Ovaj pretvarač je sastavljen prema topologiji buck pretvarača i sve njegove glavne komponente su vidljive na ploči: ulazni i izlazni kondenzatori, gušenje, Schottky dioda, regulacijski otpornik i sam mikro krug u paketu TO-263-5. Gornja shema ne prikazuje otpornik za podešavanje, ali postoji jedan na ploči.

Bez ovog otpornika, krug neće dati više od 5 volti na izlazu, ali ako se povratna veza ne ukloni izravno s izlaznog kondenzatora filtra, već kroz razdjelnik napona koji je upravo sastavljen ovdje pomoću ovog regulacijskog otpornika, može značajno proširiti raspon izlaznog napona kao što je implementirano na ovoj ploči.

Opseg ovih pretvarača ograničen je samo maštom programera. Ovdje možete napajati LED diode i puniti razne prijenosne uređaje i još mnogo toga.

Postoje i boost pretvarači ove vrste, izrađeni prema topologiji rastućeg (pojačavajućeg) pretvarača.

Na gornjoj slici (crvena ploča) je podesivi boost pretvarač maksimalne snage do 150 vata (potrebno je dodatno hlađenje), čiji se ulaz može napajati od 10 do 30 volti, a na izlazu od 12 do 35 volti.

Kao iu prethodnom primjeru, ovaj pretvarač ima na izlazu regulacijski otpornik, koji je odgovoran za dobivanje željene vrijednosti izlaznog napona. Kontrolni čip se nalazi na stražnjoj strani ploče. Sama ploča je dimenzija 65mm x 35mm. Cijena takvog pretvarača je 3 puta veća od prethodnog primjera.

2. Vodootporno napajanje

Ovo napajanje ima robusno, vodootporno, tlačno lijevano kućište ispunjeno epoksidom, što mu omogućuje upotrebu u transportu i bilo kojoj drugoj opremi gdje su potrebni pouzdanost i sigurnost. Inverter ima zaštitu od prenapona, prenapona, kratkog spoja i preopterećenja.

Raspon ulaznog napona različitih modela je vrlo širok i u ovom primjeru od 9 do 24 volta, dok je izlazni napon 24 volta s maksimalnom strujom od 5 ampera (u ovom primjeru). Veličina kutije na fotografiji je 75mm x 75mm, visina 31mm. Cijena takvih pretvarača je oko 10 - 50 dolara, ovisno o kapacitetu.

Pretvarači ove vrste proizvode se za snage od 15 do 360 watta, za ulazni napon do 60 volti i za izlazni napon od 5 do 48 volti. Također su prilično česti na mnogim tržištima.

3. Uključite DC napajanje na kućište

Tipično, ovi izvori napajanja su napravljeni u skladu s flyback, push-pull ili polumostnim sklopnim krugom. Dostupni su za ulazne napone od 19 do 72 volta i više, a izlazni je obično 5 do 24 volta. Snaga pretvarača ove vrste može doseći 1000 vata. Veličine kućišta od 78 mm x 51 mm x 28 mm do 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Ova napajanja dostupna su od mnogih proizvođača i mogu koštati do nekoliko stotina dolara. Često se takvi uređaji koriste za napajanje LED traka. Imaju mogućnost finog podešavanja izlaznog napona i imaju zaštitu od preopterećenja.

Na tržištu postoje slični modeli pretvarača koji se napajaju izravno iz mreže izmjenične struje, tzv. AC-DC pretvarači, ali tamo se mrežni napon prvo ispravi, filtrira, odnosno učini konstantnim, a tek nakon što se pomoću standardne visokofrekventne pretvorbe i ispravljanja pretvori u konstantni napon na drugoj razini, nižoj, odnosno ponovno se koristi DC-DC pretvarački modul.

Za razliku od drugih pretvarača, pretvarači napajani mrežom izmjenične struje nužno imaju galvansku izolaciju sekundarnog namota visokofrekventnog impulsnog transformatora od primarnog ... U pravilu, povratna petlja u takvim jedinicama izolirana je pomoću optokapleri… Iskreno radi, treba napomenuti da su jedinice male snage ovog tipa također dostupne u dizajnu bez okvira.

4. DC-DC pretvarač za PCB montažu

Ovi minijaturni izvori napajanja imaju snagu od 0,25 do 100 vata. Omogućuju niz ulaznih napona: 3-3,6 V, 4,5-9 V, 9-18 V, 13-16,6 V, 9-36 V, 18-36 V, 18-72 V, 36-72 V i 36-75 V.Ovisno o proizvođaču, rasponi napona napajanja mogu se razlikovati. Neki pretvarači omogućuju podešavanje izlaznog napona i stavljanje uređaja u stanje pripravnosti. Standardni raspon izlaznog napona blokova: 5V, 12V, 15V.

DC-DC pretvarači za PCB montažu su električno izolirani (1500V), a maksimalna dopuštena temperatura može doseći 90 stupnjeva Celzijusa. Od najvećeg interesa za programere su pretvarači snage 3 vata. Cijena takvih pretvarača varira od jedinica do desetaka dolara.

Radna frekvencija svih modernih industrijskih sklopnih DC-DC pretvarača je iznad 50 kHz i doseže 300 kHz. Ova izjava vrijedi za pulsne transformatore i feritne prigušnice, budući da se feritne jezgre koriste posvuda za transformatore i prigušnice koje se koriste u opisanim pretvaračima.

Industrijski namjenski preklopni sklopovi pretvarača vrlo često imaju striktno postavljenu frekvenciju koja je uvijek iznad 50 kHz. Ako se koristi PWM kontroler, odgovarajuću frekvenciju postavljaju vanjske komponente.