DC meniče napätia

Keď už hovoríme o premene elektrickej energie, možno spomenúť rôzne transformátory, generátory, napájacie zdroje pre rôzne domáce spotrebiče, nabíjačky pre elektronické prístroje, zváracie invertory a dokonca aj jadrové elektrárne. Vo všetkých prípadoch dochádza k transformácii elektrickej energie v tej či onej forme. Dá sa povedať, že v každodennom živote sme obklopení rôznymi typmi elektrických meničov a je ťažké si predstaviť ich úplnú absenciu v modernom svete.

DC/DC meniče sa stali obzvlášť bežnými v posledných dvadsiatich rokoch. Je to spôsobené rýchlym rozvojom polovodičového priemyslu a elektroniky všeobecne.

Vysokofrekvenčné pulzné meniče takmer vytlačili z trhu nízkofrekvenčné transformátorové napájacie zdroje, ktoré dnes už nájdeme len v starých televízoroch a iných starožitných zariadeniach alebo v niektorých moderných audio zosilňovačoch.

Vysokofrekvenčný transformátor (alebo tlmivka) má oveľa menšiu veľkosť ako nízkofrekvenčný železný transformátor navrhnutý na prevádzku zo siete 50-60 Hz, a preto sú spínané zdroje také kompaktné.Tak či onak, DC / DC meniče stále obsahujú vo svojej konštrukcii transformátor (alebo tlmivku), ale vôbec to nie je taký ťažký a hlučný transformátor.

Rozsah moderných meničov DC-DC (konkrétne takzvaných meničov napätia DC-DC) je pomerne široký. Pozrime sa bližšie na to, čo presne sú DC-DC meniče.

1. Miniatúrny nastaviteľný prevodník

Tento malý 43 mm x 21 mm prevodník a podobné modely majú na čínskych trhoch cenu 1 dolár alebo viac. Táto inštancia používa čip LM2596 a jeho výstupné parametre je možné upraviť. Na vstup sa privádza jednosmerné napätie v rozsahu 4,5 až 40 voltov a na výstupe sa získa jednosmerné napätie 1,3 až 35 voltov.

Maximálny prúd, ktorý je možné získať z tohto meniča sú 3 ampéry, ale v tomto prípade je potrebný chladič, ak sa konvertor používa bez chladiča, priemerný prúd by nemal presiahnuť 2 ampéry. Účinnosť takéhoto meniča môže dosiahnuť 92%.

Tento prevodník je zostavený podľa topológie prevodníka buck a všetky jeho hlavné komponenty sú viditeľné na doske: vstupné a výstupné kondenzátory, dusenie, Schottkyho dióda, regulačný odpor a samotný mikroobvod v balení TO-263-5. Vyššie uvedená schéma neukazuje trimovací rezistor, ale na doske je jeden.

Bez tohto odporu obvod nedá na výstupe viac ako 5 voltov, ale ak spätná väzba nie je odstránená priamo z výstupného kondenzátora filtra, ale cez delič napätia, ktorý tu bol práve zostavený pomocou tohto regulačného odporu, môže výrazne rozšíriť rozsah výstupného napätia, ako je implementované na tejto doske.

Rozsah týchto prevodníkov je obmedzený iba predstavivosťou vývojára. Tu môžete napájať LED diódy a nabíjať rôzne prenosné zariadenia a oveľa viac.

Existujú aj zosilňovače tohto typu, vyrobené podľa topológie rastúceho (zosilňujúceho) prevodníka.

Na obrázku vyššie (červená tabuľa) je nastaviteľný boost konvertor s maximálnym výkonom až 150 wattov (je potrebné dodatočné chladenie), ktorého vstup môže byť napájaný od 10 do 30 voltov a na výstupe od 12 do 35 voltov.

Rovnako ako v predchádzajúcom príklade má tento prevodník na výstupe regulačný odpor, ktorý je zodpovedný za získanie požadovanej hodnoty výstupného napätia. Riadiaci čip je umiestnený na zadnej strane dosky. Samotná doska má rozmery 65 mm x 35 mm. Cena takéhoto prevodníka je 3-krát vyššia ako v predchádzajúcom príklade.

2. Vodotesný napájací zdroj

Tento napájací zdroj má robustné, vodotesné, tlakovo liate puzdro naplnené epoxidom, čo umožňuje jeho použitie pri preprave a akomkoľvek inom zariadení, kde sa vyžaduje spoľahlivosť a bezpečnosť. Striedač má ochranu proti prepätiu, prepätiu, skratu a preťaženiu.

Rozsah vstupného napätia rôznych modelov je veľmi široký a v tomto príklade od 9 do 24 voltov, zatiaľ čo výstup je 24 voltov s maximálnym prúdom 5 ampérov (v tomto príklade). Rozmer krabičky na foto je 75mm x 75mm, výška je 31mm. Cena takýchto meničov sa pohybuje okolo 10 - 50 dolárov v závislosti od kapacity.

Meniče tohto typu sa vyrábajú pre výkon od 15 do 360 wattov, pre vstupné napätie do 60 voltov a pre výstupné napätie od 5 do 48 voltov. Na mnohých trhoch sú tiež celkom bežné.

3. Zapnite jednosmerné napájanie krytu

Typicky sú tieto napájacie zdroje vyrobené v súlade s flyback, push-pull alebo polovičným mostíkovým spínacím obvodom. Sú k dispozícii pre vstupné napätie od 19 do 72 voltov a vyššie a výstup je zvyčajne 5 až 24 voltov. Výkon meničov tohto typu môže dosiahnuť 1000 wattov. Rozmery puzdra od 78 mm x 51 mm x 28 mm do 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Tieto napájacie zdroje sú dostupné od mnohých výrobcov a môžu stáť až niekoľko stoviek dolárov. Pomerne často sa takéto zariadenia používajú na napájanie LED pásikov. Majú schopnosť jemne doladiť výstupné napätie a majú ochranu proti preťaženiu.

Na trhu sú podobné modely meničov, ktoré sú napájané priamo zo siete striedavého prúdu, takzvané meniče AC-DC, tam sa však sieťové napätie najskôr usmerní, odfiltruje, teda konštantné, a len po jeho premene pomocou štandardnej vysokofrekvenčnej konverzie a usmernenia na konštantné napätie na inej úrovni, nižšej, teda opäť použitý modul DC-DC meniča.

Na rozdiel od iných meničov majú meniče napájané zo siete striedavého prúdu nutne galvanické oddelenie sekundárneho vinutia vysokofrekvenčného impulzného transformátora od primárneho... Spätnoväzbová slučka je v takýchto jednotkách spravidla izolovaná pomocou optočleny... Pre spravodlivosť treba poznamenať, že nízkoenergetické jednotky tohto typu sú dostupné aj v bezrámovom prevedení.

4. DC-DC prevodník pre osadenie PCB

Tieto miniatúrne napájacie zdroje majú výkon od 0,25 do 100 wattov. Umožňujú rozsah vstupných napätí: 3-3,6V, 4,5-9V, 9-18V, 13-16,6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V a 36-75V.V závislosti od výrobcu sa rozsahy napájacieho napätia môžu líšiť. Niektoré prevodníky umožňujú nastavenie výstupného napätia a uvedenie zariadenia do pohotovostného režimu. Štandardný rozsah výstupného napätia blokov: 5V, 12V, 15V.

DC-DC meniče pre montáž PCB sú elektricky izolované (1500V) a maximálna povolená teplota môže dosiahnuť 90 stupňov Celzia. Najväčší záujem vývojárov sú meniče s výkonom 3 watty. Náklady na takéto prevodníky sa pohybujú od jednotiek až po desiatky dolárov.

Pracovná frekvencia všetkých moderných priemyselných spínacích DC-DC meničov je nad 50 kHz a dosahuje 300 kHz. Toto tvrdenie platí pre impulzné transformátory a feritové tlmivky, pretože feritové jadrá sa všade používajú pre transformátory a tlmivky používané v opísaných meničoch.

Priemyselné vyhradené konvertorové spínacie integrované obvody majú veľmi často presne nastavenú frekvenciu, ktorá je vždy nad 50 kHz. Ak sa použije regulátor PWM, zodpovedajúcu frekvenciu nastavia externé komponenty.