DC měniče napětí

Když už mluvíme o přeměně elektrické energie, lze si vzpomenout na různé transformátory, generátory, napájecí zdroje pro různé domácí spotřebiče, nabíječky pro elektronická zařízení, svařovací invertory a dokonce i jaderné elektrárny. Ve všech případech dochází k přeměně elektrické energie v té či oné formě. Můžeme říci, že v každodenním životě jsme obklopeni různými typy elektrických měničů a je těžké si představit jejich úplnou absenci v moderním světě.

DC/DC měniče se staly zvláště běžnými v posledních dvaceti letech. Je to dáno rychlým rozvojem polovodičového průmyslu a elektroniky obecně.

Vysokofrekvenční pulsní měniče byly téměř vytlačeny z trhu nízkofrekvenčními transformátorovými napájecími zdroji, které dnes najdeme pouze ve starých televizorech a jiných starožitných zařízeních nebo v některých moderních audio zesilovačích.

Vysokofrekvenční transformátor (neboli tlumivka) má mnohem menší rozměry než nízkofrekvenční železný transformátor určený pro provoz ze sítě 50-60 Hz, proto jsou spínané zdroje tak kompaktní.Tak či onak, DC / DC měniče ve své konstrukci stále obsahují transformátor (neboli tlumivku), ale není to vůbec tak těžký a hlučný transformátor.

Nabídka moderních DC-DC měničů (jmenovitě tzv. DC-to-DC měniče napětí) je poměrně široká. Podívejme se blíže na to, co přesně jsou DC-DC měniče.

1. Miniaturní nastavitelný převodník

Tento malý 43mm x 21mm převodník a podobné modely mají na čínských trzích cenu 1 $ nebo více. Tato instance běží na čipu LM2596 a jeho výstupní parametry lze upravit. Na vstup je přivedeno stejnosměrné napětí v rozsahu 4,5 až 40 voltů a na výstupu stejnosměrné napětí 1,3 až 35 voltů.

Max. Účinnost takového převodníku může dosáhnout 92%.

Tento převodník je sestaven podle topologie převodníku buck a na desce jsou viditelné všechny jeho hlavní komponenty: vstupní a výstupní kondenzátory, dušení, Schottkyho dioda, regulační odpor a samotný mikroobvod v pouzdru TO-263-5. Výše uvedené schéma neukazuje trimovací rezistor, ale na desce je jeden.

Bez tohoto rezistoru nebude obvod dávat na výstupu více než 5 voltů, ale pokud se zpětná vazba neodebere přímo z výstupního kondenzátoru filtru, ale přes dělič napětí, který zde byl právě sestaven pomocí tohoto regulačního rezistoru, může výrazně rozšířit rozsah výstupního napětí, jak je implementováno na této desce.

Rozsah těchto převodníků je omezen pouze představivostí vývojáře. Zde můžete napájet LED diody a nabíjet různá přenosná zařízení a mnoho dalšího.

Existují také boost konvertory tohoto typu, vyrobené podle topologie rostoucího (zesilovacího) konvertoru.

Na výše uvedeném obrázku (červená deska) je nastavitelný boost konvertor s maximálním výkonem až 150 wattů (nutné přídavné chlazení), jehož vstup lze napájet od 10 do 30 voltů a na výstupu od 12 do 35 voltů.

Stejně jako v předchozím příkladu má tento převodník na výstupu regulační odpor, který je zodpovědný za získání požadované hodnoty výstupního napětí. Ovládací čip je umístěn na zadní straně desky. Samotná deska má rozměry 65 mm x 35 mm. Cena takového převodníku je 3x vyšší než u předchozího příkladu.

2. Vodotěsný napájecí zdroj

Tento napájecí zdroj má robustní, vodotěsný, tlakově litý kryt naplněný epoxidem, což umožňuje jeho použití jak v přepravě, tak v jakémkoli jiném zařízení, kde je vyžadována spolehlivost a bezpečnost. Střídač má ochranu proti přepětí, přepětí, zkratu a přetížení.

Rozsah vstupního napětí různých modelů je velmi široký a v tomto příkladu od 9 do 24 voltů, zatímco výstupní napětí je 24 voltů s maximálním proudem 5 ampérů (v tomto příkladu). Rozměr krabičky na fotografii je 75mm x 75mm, výška je 31mm. Cena takových převodníků je cca 10 - 50 dolarů v závislosti na kapacitě.

Převodníky tohoto typu jsou vyráběny pro výkon od 15 do 360 wattů, pro vstupní napětí do 60 voltů a pro výstupní napětí od 5 do 48 voltů. Na mnoha trzích jsou také zcela běžné.

3. Zapněte stejnosměrné napájení krytu

Typicky jsou tyto napájecí zdroje vyrobeny v souladu s flyback, push-pull nebo polovičním můstkovým spínacím obvodem. Jsou k dispozici pro vstupní napětí od 19 do 72 voltů a vyšší a výstup je obvykle 5 až 24 voltů. Výkon měničů tohoto typu může dosáhnout 1000 wattů. Velikosti pouzdra od 78 mm x 51 mm x 28 mm do 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Tyto napájecí zdroje jsou k dispozici od mnoha výrobců a mohou stát až několik stovek dolarů. Poměrně často se taková zařízení používají k napájení LED pásků. Mají schopnost doladit výstupní napětí a mají ochranu proti přetížení.

Na trhu jsou obdobné modely měničů, které jsou napájeny přímo ze sítě střídavého proudu, tzv. AC-DC měniče, tam se však síťové napětí nejprve usměrní, odfiltruje, tedy konstantuje a teprve po jeho převedení pomocí standardní vysokofrekvenční konverze a usměrnění na konstantní napětí na jiné úrovni, nižší, tedy opět použit DC-DC měničový modul.

Na rozdíl od jiných měničů mají měniče napájené ze sítě střídavého proudu nutně galvanické oddělení sekundárního vinutí vysokofrekvenčního pulzního transformátoru od primárního... Zpětnovazební smyčka je u takových jednotek zpravidla izolována pomocí optočleny… Pro spravedlnost je třeba poznamenat, že nízkopříkonové jednotky tohoto typu jsou dostupné i v bezrámovém provedení.

4. DC-DC převodník pro osazení PCB

Tyto miniaturní napájecí zdroje mají výkon od 0,25 do 100 wattů. Umožňují rozsah vstupních napětí: 3-3,6V, 4,5-9V, 9-18V, 13-16,6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V a 36-75V.V závislosti na výrobci se rozsahy napájecího napětí mohou lišit. Některé převodníky umožňují úpravu výstupního napětí a uvedení zařízení do pohotovostního režimu. Standardní rozsah výstupního napětí bloků: 5V, 12V, 15V.

DC-DC měniče pro montáž na PCB jsou elektricky izolované (1500V) a maximální povolená teplota může dosáhnout 90 stupňů Celsia. Největší zájem pro vývojáře jsou měniče s výkonem 3 watty. Náklady na takové převodníky se pohybují od jednotek až po desítky dolarů.

Všechny moderní průmyslové spínací DC-DC měniče mají pracovní frekvenci nad 50 kHz a dosahují 300 kHz. Toto tvrzení platí pro pulsní transformátory a feritové tlumivky, protože feritová jádra se všude používají pro transformátory a tlumivky používané v popsaných měničích.

Průmyslové dedikované převodníkové spínací obvody mají velmi často přesně nastavenou frekvenci, která je vždy nad 50 kHz. Pokud je použit PWM regulátor, pak je odpovídající frekvence nastavena externími komponenty.