Princip činnosti a typy měničů napětí
DC měnič napětí, elektronické nebo elektromechanické zařízení, které přeměňuje stejnosměrný proud jednoho napětí na stejnosměrný proud jiného napětí.
Nejpoužívanější jsou měniče stejnosměrného napětí vyrobené na bázi polovodičových součástek. Použití polovodičových součástek v měničích elektrické energie umožnilo eliminovat rotační nebo vibrující kontakty z konstrukce, což výrazně zlepšilo technický výkon měniče stejnosměrného napětí ve srovnání s měniči vibrací, které plní stejnou roli. Polovodičové DC-DC měniče mají vysokou účinnost, dlouhou životnost a nízkou úroveň rušení rádiového příjmu; jsou široce používány jako zdroje sekundárního napájení.
Existují stejnosměrné měniče napětí s jednoduchou přeměnou energie a s dvojí přeměnou energie, kombinující invertující a usměrňovací články (tzv. dvoučlánkové měniče stejnosměrného napětí), nejprve převádějící stejnosměrný proud ze zdroje na vysokofrekvenční střídavý proud a následně tento střídavý proud na stejnosměrný proud různé napětí. Jako měnič stejnosměrného napětí prvního typu se používají regulátory stejnosměrného napětí, ve kterých polovodičový regulátor pracuje v kontinuálním (lineárním) režimu a působí jako zhášecí (proud omezující) rezistor. Takové DC-DC měniče jsou jednokanálové; neposkytují zvýšení napětí a nemají žádnou elektrickou izolaci mezi vstupem a výstupem.
Dvoulinkové DC-DC měniče mohou být jedno- a vícekanálové, s elektrickou izolací vstupu od výstupního a výstupního kanálu od sebe navzájem; Jako proudové spínače (tzv. spínače) se zpravidla používají tranzistory nebo tyristory. Dvoučlánkové stejnosměrné měniče napětí se odlišují způsobem buzení (s vlastním buzením a s nezávislým buzením – pomocí hlavního oscilátoru), typem zpětné vazby (například transformátorová zpětná vazba pro proud nebo napětí), zapojením tranzistoru. obvod (se společným emitorem nebo kolektorem, se společnou bází). Kromě toho se dělí na dvoutaktní a jednotaktní. Push-pull měniče zase mohou být symetrické nebo asymetrické, přičemž jednotaktní měniče se liší schématem připojení elektrického ventilu k výstupnímu vinutí.
Publikováno 3. srpna 2023 v 16:43 (GMT+3). Poslední aktualizace 3. srpna 2023 v 16:43 (GMT+3). Kontaktujte redakci
Oblasti odbornosti: Strojírenství
- Vědecký a vzdělávací portál „Velká ruská encyklopedie“
Vytvořeno s finanční podporou Ministerstva digitálního rozvoje, komunikací a masových komunikací Ruské federace.
Osvědčení o registraci hromadných sdělovacích prostředků EL č. FS77-84198, vydané Federální službou pro dohled nad komunikacemi, informačními technologiemi a hromadnými komunikacemi (Roskomnadzor) dne 15. listopadu 2022.
ISSN: 2949-2076 - Zakladatel: Autonomní nezisková organizace „Národní vědecké a vzdělávací centrum „Velká ruská encyklopedie“
Šéfredaktor: Kravets S.L.
Telefon redakce: +7 (495) 917 90 00
E-mailem Redakční e-mail: [email protected]
- © ANO BRE, 2022 – 2024. Všechna práva vyhrazena.
- Podmínky použití informací. Veškeré informace zveřejněné na tomto portálu jsou určeny pouze pro osobní potřebu a nejsou předmětem další reprodukce.
Mediální obsah (ilustrace, fotografie, videa, zvukové materiály, mapy, naskenované obrázky) lze použít pouze se svolením držitelů autorských práv. - Podmínky použití informací. Veškeré informace zveřejněné na tomto portálu jsou určeny pouze pro osobní potřebu a nejsou předmětem další reprodukce.
Mediální obsah (ilustrace, fotografie, videa, zvukové materiály, mapy, naskenované obrázky) lze použít pouze se svolením držitelů autorských práv.
Když už mluvíme o transformaci elektrické energie, můžeme 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 se elektrická energie přeměňuje v té či oné formě. Můžeme říci, že v každodenním životě jsme obklopeni různými typy elektrických měničů a je obtížné si představit jejich úplnou absenci v moderním světě.
DC-DC měniče se v posledních dvaceti letech zvláště rozšířily. Je to dáno rychlým rozvojem polovodičového průmyslu a elektroniky obecně.
Vysokofrekvenční pulsní měniče téměř nahradily napájecí zdroje nízkofrekvenčními transformátory z trhu, které dnes najdete pouze ve starých televizorech a jiných vintage zařízeních nebo v některých moderních audio zesilovačích.
Vysokofrekvenční transformátor (nebo induktor) má podstatně menší rozměry než nízkofrekvenční transformátor na železe, určený pro provoz ze sítě 50-60 Hz, proto jsou spínané zdroje tak kompaktní. Tak či onak, stejnosměrné měniče napětí stále obsahují ve své konstrukci transformátor (nebo induktor), ale není to vůbec stejný těžký a hlučný transformátor.
Nabídka moderních DC-DC měničů (tak se jmenují DC-DC měniče) je poměrně široká. Podívejme se blíže na to, co přesně jsou DC-DC měniče.
1. Miniaturní nastavitelný převodník
Tento malý převodník o rozměrech 43 mm x 21 mm a další podobné modely stojí na čínských obchodních platformách od jednoho dolaru. Tato instance běží na čipu LM2596 a její výstupní parametry lze upravit. Vstup je napájen konstantním napětím v rozsahu od 4,5 do 40 voltů a výstupem je konstantní napětí od 1,3 do 35 voltů.
Maximální proud, který lze z tohoto převodníku získat, jsou 3 ampéry, v tomto případě je však vyžadován radiátor, pokud je převodník použit bez radiátoru, průměrný proud by neměl překročit 2 ampéry. Účinnost takového převodníku může dosáhnout 92%.
Tento převodník je sestaven podle topologie převodníku step-down (buck) a na desce jsou viditelné všechny jeho hlavní součásti: vstupní a výstupní kondenzátory, induktor, Schottkyho dioda, seřizovací odpor a samotný mikroobvod v TO-263-5 balík. Výše uvedené schéma zapojení neukazuje nastavovací odpor, ale na desce je jeden.
Bez tohoto rezistoru nebude obvod produkovat více než 5 voltů na výstupu, pokud je však zpětná vazba odebírána nikoli přímo z výstupního kondenzátoru filtru, ale přes dělič napětí, který je zde sestaven pomocí tohoto nastavovacího rezistoru, může výrazně rozšířit rozsah výstupních napětí, což je implementováno na této desce.
Rozsah použití těchto převodníků je omezen pouze představivostí vývojáře. To zahrnuje napájení LED diod, nabíjení různých přenosných zařízení a mnoho dalšího.
Existují také boost konvertory tohoto typu, vyrobené podle topologie step-up (boost) konvertoru.
Zobrazený obrázek (červená deska) je regulovaný boost konvertor s maximálním výkonem až 150 wattů (vyžaduje dodatečné chlazení), který může napájet 10 až 30 voltů a vydávat 12 až 35 voltů.
Stejně jako v předchozím příkladu má tento převodník na výstupu nastavovací odpor, který je zodpovědný za získání požadované hodnoty napětí na výstupu. Ovládací čip je umístěn na zadní straně desky. Samotná deska má rozměry 65 mm x 35 mm. Náklady na takový převodník jsou 3krát vyšší než v předchozím příkladu.
2. Vodotěsný napájecí zdroj
Tento napájecí zdroj má odolné tvarované vodotěsné pouzdro naplněné epoxidovou směsí, což umožňuje jeho použití jak při přepravě, tak s jakýmkoli jiným zařízením, kde je vyžadována spolehlivost a bezpečnost. Převodník má ochranu proti podpětí, přepětí, zkratu a přetížení.
Rozsah vstupního napětí u různých modelů je velmi široký a v tomto příkladu od 9 do 24 voltů, zatímco na výstupu dostaneme 24 voltů s maximálním proudem 5 ampérů (v tomto příkladu). Velikost pouzdra na fotografii je 75 mm x 75 mm, výška 31 mm. Náklady na takové měniče jsou asi 10 – 50 dolarů v závislosti na výkonu.
Převodníky tohoto typu jsou vyráběny pro výkon od 15 do 360 wattů, pro vstupní napětí do 60 voltů a výstupní napětí od 5 do 48 voltů. Jsou také zcela běžné na mnoha obchodních platformách.
3. DC spínaný zdroj v pouzdře
Typicky jsou tyto napájecí zdroje vyráběny podle obvodu pulsního měniče typu flyback, push-pull nebo polovičního můstku. Přicházejí se vstupním napětím od 19 do 72 voltů nebo vyšším a výstupní napětí je obvykle od 5 do 24 voltů. Výkon měničů tohoto typu může dosáhnout 1000 wattů. Rozměry pouzdra od 78 mm x 51 mm x 28 mm do 295 mm x 127 mm x 41 mm.
Takové napájecí zdroje vyrábí mnoho výrobců a jejich cena může dosáhnout několika stovek dolarů. Poměrně často se takové bloky používají k napájení LED pásků. Mají schopnost jemně upravovat výstupní napětí a mají ochranu proti přetížení.
Na trhu jsou podobné modely měničů napájených přímo ze sítě AC, nazývané měniče AC-DC, ale tam je síťové napětí stejně nejprve usměrněno, filtrováno, tedy konstantní, a teprve poté převedeno standardní vysokofrekvenční konverzí. a usměrnění na jinou úroveň stejnosměrného napětí, nižší, to znamená, že je opět použit modul DC-DC měniče.
Na rozdíl od jiných měničů mají měniče napájené střídavou sítí nutně galvanické oddělení sekundárního vinutí vysokofrekvenčního pulzního transformátoru od primárního. Zpětnovazební obvod v takových blocích je zpravidla odpojen pomocí optočlenu. Abychom byli spravedliví, je třeba poznamenat, že nízkovýkonové jednotky tohoto typu jsou k dispozici i ve verzích s otevřeným rámem.
4. DC-DC převodník pro osazení PCB
Tyto miniaturní napájecí zdroje se pohybují od 0,25 do 100 wattů. Umožňují rozsahy vstupního 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 upravit výstupní napětí a uvést jednotku do pohotovostního režimu. Standardní rozsah výstupních napětí bloku je: 5V, 12V, 15V.
DC-DC měniče pro montáž na PCB mají elektricky silnou izolaci (1500 V) a maximální přípustná teplota může dosáhnout 90 stupňů Celsia. 3-wattové měniče mají největší zájem vývojářů. Náklady na takové převodníky se pohybují od jednotek do desítek dolarů.
U všech moderních průmyslových pulzních DC-DC měničů je pracovní frekvence nad 50 kHz a dosahuje 300 kHz. Toto tvrzení platí pro pulsní transformátory a feritové tlumivky, protože pro transformátory a tlumivky použité v popsaných měničích se všude používají feritová jádra.
Průmyslově vyráběné specializované integrované obvody pro pulzní měniče mají velmi často striktně stanovenou frekvenci, která je vždy nad 50 kHz. Pokud je použit PWM regulátor, pak je odpovídající frekvence nastavena externími komponenty.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře