Принцип на действие и разновидности на DC-DC преобразуватели, TERRATEL

Всичко за DC/DC преобразуватели

Преобразувателите на DC/DC мощност се използват широко в различни електронни устройства, компютри, телекомуникационни устройства, автоматизирани системи за управление (ACS), мобилни устройства и др. DC/DC преобразувателите се използват за промяна на изходното напрежение както нагоре, така и надолу, спрямо входното напрежение.

Видове DC-DC преобразуватели

Днес на пазара има различни видове DC/DC преобразуватели, които се използват от потребителите.

DC/DC преобразуватели без индуктивност.

За захранване на товари с ниска мощност е изгодно да се използват преобразуватели на комутирани кондензатори. Използването на такива устройства не изисква скъпи компоненти за навиване, така че те ви позволяват да създавате евтини и компактни силови модули. Такива преобразуватели могат да бъдат с фиксирано напрежение или регулируеми.

DC/DC преобразуватели с индуктивност.

Преобразувателите без галванична изолация между входа и изхода са много популярни. Този преобразувател съдържа едно изолирано захранване. В зависимост от позицията на превключвателя, напрежението може да се повиши, да спадне или да се превърне в напрежение с обратна полярност. Ключовите елементи често са биполярни транзистори с изолиран затвор (IGBT) и различни видове полеви транзистори (FET).

Сред преобразувателите с индуктивност можете да намерите следните видове:

Преобразувател с превключване надолу. Ключът е транзистор, управляван от широчинно-импулсен модулатор.
Увеличаващ импулс DC-DCконвертор. По-долу ще разгледаме неговите характеристики.
Преобразувател с регулируемо изходно напрежение. Такива устройства ви позволяват да получите както повишено, така и намалено напрежение на изхода. Защо е необходимо това? Например за използване в устройства, където напрежението се задава от литиево-йонна батерия. С течение на времето, когато батерията отслабне, нейното напрежение намалява, но използването на такъв преобразувател ви позволява винаги да поддържате зададената стойност на изхода.
Преобразувател с произволно изходно напрежение. Те са способни да произвеждат както пренапрежение, така и поднапрежение на изхода. За какво са нужни? Например за използване във вериги, където напрежението се задава от литиево-йонна батерия. Те имат напрежение 3,3 V. С течение на времето напрежението му намалява и затова има смисъл да се преобразува в 3,3 на изхода. Пример за това еBuck-boost DC DC Converter от Terratel.

DC/DC преобразувател с галванична изолация.

Такива преобразуватели използват импулсни трансформатори с няколко намотки, поради което няма връзка между входните и изходните вериги. Такива устройства се характеризират с голяма потенциална разлика между входното и изходното напрежение. Например, те се използват в захранвания за импулсни фото светкавици, които имат изходно напрежение близо до 400V.

Принципът на работа на DC-DC преобразувателя

И така, имаме 5 волта, от които трябва да получим повече напрежение. Има няколко варианта за постигане на целта. Например, заредете кондензатори паралелно и след това ги превключете последователно. Освен това, това трябва да се направи много бързо, няколко пъти в секунда. Разбира се, това не е практично на практика, така чеима специални DC/DC преобразуватели за тази задача.

За да разберем как работи този конвертор, нека си представим себе си като водопроводчици.

Фаза 1 - Ускоряване на турбината. Първо, трябва да ускорим турбината. За да направите това, амортисьорът се отваря и водата бързо се оттича, прехвърляйки част от енергията си към турбината, поради което последната започва да се върти.

Етап 2 - Пълнене на резервоара под налягане.

Амортисьорът се затваря. Порция вода, изтласкана от неусуканата турбина на маховика, леко отваря клапана и изпълва резервоара за съхранение. Друга част от водата се изпраща към потребителя, само с повишено налягане от резервоара за съхранение. В този случай вентилът предотвратява обратния поток на водата.

Фаза 3 - Извличане на енергия от резервоара за съхранение под налягане и ускоряване на турбината.

Оборотите на турбината започват да падат. Водата вече не може да изтласква през клапана и в резервоара за съхранение е натрупана достатъчно енергия. След това амортисьорът се отваря отново и водата започва бързо да върти турбината. Потокът от енергия към потребителя по това време не спира, тъй като той я получава от резервоара за съхранение.

След това цикълът се повтаря.

Е, принципът е ясен. Сега нека преминем от водопровод към електроника.

Вместо турбина имаме индуктивен дросел. Транзисторът се използва вместо амортисьор, който контролира потока на водата. Ролята на вентила се изпълнява от диод, а кондензаторът е резервоар за съхранение на налягане.

Ето как изглежда DC към DC преобразувател. Как работи той? Всичко е подобно.

Стъпка 1 - Натрупване на заряд чрез индуктивност.

Ключът е затворен. Индукторът получава ток от източник и съхранява енергия.

Стъпка 2 - Прехвърляне на мощност къмкондензатор.

Ключът се отваря, докато намотката задържа натрупаната енергия в магнитното поле. Токът се опитва да остане на същото ниво, но допълнителната енергия от индуктора повишава напрежението, като по този начин отваря път през диода. Част от енергията отива към потребителя, а останалата част се съхранява в кондензатора.

Етап 3 -Съхраняване на енергия в индуктивност и пренос на зарядконсуматор.

След това превключвателят се затваря и енергията започва отново да се натрупва в намотката. Потребителят по това време получава енергия от кондензатора.