Pretvorniki enosmerne napetosti

Ko govorimo o pretvorbi električne energije, se lahko spomnimo različnih transformatorjev, generatorjev, napajalnikov za različne gospodinjske aparate, polnilnikov za elektronske pripomočke, varilnih pretvornikov in celo jedrskih elektrarn. V vseh primerih pride do transformacije električne energije v takšni ali drugačni obliki. Lahko rečemo, da smo v vsakdanjem življenju obkroženi z različnimi vrstami električnih pretvornikov in težko si je predstavljati njihovo popolno odsotnost v sodobnem svetu.

DC/DC pretvorniki so postali še posebej pogosti v zadnjih dvajsetih letih. To je posledica hitrega razvoja industrije polprevodnikov in elektronike nasploh.

Visokofrekvenčne impulzne pretvornike so skorajda izrinili s trga nizkofrekvenčni transformatorski napajalniki, ki jih danes najdemo le še v starih televizorjih in drugih starinskih napravah ali v nekaterih sodobnih avdio ojačevalcih.

Visokofrekvenčni transformator (ali dušilka) ima veliko manjšo velikost kot nizkofrekvenčni železni transformator, zasnovan za delovanje iz omrežja 50-60 Hz, zato so stikalni napajalniki tako kompaktni.Tako ali drugače pretvorniki DC / DC v svoji zasnovi še vedno vsebujejo transformator (ali dušilko), vendar to sploh ni tako težak in hrupen transformator.

Nabor sodobnih DC-DC pretvornikov (in sicer tako imenovanih DC-to-DC napetostnih pretvornikov) je precej širok. Oglejmo si podrobneje, kaj točno so pretvorniki DC-DC.

1. Miniaturni nastavljivi pretvornik

Cena tega majhnega pretvornika 43 mm x 21 mm in podobnih modelov je na kitajskem trgu 1 USD ali več. Ta primerek poganja čip LM2596 in njegove izhodne parametre je mogoče prilagoditi. Na vhod se dovaja enosmerna napetost v območju od 4,5 do 40 voltov, na izhodu pa dobi enosmerna napetost od 1,3 do 35 voltov.

Največji tok, ki ga je mogoče pridobiti s tem pretvornikom, je 3 ampere, vendar je v tem primeru potreben hladilnik; če se pretvornik uporablja brez hladilnika, povprečni tok ne sme preseči 2 ampera. Učinkovitost takšnega pretvornika lahko doseže 92%.

Ta pretvornik je sestavljen v skladu s topologijo buck pretvornika in vse njegove glavne komponente so vidne na plošči: vhodni in izhodni kondenzatorji, zadušitev, Schottky dioda, regulacijski upor in samo mikrovezje v paketu TO-263-5. Zgornja shema ne prikazuje trim upora, vendar je na plošči.

Brez tega upora vezje ne bo dalo več kot 5 voltov na izhodu, če pa se povratna informacija ne odstrani neposredno iz izhodnega kondenzatorja filtra, ampak prek delilnika napetosti, ki je bil pravkar sestavljen tukaj z uporabo tega regulacijskega upora, lahko znatno razširi območje izhodne napetosti, kot je implementirano na tej plošči.

Obseg teh pretvornikov je omejen le z domišljijo razvijalca. Tukaj lahko napajate LED diode in polnite različne prenosne naprave in še mnogo več.

Obstajajo tudi tovrstni ojačevalni pretvorniki, izdelani po topologiji naraščajočega (ojačevalnega) pretvornika.

Na zgornji sliki (rdeča tabla) je nastavljiv ojačevalni pretvornik z največjo močjo do 150 vatov (potrebno je dodatno hlajenje), katerega vhod se lahko napaja od 10 do 30 voltov, na izhodu pa od 12 do 35 voltov.

Kot v prejšnjem primeru ima ta pretvornik na izhodu regulacijski upor, ki je odgovoren za pridobitev želene vrednosti izhodne napetosti. Krmilni čip se nahaja na zadnji strani plošče. Sama plošča meri 65 mm x 35 mm. Cena takega pretvornika je 3-krat višja od prejšnjega primera.

2. Vodotesen napajalnik

Ta napajalnik ima robustno, vodotesno, tlačno ulito ohišje, napolnjeno z epoksidom, kar omogoča uporabo v transportni in kateri koli drugi opremi, kjer sta potrebni zanesljivost in varnost. Razsmernik ima zaščito pred prenapetostjo, prenapetostjo, kratkim stikom in preobremenitvijo.

Razpon vhodne napetosti različnih modelov je zelo širok in v tem primeru od 9 do 24 voltov, medtem ko je izhodna napetost 24 voltov z največjim tokom 5 amperov (v tem primeru). Velikost škatle na fotografiji je 75mm x 75mm, višina 31mm. Cena takih pretvornikov je približno 10 - 50 dolarjev, odvisno od zmogljivosti.

Tovrstni pretvorniki so izdelani za moč od 15 do 360 vatov, za vhodne napetosti do 60 voltov in za izhodne napetosti od 5 do 48 voltov. Prav tako so precej pogosti na številnih trgih.

3. Preklopite enosmerno napajanje na ohišje

Običajno so ti napajalniki izdelani v skladu s preklopnim vezjem povratnega preleta, potisnega vleka ali polmostnega preklopnega vezja. Na voljo so za vhodne napetosti od 19 do 72 voltov in več, izhod pa je običajno od 5 do 24 voltov. Moč pretvornikov te vrste lahko doseže 1000 vatov. Velikosti ohišja od 78 mm x 51 mm x 28 mm do 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Ti napajalniki so na voljo pri številnih proizvajalcih in lahko stanejo do nekaj sto dolarjev. Pogosto se takšne naprave uporabljajo za napajanje LED trakov. Imajo možnost natančne nastavitve izhodne napetosti in imajo zaščito pred preobremenitvijo.

Na trgu sicer obstajajo podobni modeli pretvornikov, ki se napajajo neposredno iz omrežja izmeničnega toka, tako imenovani AC-DC pretvorniki, vendar se tam omrežna napetost najprej popravi, filtrira, se pravi konstantna in šele potem ko se pretvori s standardno visokofrekvenčno pretvorbo in usmerjanjem v konstantno napetost na drugem, nižjem nivoju, to je ponovno uporabljen DC-DC pretvorniški modul.

Za razliko od drugih pretvornikov imajo pretvorniki, ki jih napaja omrežje izmeničnega toka, nujno galvansko izolacijo sekundarnega navitja visokofrekvenčnega impulznega transformatorja od primarnega ... Praviloma je povratna zanka v takih enotah izolirana z uporabo optični sklopniki… Po pravici povedano je treba opozoriti, da so tovrstne enote z nizko porabo energije na voljo tudi v izvedbi brez okvirja.

4. DC-DC pretvornik za montažo na PCB

Ti miniaturni napajalniki imajo moč od 0,25 do 100 vatov. Omogočajo razpon vhodnih napetosti: 3-3,6V, 4,5-9V, 9-18V, 13-16,6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V in 36-75V.Območja napajalne napetosti se lahko razlikujejo glede na proizvajalca. Nekateri pretvorniki omogočajo prilagajanje izhodne napetosti in preklop naprave v stanje pripravljenosti. Standardno območje izhodne napetosti blokov: 5V, 12V, 15V.

DC-DC pretvorniki za PCB montažo so električno izolirani (1500V), najvišja dovoljena temperatura pa lahko doseže 90 stopinj Celzija. Za razvijalce so najbolj zanimivi pretvorniki z močjo 3 vatov. Stroški takšnih pretvornikov se gibljejo od enot do več deset dolarjev.

Vsi sodobni industrijski preklopni DC-DC pretvorniki delujejo s frekvenco nad 50kHz in dosežejo 300kHz. Ta izjava velja za impulzne transformatorje in feritne dušilke, saj se feritna jedra uporabljajo povsod za transformatorje in dušilke, ki se uporabljajo v opisanih pretvornikih.

Industrijski namenski pretvorniški preklopni IC-ji imajo zelo pogosto strogo nastavljeno frekvenco, ki je vedno nad 50 kHz. Če se uporablja krmilnik PWM, se ustrezna frekvenca nastavi z zunanjimi komponentami.