Принцип работы и технические характеристики преобразователей напряжения dc-dc

Для питания различной электронной аппаратуры весьма широко используются DC/DC преобразователи. Применяются они в устройствах вычислительной техники, устройствах связи, различных схемах управления и автоматики и др.

Универсальный DC-DC преобразователь

Трансформаторные блоки питания

В традиционных трансформаторных блоках питания напряжение питающей сети с помощью трансформатора преобразуется, чаще всего понижается, до нужного значения. Пониженное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсаторным фильтром. В случае необходимости после выпрямителя ставится полупроводниковый стабилизатор.

Трансформаторный (линейные) блок питания в сравнении с импульсным.

Трансформаторные блоки питания, как правило, оснащаются линейными стабилизаторами. Достоинств у таких стабилизаторов не менее двух: это маленькая стоимость и незначительное количество деталей в обвязке.

Но эти достоинства съедает низкий КПД, поскольку значительная часть входного напряжения используется на нагрев регулирующего транзистора, что совершенно неприемлемо для питания переносных электронных устройств.

DC/DC преобразователи

Если питание аппаратуры осуществляется от гальванических элементов или аккумуляторов, то преобразование напряжения до нужного уровня возможно лишь с помощью DC/DC преобразователей.

Идея достаточно проста: постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.

В качестве примера можно привести повышающий преобразователь из 1,5В до 5В, как раз выходное напряжение компьютерного USB. Подобный преобразователь небольшой мощности продается на Алиэкспресс.

Рис. 1. Преобразователь 1,5В/5В

Импульсные преобразователи хороши тем, что имеют высокий КПД, в пределах 60..90%. Еще одно достоинство импульсных преобразователей широкий диапазон входных напряжений: входное напряжение может быть ниже выходного или намного выше. Вообще DC/DC конвертеры можно разделить на несколько групп.

Классификация конвертеров

Выходное напряжение этих преобразователей, как правило, ниже входного: без особых потерь на нагрев регулирующего транзистора можно получить напряжение всего несколько вольт при входном напряжении 12…50В. Выходной ток таких преобразователей зависит от потребности нагрузки, что в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.

Еще одно англоязычное название понижающего преобразователя chopper. Один из вариантов перевода этого слова – прерыватель. В технической литературе понижающий конвертер иногда так и называют «чоппер». Пока просто запомним этот термин.

Повышающие, по английской терминологии step-up или boost

Выходное напряжение этих преобразователей выше входного. Например, при входном напряжении 5В на выходе можно получить напряжение до 30В, причем, возможно его плавное регулирование и стабилизация. Достаточно часто повышающие преобразователи называют бустерами.

Универсальные преобразователи – SEPIC

Выходное напряжение этих преобразователей удерживается на заданном уровне при входном напряжении как выше входного, так и ниже. Рекомендуется в случаях, когда входное напряжение может изменяться в значительных пределах. Например, в автомобиле напряжение аккумулятора может изменяться в пределах 9…14В, а требуется получить стабильное напряжение 12В.

Инвертирующие преобразователи – inverting converter

Основной функцией этих преобразователей является получение на выходе напряжения обратной полярности относительно источника питания. Очень удобно в тех случаях, когда требуется двухполярное питание, например для питания ОУ.

Все упомянутые преобразователи могут быть стабилизированными или нестабилизированными, выходное напряжение может быть гальванически связано с входным или иметь гальваническую развязку напряжений. Все зависит от конкретного устройства, в котором будет использоваться преобразователь.

Чтобы перейти к дальнейшему рассказу о DC/DC конвертерах следует хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.

Понижающий конвертер чоппер – конвертер типа buck

Его функциональная схема показана на рисунке ниже. Стрелками на проводах показаны направления токов.

Рис.2. Функциональная схема чопперного стабилизатора

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр – конденсатор Cin. В качестве ключевого элемента используется транзистор VT, он осуществляет высокочастотную коммутацию тока.

Это может быть транзистор структуры MOSFET, IGBT либо обычный биполярный транзистор.

Кроме указанных деталей в схеме содержится разрядный диод VD и выходной фильтр – LCout, с которого напряжение поступает в нагрузку Rн.

Нетрудно видеть, что нагрузка включена последовательно с элементами VT и L. Поэтому схема является последовательной. Как же происходит понижение напряжения?

Широтно-импульсная модуляция – ШИМ

Схема управления вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной частотой или постоянным периодом, что в сущности одно и то же. Эти импульсы показаны на рисунке 3.

Рис.3. Импульсы управления

Здесь tи время импульса, транзистор открыт, tп – время паузы, – транзистор закрыт. Соотношение tи/T называется коэффициентом заполнения duty cycle, обозначается буквой D и выражается в %% или просто в числах. Например, при D равном 50% получается, что D=0,5.

Таким образом D может изменяться от 0 до 1. При значении D=1 ключевой транзистор находится в состоянии полной проводимости, а при D=0 в состоянии отсечки, попросту говоря, закрыт. Нетрудно догадаться, что при D=50% выходное напряжение будет равно половине входного.

Совершенно очевидно, что регулирование выходного напряжения происходит за счет изменения ширины управляющего импульса tи, по сути дела изменением коэффициента D. Такой принцип регулирования называется широтно-импульсной модуляцией ШИМ (PWM). Практически во всех импульсных блоках питания именно с помощью ШИМ производится стабилизация выходного напряжения.

На схемах, показанных на рисунках 2 и 6 ШИМ «спрятана» в прямоугольниках с надписью «Схема управления», которая выполняет некоторые дополнительные функции. Например, это может быть плавный запуск выходного напряжения, дистанционное включение или защита преобразователя от короткого замыкания.

Вообще конвертеры получили столь широкое применение, что фирмы производители электронных компонентов наладили выпуск ШИМ контроллеров на все случаи жизни. Ассортимент настолько велик, что просто для того чтобы их перечислить понадобится целая книга. Поэтому собирать конвертеры на дискретных элементах, или как часто говорят на «рассыпухе», никому не приходит в голову.

Но вернемся к нашему рисунку 3. В данном случае коэффициент D определяет, сколько времени будет открыт (фаза 1) или закрыт (фаза 2) ключевой транзистор. Для этих двух фаз можно представить схему двумя рисунками. На рисунках НЕ ПОКАЗАНЫ те элементы, которые в данной фазе не используются.

Рис.4. Фаза 1

При открытом транзисторе ток от источника питания (гальванический элемент, аккумулятор, выпрямитель) проходит через индуктивный дроссель L, нагрузку Rн, и заряжающийся конденсатор Cout. При этом через нагрузку протекает ток, конденсатор Cout и дроссель L накапливают энергию. Ток iL ПОСТЕПЕННО ВОЗРАСТАЕТ, сказывается влияние индуктивности дросселя. Эта фаза называется накачкой.

После того, как напряжение на нагрузке достигнет заданного значения (определяется настройкой устройства управления), транзистор VT закрывается и устройство переходит ко второй фазе – фазе разряда. Закрытый транзистор на рисунке не показан вовсе, как будто его и нет. Но это означает лишь то, что транзистор закрыт.

Рис.5. Фаза 2

При закрытом транзисторе VT пополнения энергии в дросселе не происходит, поскольку источник питания отключен. Индуктивность L стремится воспрепятствовать изменению величины и направления тока (самоиндукция) протекающего через обмотку дросселя.

Поэтому ток мгновенно прекратиться не может и замыкается через цепь «диод-нагрузка». Из-за этого диод VD получил название разрядный. Как правило, это быстродействующий диод Шоттки.

По истечении периода управления фаза 2 схема переключается на фазу 1, процесс повторяется снова. Максимальное напряжение на выходе рассмотренной схемы может быть равным входному, и никак не более.

Чтобы получить выходное напряжение больше, чем входное, применяются повышающие преобразователи.

Следует заметить, что на самом деле не все так просто, как написано выше: предполагается, что все компоненты идеальные, т.е. включение и выключение происходит без задержек, а активное сопротивление нулевое.

При практическом изготовлении подобных схем приходится учитывать многие нюансы, поскольку очень многое зависит от качества применяемых компонентов и паразитной емкости монтажа.

Только про такую простую деталь как дроссель (ну, просто моток провода!) можно написать еще не одну статью.

Пока только следует напомнить собственно о величине индуктивности, которая определяет два режима работы чоппера. При недостаточной индуктивности преобразователь будет работать в режиме разрывных токов, что совершенно недопустимо для источников питания.

Если же индуктивность достаточно большая, то работа происходит в режиме неразрывных токов, что позволяет с помощью выходных фильтров получить постоянное напряжение с приемлемым уровнем пульсаций. В режиме неразрывных токов работают и повышающие преобразователи, о которых будет рассказано ниже.

Для некоторого повышения КПД разрядный диод VD заменяется транзистором MOSFET, который в нужный момент открывается схемой управления. Такие преобразователи называются синхронными. Их применение оправдано, если мощность преобразователя достаточно велика.

Повышающие step-up или boost преобразователи

Повышающие преобразователи применяются в основном при низковольтном питании, например, от двух-трех батареек, а некоторые узлы конструкции требуют напряжения 12…15В с малым потреблением тока. Достаточно часто повышающий преобразователь кратко и понятно называют словом «бустер».

Рис.6. Функциональная схема повышающего преобразователя

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр Cin и поступает на последовательно соединенные катушку индуктивности L и коммутирующий транзистор VT. В точку соединения катушки и стока транзистора подключен диод VD. К другому выводу диода подключены нагрузка Rн и шунтирующий конденсатор Cout.

Транзистор VT управляется схемой управления, которая вырабатывает сигнал управления стабильной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения D, так же, как было рассказано чуть выше при описании чопперной схемы (Рис.3). Диод VD в нужные моменты времени блокирует нагрузку от ключевого транзистора.

Когда открыт ключевой транзистор правый по схеме вывод катушки L соединяется с отрицательным полюсом источника питания Uin. Нарастающий ток (сказывается влияние индуктивности) от источника питания протекает через катушку и открытый транзистор, в катушке накапливается энергия.

В это время диод VD блокирует нагрузку и выходной конденсатор от ключевой схемы, тем самым предотвращая разряд выходного конденсатора через открытый транзистор. Нагрузка в этот момент питается энергией накопленной в конденсаторе Cout. Естественно, что напряжение на выходном конденсаторе падает.

Как только напряжение на выходе станет несколько ниже заданного, (определяется настройками схемы управления), ключевой транзистор VT закрывается, и энергия, запасенная в дросселе, через диод VD подзаряжает конденсатор Cout, который подпитывает нагрузку. При этом ЭДС самоиндукции катушки L складывается с входным напряжением и передается в нагрузку, следовательно, напряжение на выходе получается больше входного напряжения.

• По достижении выходным напряжением установленного уровня стабилизации схема управления открывает транзистор VT, и процесс повторяется с фазы накопления энергии.
• Универсальные преобразователи – SEPIC (single-ended primary-inductor converter или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью).
• Подобные преобразователи применяются в основном, когда нагрузка имеет незначительную мощность, а входное напряжение изменяется относительно выходного в большую или меньшую сторону.

Рис.7. Функциональная схема преобразователя SEPIC

Очень похожа на схему повышающего преобразователя, показанного на рисунке 6, но имеет дополнительные элементы: конденсатор C1 и катушку L2. Именно эти элементы и обеспечивают работу преобразователя в режиме понижения напряжения.

Преобразователи SEPIC применяются в тех случаях, когда входное напряжение изменяется в широких пределах. В качестве примера можно привести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Именно под таким названием в китайских магазинах продается преобразователь, схема которого показана на рисунке 8 (для увеличения нажмите на рисунок).

Рис.8. Принципиальная схема преобразователя SEPIC 

На рисунке 9 показан внешний вид платы с обозначением основных элементов.

Рис.9. Внешний вид преобразователя SEPIC

На рисунке показаны основные детали в соответствии с рисунком 7. Следует обратить внимание на наличие двух катушек L1 L2. По этому признаку можно определить, что это именно преобразователь SEPIC.

Входное напряжение платы может быть в пределах 4…35В. При этом выходное напряжение может настраиваться в пределах 1,23…32В. Рабочая частота преобразователя 500КГц.При незначительных размерах 50 x 25 x 12мм плата обеспечивает мощность до 25 Вт. Максимальный выходной ток до 3А.

Но тут следует сделать замечание. Если выходное напряжение установить на уровне 10В, то выходной ток не может быть выше 2,5А (25Вт). При выходном напряжении 5В и максимальном токе 3А мощность составит всего 15Вт. Здесь главное не перестараться: либо не превысить максимально допустимую мощность, либо не выйди за пределы допустимого тока.

Источник: https://a-golubev.ru/tehnologii/dc-dc-preobrazovateli.html

Повышающий DC-DC преобразователь. Принцип работы

Иногда надо получить высокое напряжение из низкого. Например, для высоковольтного программатора, питающегося от 5ти вольтового USB, надыбать где то 12 вольт.

Как быть? Для этого существуют схемы DC-DC преобразования. А также специализированные микросхемы, позволяющие решить эту задачу за десяток деталек.

Принцип работы
Итак, как сделать из, например, пяти вольт нечто большее чем пять? Способов можно придумать много — например заряжать конденсаторы параллельно, а потом переключать последовательно. И так много много раз в секунду. Но есть способ проще, с использованием свойств индуктивности сохранять силу тока.

Чтобы было предельно понятно покажу вначале пример для сантехников.

Фаза 1

Заслонка открывается и мощный поток жидкости начинает сливаться в никуда. Смысл лишь в том, чтобы этим потоком как следует разогнать турбину. Накачать ее энергией, передав энергию источника в кинетическую энергию турбины.

Фаза 2

Заслонка резко закрывается. Потоку больше деваться некуда, а турбина, будучи разогнанной продолжает давить жидкость вперед, т.к. не может мгновенно встать. Причем давит то она ее с силой большей чем может развить источник. Гонит жижу через клапан в аккумулятор давления. Откуда же часть (уже с повышеным давлением) уходит в потребитель. Откуда, благодаря клапану, уже не возвращается.

Фаза 3

Скорость турбины на излете, энергия перешла в давление в аккумуляторе. Сил продавить клапан, подпертный с той стороны набитым давлением уже не хватает. Вот вот и все встанет.

Но в этот момент вновь открывается заслонка и турбина вновь разгоняется, набирает энергию из источника, превращая энергию потока в энергию вращающихся масса металла.

Потребитель, тем временем, потихоньку жрет из аккумулятора.

Фаза 4

И вновь заслонка закрывается, а турбина начинает яростно продавливать жидкость в аккумулятор. Восполняя потери которые там образовались на фазе 3.

Назад к схемам
Вылезаем из подвала, скидываем фуфайку сантехника, забрасываем газовый ключ в угол и с новыми знаниями начинаем городить схему.

Вместо турбины у нас вполне подойдет индуктивность в виде дросселя. В качестве заслонки обычный ключ (на практике — транзистор), в качестве клапана естественно диод, а роль аккумулятора давления возьмет на себя конденсатор. Кто как не он способен накапливать потенциал. Усе, преобразователь готов!

Фаза 1

Ключ замкнут. Ток от источника начинает, фактически, работать на катушку. Накачивая ее энергией.

Фаза 2

Ключ размыкается, но катушку уже не остановить. Запасенная в магнитном поле энергия рвется наружу, ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате, напряжение на выходе с катушки резко подскакивает (чтобы пробить путь току) и прорвавшись сквозь диод набивается в конденстор. Ну и часть энергии идет в нагрузку.

Фаза 3

Ключ тем временем замыкается и катушка снова начинает нажирать энергию. В то же время нагрузка питается из конденсатора, а диод не дает току уйти из него обратно в источник.

Фаза 4

Ключ размыкается и энергия из катушки вновь ломится через диод в конденсатор, повышая просевшее за время фазы 3 напряжение. Цикл замыкается.

Как видно из процесса, видно, что за счет большего тока с источника, мы набиваем напряжение на потребителе. Так что равенство мощностей тут должно соблюдаться железно. В идеальном случае, при КПД преобразователя в 100%:

Uист*Iист = Uпотр*Iпотр

Так что если наш потребитель требует 12 вольт и кушает при этом 1А, то с 5 вольтового источника в преобразователь нужно вкормить целых 2.4А При этом я не учел потерь источника, хотя обычно они не очень велики (КПД обычно около 80-90%).

Если источник слаб и отдать 2.4 ампера не в состоянии, то на 12ти вольтах пойдут дикие пульсации и понижение напряжения — потребитель будет сжирать содержимое конденсатора быстрей чем его туда будет забрасывать источник.

Схемотехника
Готовых решений DC-DC существует очень много. Как в виде микроблоков, так и специализированных микросхем. Я же не буду мудрить и для демонстрации опыта приведу пример схемы на MC34063A которую уже использовал в примере понижающего DC-DC преобразователя.

Работа
Питание через токовый шунт Rsc идет в дроссель L1 оттуда через ключ (SWC/SWE) на землю и через диод D1 на накопительный конденсатор C2. C него на нагрузку. Прям как в схеме приведенной выше. Остальные элементы для задания режима работы микросхемы.

• SWC/SWE выводы транзисторного ключа микросхемы SWC — это его коллектор, а SWE — эмиттер. Максимальный ток который он может вытянуть — 1.5А входящего тока, но можно подключить и внешний транзистор на любой желаемый ток (подробней в даташите на микросхему).
• DRC — коллектор составного транзистора
• Ipk — вход токовой защиты. Туда снимается напряжение с шунта Rsc если ток будет превышен и напряжение на шунте (Upk = I*Rsc) станет выше чем 0.3 вольта, то преобразователь заглохнет. Т.е. для ограничения входящего тока в 1А надо поставить резистор на 0.3 Ом. У меня на 0.3 ома резистора не было, поэтому я туда поставил перемычку. Работать будет, но без защиты. Если что, то микросхему у меня убьет.
• TC — вход конденсатора, задающего частоту работы.
• CII — вход компаратора. Когда на этом входе напряжение ниже 1.25 вольт — ключ генерирует импульсы, преобразователь работает. Как только становится больше — выключается. Сюда, через делитель на R1 и R2 заводится напряжение обратной связи с выхода. Причем делитель подбирается таким образом, чтобы когда на выходе возникнет нужное нам напряжение, то на входе компаратора как раз окажется 1.25 вольт. Дальше все просто — напряжение на выходе ниже чем надо? Молотим. Дошло до нужного? Выключаемся.
• Vcc — Питание схемы
• GND — Земля

Все формулы по расчету номиналов приведены в даташите. Я же скопирую из него сюда наиболее важную для нас таблицу:

Конденсатор С1 призван оградить питающую цепь от бросков. Потому и взят побольше. Резистор R1 у меня взят на 1.5кОм, а R2 на 13кОм, что дает нам напряжение выхода в 12 вольт. В качестве диода надо выбирать диод Шоттки. Например 1N5819.

У диодов Шоттки заметно ниже падение напряженияна pn переходе, а еще ниже паразитная емкость этого перехода, что позволяет ему работать с меньшими потерями на больших частотах. Микросхема может работать на входном напряжении от 3 вольт.

Опыт
Для примера по быстрому развел микромодульчик, забирающий 5 вольт и выдающий 12 вольт. Схема уже приведена выше, а печатка получилась такой:

Вытравил, спаял…

Вот так вот. Простая схемка, а позволяет решить ряд проблем.

Источник: https://easyelectronics.ru/povyshayushhij-dc-dc-preobrazovatel-princip-raboty.html

Инвертор DC AC: назначение, схема и принцип работы

Инвертор DC/AC преобразует постоянный ток в переменный. При этом может изменяться величина электрического напряжения. Устройство представляет собой отдельный прибор или является частью системы источников бесперебойного питания для различной аппаратуры. Может иметь контроллер заряда.

Для чего нужен инвертор DC/AC

Преобразователи AC/DC используются постольку, поскольку маломощные генераторы постоянного тока не могут эффективно питать современные приборы.

Развитие технологий требует применения усовершенствованных способов защиты данных и аппаратуры при внезапном отключении электричества.

К примеру, если ПК сталкивается с отключением сети, инвертор DC/AC и резервный аккумулятор образуют источник бесперебойного питания. Это позволяет безопасным образом закончить работу устройства.

DC – это постоянный ток, AC – переменный. Инвертор также служит промежуточным элементом в цепи преобразователей энергии. В этом случае прибор работает на высокой частоте в десятки и сотни килогерц.

Как работает инвертор DC AC

Переменное напряжение в инверторе образуется за счет частых подключений источника постоянного напряжения к противоположным клеммам нагрузки. Направление движения тока в результате чередуется.

Принцип работы станет понятнее, если представить, что к резистору попеременно то минусом, то плюсом подключается батарейка. Чередование должно осуществляться с высокой скоростью.

Существуют импульсные преобразователи следующих типов:

• Механические. Преобразование постоянного тока в переменный происходит за счет частого переключения контактов.
• Полупроводниковые. Отличаются более высокой эффективностью.
• Цифровые. Используются на телекоммуникационной аппаратуре.

Инвертор генерирует осциллирующие (колебательные) импульсы. Форма выходного напряжения устройства DC/AC бывает:

Используется в высокоточных и сложных приборах, восприимчивых к качеству напряжения. Синусоида получается благодаря широтно-импульсной модуляции. Инверторы с такой формой напряжения являются очень дорогими.

• Квазисинусоидной, или ступенчатой.

Это более дешевый вид импульсного преобразователя напряжения. Подходит для установки на нагревательные и осветительные приборы бытового назначения.

• Импульсной, или прямоугольной.

Из-за особенностей такой синусоиды, смена полярностей происходит резко. Для обычного пользователя это означает, что использование дешевого преобразователя напряжения может привести к нежелательной поломке таких чувствительных устройств как холодильник или стиральная машина. Опасности также подвержена дорогостоящая видеоаппаратура, аудиотехника.

Что стоит учитывать, определяя эффективность преобразователя питания:

• КПД;
• допустимый Power Factor (PF), или коэффициент мощности;
• качество напряжения на выходе;
• допустимый пик-коэффициент, или Crest Factor;
• перегрузочную способность устройства.

В каких режимах может работать инвертор DC/AC:

• Перегрузка. В этом случае преобразователь способен до 30 минут отдавать такую мощность, которая до полутора раз превышает номинальную.
• Длительная работа. Функционирование осуществляется при номинальной мощности инвертора.
• Режим пусковой. Устройство отдает повышенную мощность на несколько миллисекунд. Это запускает электродвигатели.

Инвертор DC/AC не рассчитан на постоянное функционирование в режиме пиковой мощности на протяжении длительного промежутка времени.

Инвертирующая схема

Классификация DC/AC по исполнению схемы:

• Трансформаторные инверторы.

Предназначены для питания устройств мощностью до 500 Вольт-Ампер (В·А). Имеют относительно простую схему. Нулевой вывод трансформатора дает 2 напряжения с противоположной фазой и одинаковым значением.

• Мостовые инверторы напряжения.

Схемы без трансформатора используются в устройствах, работающих с мощностью выше 500 ВА, или на высоковольтных установках.

Включают в себя мостовую схему с трансформаторами. Эта особенность комбинированных инверторов позволяет выпускать преобразователи, обладающие обширным диапазоном мощностей. Они могут колебаться от единиц и до десятков кВА.

Приведем схемы указанных преобразователей напряжения:

Инвертор DC AC — разновидности

Какие существуют классы AC/DC преобразователей в зависимости от принципа их действия:

Называются также «ведомыми». Преобразуют электроэнергию, отдавая ее в сеть переменного тока. Этот принцип действия представляет собой полную противоположность выпрямителя (так зовется прибор, преобразующий переменный ток AC в DC).

Занимаются преобразованием электротока с регулируемой или неизменной частотой. Работают на нагрузку, не имеющую связи с сетью переменного тока.

Какими бывают автономные преобразователи напряжения AC/DC:

Форма выходного напряжения таких инверторов зависит от порядка коммутации силовых ключей. На входе имеет конденсатор с большой емкостью. Форма тока на выходе задается характером нагрузки. В большинстве источников бесперебойного питания AC/DC используются инверторы АИН.

В этом случае характером нагрузки определяется именно форма выходного электрического напряжения, а не тока. На советских аэродромах использовался стационарный преобразователь АПЧС-63У1.

Резонансные инверторы чаще всего применяются для получения высокочастотного напряжения (от 0,5 до 10 кГц). Обычно работают на нагрузке в 1 фазу. Часто эксплуатируются в области электротермии, на установках индукционного нагрева.

В зависимости от конструкции:

• Однофазный инвертор DC/AC. Может иметь на выходе так называемый «чистый синус» или сигнал упрощенной формы.
• Двухфазный. Часто используются на сварочных аппаратах.
• Трехфазные инверторы чаще всего нужны для подачи соответствующего тока на электродвигатели. Высокомощные устройства этого типа устанавливаются в тяговых преобразователях.
• Многофазные.

Чем отличается инвертор DC AC от конвертора

Инвертор напряжения преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), и наоборот. Устанавливается на промышленной технике, активно используется при работе с бытовыми приборами. Предназначен для подачи на устройства бесперебойного изолированного питания.

Инвертор DC AC используется также в сварочных аппаратах. Применение преобразователя позволяет уменьшить размеры и вес подобных приборов. Это способствует облегчению транспортировки и повышает удобство при эксплуатации данных устройств.

Существуют также приборы другого класса, предназначенные для понижения или повышения электрического напряжения переменного тока. Они называются «конвертеры» AC/AC.

Существуют и конвертеры DC/DC. Они преобразуют постоянное напряжение. Виды тока при этом не меняются. Будучи частью одной системы, они делают это таким образом, чтобы каждый отдельный аккумулятор получал именно то напряжение, которое ему нужно.

Где приобрести

Купить инвертор DC AC и оптроны можно в интернет-магазине «ТМ Электроникс». В каталоге представлен широкий выбор преобразователей.

Можно запросить звонок на сайте. Вам перезвонит менеджер и поможет сориентироваться в выборе продукции. Чтобы оформить заказ на сайте компании самостоятельно, добавьте товар в корзину и заполните форму.

Преимущества сотрудничества с «ТМ Электроникс»:

Товар распространяется по всей России. Доставим заказанный инвертор и любые сопутствующие электронные компоненты к терминалу транспортной компании или по указанному при оформлении покупки адресу. Курьер обязательно сообщит о своем приезде, если вы укажете свои контактные данные.

В наличии полупроводники, оптоэлектроника, трансформаторы, переключатели, кабели, компьютерные аксессуары и другие электронные комплектующие.

Вся продукция сертифицирована. Полное соответствие существующим в сфере радиоэлектроники ГОСТам.

• Качественный и надежный сервис, соответствующий европейским стандартам обслуживания.
• Мы заказываем устройства и электронные компоненты к ним напрямую у производителя.

Это позволяет не завышать стоимость продукции и продавать технику по максимально выгодной для покупателя цене.

• Техническая поддержка на русском языке.

Это обеспечивает покупателю удобство использования нашего сервиса на всех этапах сотрудничества.

Поиск электронных компонентов под индивидуальные нужды каждого клиента. Осуществляется инженерная поддержка. Занимаемся подбором элементной базы.

• Удобная оплата без комиссии. Купить инвертор можно онлайн, через электронный кошелек или по банковской карте.

Многолетний опыт позволяет нам предлагать покупателю только самый качественный товар. В TME продаются электронные компоненты от лучших зарубежных поставщиков.

Для посылок стандартных размеров предоставляем услугу бесплатной доставки. Условия пересылки крупногабаритных грузов рассчитываются отдельно. Возможен самовывоз из пунктов выдачи.

Читайте больше полезных и интересных статей в интернет-журнале PClegko.

Источник: https://pclegko.ru/raznoe/invertor-dc-ac.html

Принцип работы и разновидности DC-DС преобразователей | ТЕРРАТЕЛ

DC/DC преобразователи питания постоянного тока широко применяются в различных электронных приборах, вычислительной технике, устройствах телекоммуникации, автоматизированных системах управления (АСУ), мобильных устройствах и т.д. DC/DC преобразователи применяются для изменения выходного напряжения как в большую, так и в меньшую сторону, относительно напряжения на входе.

Типы DC DC преобразователей

Сегодня на рынке существует различные типы DC/DC конвертеров, которые используются потребителями.

1. DC/DC преобразователи без индуктивности.

Для питания маломощных нагрузок выгодно использовать преобразователи на коммутируемых конденсаторах. Использование таких устройств не требует наличия дорогих моточных компонентов, поэтому они позволяют создать дешевые и компактные модули питания. Подобные преобразователи могут быть как с фиксированным напряжением, так регулируемые.

1. DC/DС преобразователи с индуктивностью.

Большой популярностью пользуются преобразователи без гальванической развязки между входом и выходом. В данном типе DC-DC конвертера находится единичный изолированный источник питания.

В зависимости от положения ключа, напряжение может повышаться, понижаться или инвертироваться в напряжение с обратной полярностью.

Ключевыми элементами часто выступают биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и полевые транзисторы разного типа (FET).

Среди конвертеров с индуктивностью можно встретить следующие типы:

• Понижающий импульсный DC-DC преобразователь. В роли ключа выступает транзистор, управляемый с помощью широтно-импульсного модулятора.
• Повышающий импульсный DC-DC преобразователь. Его особенности мы рассмотрим ниже.
• Преобразователь с регулируемым выходным напряжением. Такие устройства позволяют получить как повышенное, так и пониженное напряжение на выходе. Зачем это нужно? Например, для использования в устройствах, где напряжение задается Li-ионной батареей. Со временем, когда батарея ослабевает, её напряжение уменьшается, но использование такого преобразователя позволяет всегда поддерживать заданное значение на выходе.
• Преобразователь с любым выходным напряжением. Они способны производить как повышенное, так и пониженное напряжение на выходе. Зачем они нужны? Например, для использования в схемах, где напряжение задается Li-ионной батареей. Они имеют напряжение 3,3 В. Со временем эксплуатации ее напряжение уменьшается, и поэтому есть смысл преобразовывать его до 3,3В на выходе. Примером такого устройства является Buck-boost DC DC преобразователь от Террател.

Рис. Составные узлы DC-DC преобразователя

1. DC/DC преобразователь с гальванической развязкой.

В таких преобразователях постоянного тока применяются импульсные трансформаторы с несколькими обмотками, благодаря чему отсутствует связь между входной и выходной цепями.
Для таких устройств характерна большая разница потенциалов между входным и выходным напряжением. Например, они используются в блоках питания импульсных фотовспышек, которые имеют на выходное напряжение около 400В.

Принцип работы DC-DC преобразователя

Описания принципа работы DC/DC преобразователя рассмотрим на следующем примере.

Итак, у нас есть 5В постоянного тока из которых нам необходимо получить большее напряжение. Существует несколько вариантов решения данной задачи.

Например, параллельно заряжать конденсаторы, а потом последовательно их переключать. Причем делать это надо очень быстро, по несколько раз в секунду.

Конечно, на практике это нереально, поэтому существуют специальные DC/DC преобразователи для решения этой задачи.

Этап 1 – Процесс разгона турбины.
Для начала нам необходимо разогнать турбину. Для этого открывается заслонка, и вода быстро сливается, передавая часть своей энергии турбине, благодаря чему последняя начинает раскручиваться.

Этап 2 – Заполнение емкости накопителя воды и давления.

Заслонка закрывается. Порция воды, толкаемая раскрученной турбиной-маховиком, приоткрывает клапан и наполняет емкость накопителя воды и давления. Другая часть воды направляется к потребителю, только уже с повышенным давлением от емкости-накопителя. При этом клапан препятствует обратному ходу воды в сторону турбины в случае возникновения большего давления от емкости накопителя.

Этап 3 – Получение энергии из емкости накопителя давления и разгон турбины.

Скорость турбины начинает падать. Давления воды уже не достаточно для продавливания клапана, а энергии в емкости накопителя воды накоплено достаточно. Затем, заслонка открывается снова, и вода начинает быстро раскручивать турбину. При этом поток воды к потребителю не прекращается, так как он получает её из емкости накопителя.

• Дальше цикл раскрутки турбины и заполнения емкости накопителя воды и давления повторяется.
• По аналогичному принципу работает любой DC DC преобразователь.
• Ниже представлена электрическая схема DC DC преобразователя, на которой мы рассмотрим принцип его работы.

При этом роль турбины в электрической схеме DC DC преобразователя выполняет индуктивный дроссель. Вместо заслонки, которая управляет потоком воды, применяется транзистор. Роль клапана выполняет диод, а конденсатор является емкостью для накопителя давления.

Как работает DC DC преобразователь? Все аналогично.

Этап 1 – Накопление заряда индуктивностью.

Ключ замкнут. Индуктивность, получая ток от источника, накапливает энергию.

Этап 2 – Передача энергии в конденсатор.

Ключ размыкается, при этом катушка удерживает накопленную энергию в магнитном поле. Ток старается остаться на том же уровне, но дополнительная энергия из индуктивности подымает напряжение, тем самым открывая путь через диод. Часть энергии попадает к потребителю, а остальная накапливается в конденсаторе.

Этап 3 – Накопление энергии в индуктивности и передача заряда потребителю.

Затем ключ замыкается, и энергия снова начинает накапливаться в катушке. Потребитель, в это время, получает энергию из конденсатора.

Область применения DC/DC преобразователей и дросселей

В различных электронных устройствах, работающих от автономных источников энергии, необходимые уровни напряжений, возможно, получить только с использованием DC/DC преобразователей постоянного тока.

DC/DC конвертеры, преобразователи или дроссели напряжения постоянного тока широко применяются в различных портативных электронных приборах, вычислительной технике, телекоммуникационном оборудовании, автоматизированных системах управления АСУ, автомобилестроении и т.д.

Источник: https://www.terratel.eu/ru/does-converter-work.html

DC/DC преобразователи — виды, принципы работы, схемы

Принцип работы DC/DC преобразователей импульсного типа основан на явлении самоиндукции. При прерывании тока, идущего через катушку индуктивности, в магнитном поле, которое индуцировано вокруг нее, возникает ЭДС, а на ее клеммах — напряжение обратной полярности. Управляя током и временем переключения схемы, можно выполнять регулировку напряжения самоиндукции.

Импульсный конвертор DC/DC представляет собой электронную схему, которая содержит катушку индуктивности. Она циклически подключается к источнику электропитания и отключается от него.

Поскольку катушка нуждается в циклической зарядке, схема также должна включать конденсатор, выполняющий фильтрацию электросигнала и поддерживающий величину выходного напряжения.

В качестве регулировочного элемента, управляющего временем пропускания электрического тока, выступает транзистор или тиристор.

Преобразователи применяются для построения источников питания в вычислительной технике, телекоммуникационной аппаратуре, автоматизированных системах управления, мобильных устройствах. Они обеспечивают изменение выходного постоянного напряжения в большую или меньшую сторону относительно входного напряжения.

Существует несколько типов преобразователей DC/DC. Выбор модели зависит от того, для чего нужен источник питания и каковы должны быть его характеристики. Основными рабочими параметрами импульсных преобразователей являются:

• выходное напряжение. Оно может быть фиксированным и регулируемым в определенном диапазоне;
• входное напряжение;
• выходной ток. Он определяет, насколько мощную нагрузку можно питать от источника. Расчет мощности конвертора осуществляется по формуле Р = U*I, где U — Напряжение, а I — сила электротока;
• стабилизация напряжения;
• величина пульсаций;
• КПД.

Также при выборе нужно уделять внимание наличию систем защиты от перегрузок, перегрева и КЗ, наличию гальванической развязки, которая исключает возможность подачи опасного входного напряжения на выходные контакты.

По назначению устройства бывают:

• понижающими;
• повышающими;
• инвертирующими.

Понижающие преобразователи (регуляторы I типа)

Используются для нагрузок, которым для работы необходимо большие токи и малые напряжения. Фундаментальная схема DC/DC конвертора этого типа состоит из катушки индуктивности, конденсатора, ключевого транзистора, диода.

Переключение сигнала осуществляется посредством транзистора, который управляется с помощью широтно-импульсной модуляции. Время открывания и закрывания ключа задается рабочим циклом. Когда транзистор открыт, электроток свободно протекает через катушку, конденсатор, сопротивление.

Выполняется накопление энергии в конденсаторе и дросселе, а увеличение тока осуществляется постепенно, а не дискретно. Диод остается в запертом положении.

Когда напряжение достигнет заданного значения, транзистор запирается. Ток начинает течь по контуру с открытым диодом благодаря ЭДС самоиндукции. Значение электротока медленно уменьшается.

Повышающие преобразователи (регуляторы II типа)

Они применяются для электропитания потребителей, которым необходимо напряжение, большее, чем напряжение источника энергии. Принцип работы DC/DC преобразователя повышающего типа аналогичен понижающему конвертору. Устройство состоит из тех же элементов, но имеет другую схему подключения. Открывание и закрывание транзистора также осуществляется с помощью настроек ШИМ.

Открытый ключ обеспечивает протекание тока через транзистор и дроссель. При этом катушка запасает электроэнергию, а закрытый диод не позволяет разряжаться выходному конденсатору, питающему нагрузочное сопротивление. Как только напряжение падает ниже заданного уровня, происходит закрывание транзистора.

В результате диод открывается и начинается подзарядка конденсатора. Входное напряжение суммируется с энергией, которая генерируется на катушке. Благодаря этому выходной сигнал становится выше, чем исходный. После достижения верхней границы напряжения, ключ снова закрывается, и цикл начинается заново.

Инвертирующие преобразователи (регуляторы III типа)

Предназначены для получения напряжения обратной полярности. При этом выходной сигнал может быть как ниже входного, так и выше.

Микросхемы ДС/ДС преобразователей напряжения инвертирующего типа содержат тот же набор базовых элементов, что и вышеописанные устройства I и II типов, но их соединение выполнено в другой последовательности.

К источнику питания последовательно подключаются транзистор, диод, сопротивление нагрузки с конденсатором. Индуктивный накопитель энергии подсоединяется между коммутирующим элементом и диодом.

При замыкании ключа энергия запасается в катушке. Диод при этом закрыт и не дает электротоку протекать к нагрузке.

Диод выпрямителя пропускает только импульсы напряжения с отрицательным знаком, поэтому на выходе формируется инверсное напряжение, знак которого противоположен знаку источника.

Приведенные выше варианты представляют собой упрощенные схемы конверторов постоянного напряжения. Подавляющее большинство современных преобразователей отличается намного более сложным устройством.

Например, они оснащены гальванической развязкой, которая обеспечивает изоляция входной электроцепи от выходной. Их широко используют в источниках питания с IGBT-транзисторами, программируемых логических контроллерах.

За счет гальванической развязки достигается высокий уровень безопасности и помехоустойчивости.

При этом схема DC/DC конвертора может быть регулируемой, нерегулируемой и полурегулируемой.

Источник: https://newet.ru/article/dc-dc-preobrazovateli-vidy-printsipy-raboty-skhemy/

Принцип работы повышающего DC-DC преобразователя

DC-DC преобразователи находят применение в разнообразных мобильных аппаратах, электронике, вычислительной технике, АСУ, телекоммуникационных приборах. Они применяются для повышения или понижения напряжения на выходе (Uвых) относительно его исходного значения, а также для смены полярности.

Виды DC-DC преобразователей

Есть разные типы преобразователей DC-DC:

1. Без катушки индуктивности, собранные с использованием конденсаторов. Есть варианты с неменяющимся и настраиваемым напряжением. Такие инверторы подходят для питания нагрузок низкой мощности. Для сборки схемы регулируемого преобразователя DC-DC не нужно иметь моточные компоненты. Это позволяет собирать модули компактных размеров с минимальными расходами.
2. С катушкой индуктивности, без гальванической развязки. Содержат 1 источник питания в изоляции. Способ преобразования (повышение, понижение, смена полярности) зависит от позиции ключа. В качестве ключевых составляющих обычно используются полевые транзисторы (FET) и биполярные транзисторы с затвором в изоляции (IGBT).

Устройства с индуктивностью бывают:

1. Повышающего типа. Принцип работы и микросхемы DC-DC повышающих преобразователей будут рассмотрены далее.
2. Понижающие – с транзистором-ключом. Для его управления применяется широтно-импульсный модулятор.
3. С возможностью регулирования величины Uвых – подходят для получения повышенного или пониженного значения выходного напряжения. Находят применение в приборах, в которых напряжение задает Li-ion элемент питания, и его напряжение постепенно снижается. Такой инвертор с легкостью поддерживает заданное выходное значение.
4. С произвольной величиной Uвых, т.е. с возможностью его повышения и понижения. Используются такие преобразователи напряжения DC-DC в схемах, в которых напряжение задает накопитель энергии Li-ion типа. Их номинальное напряжение в процессе эксплуатации элементов питания снижается, и возникает необходимость его изменения до выходного значения 3,3 В.

• С гальванической развязкой. Содержат импульсные трансформаторы с рядом обмоток. Между цепями входа и выхода связи нет. Между значениями напряжения на концах наблюдается значительная разница потенциалов. В частности, такие конвертеры применяются в блоках питания импульсных фотовспышек с Uвых около 400 В.

Принцип работы DC-DC преобразователя

Рассмотрим принцип работы и схему подключения DC-DC преобразователя повышающего типа. Допустим, нам нужно повысить напряжение 5 В до нужной величины. Есть несколько путей для реализации этой задачи. Можно параллельно заряжать, а затем последовательно переключать конденсаторы.

Но выполнять эти действия нужно со скоростью нескольких переключений в секунду. Для этих целей и используются описываемые устройства. Они содержат минимум 2 полупроводника (диод и транзистор), минимум 1 накопитель энергии (конденсатор, катушку индуктивности или оба элемента). Для снижения пульсаций напряжения на концах конвертера устанавливаются выполненные из конденсаторов фильтры.

Принцип работы повышающего конвертера таков:

1. Во включенном состоянии ключ S замкнут, и индуктивный ток возрастает. Происходит накапливание энергии индуктивностью.
2. В выключенном состоянии ключ разомкнут. Катушка держит запас энергии в магнитном поле. Избыточная энергия из катушки повышает напряжение. Индуктивный ток следует через обратный диод D, конденсатор С и нагрузку R. Накопленная энергия частично идет к потребляющему устройству, остальная – запасается в конденсаторе.
3. Ключ повторно замыкается. Энергия собирается в катушке индуктивности. Потребитель получает энергию из запасов конденсатора.

Фактически работа инвертора подобна действию турбины. В таком случае индуктивным дросселем выступает турбина, заслонкой, управляющей водным потоком – транзистор, диодом – клапан, а конденсатором – накопительный резервуар. Вначале выполняется разгон турбины при помощи открытия заслонки. Вода в процессе слива отчасти отдает энергию маховику и раскручивает его.

Затем заслонка закрывается. Вращающаяся турбина толкает воду, в результате чего клапан приоткрывается, и вода частично поступает в накопитель. Остальная часть водного потока идет к потребителю, но уже имеет возросшее давление от накопителя.

Ход воды в обратном направлении блокируется клапаном. На последнем этапе турбина замедляется. Повторно открывается заслонка, и вода вращает маховик. Потребитель на этом этапе получает воду из накопительного резервуара. Далее цикл повторяется.

Читайте в нашей предыдущей статье о переделке велосипеда в e-bike для езды со скоростью 50–60 км/ч.

Перейти в раздел инверторы DC-DC

• 27 марта 2019 г.
• 1083 просмотра

Источник: https://www.VoltBikes.ru/blog/electro/princip-raboty-povyshayushchego-dc-dc-preobrazovatelya/

DC/DC преобразователи ПН1

Преобразователи постоянного напряжения 24В в постоянное напряжение 12В (DC/DC конверторы) позволяют подключать к системам с аккумуляторами с напряжением постоянного тока напряжением 24 В (например, в грузовики, автобусы, катера, а также в солнечных и ветроэлектрических системах с номинальным напряжением на стороне постоянного тока 24В и т.д.) любое 12-ти вольтовое электрооборудование (автомагнитолы, телевизоры, таймеры прогрева двигателя, автосигнализации и т.д.).

Выбор аксессуаров и приборов на 12В гораздо больше, чем на 24В, и стоят они гораздо дешевле. данные преобразователи позволяют применять такое оборудование без опасности вывести из строя один из аккумуляторов вашей электрической системы с аккумуляторами с общим напряжением 24В.

Выпускается производственная линейка конвертеров DC/DC 24В в 12В (преобразователей постоянного напряжения 24В в постоянное напряжения 12В):

• ПН1-20 Максимальный ток нагрузки 20А, долговременная мощность нагрузки 150Вт
• ПН1-35 Максимальный ток нагрузки 35А, долговременная мощность нагрузки 330Вт

* Допускается параллельное соединение нескольких конвертеров, т.е. можно подключить нагрузку любой мощности.

Технические характеристики конвертеров DC/DC 24В и 12В

О конвертерах dc/dc

Условия эксплуатации в автомобиле — это широкий диапазон рабочих температур, пыль, влага, тряска. Предлагаемые конвертеры DC/DC не имеют аналогов на потребительском рынке среди равных им по выходной мощности. Изделия с индустриальным диапазоном условий эксплуатации для потребительского рынка.

Преобразователи производятся на любые выходные токи по ряду: 35А, 70А, 105А и т.д.

Реализованы на принципе высокочастотного импульсного преобразования энергии и отличаются от любых импортных или отечественных аналогов более высоким кпд, большим количеством защит, нет вентилятора охлаждения, а это многократно увеличило ресурс безотказной работы, сняло ограничения на место установки, т.к. конструкция более герметичной, а также имеют минимальную массу и габариты.

Таблица новых свойств мощных конвертеров DC/DC в сравнении с предлагаемыми на потребительском рынке конвертерами аналогичной мощности

Диапазон рабочих температур	— 40 +70 °С	Лучше любого аналога	+ 5 +40 °С
Герметичность	Три варианта исполнения: пылебрызгозащита; герметичный; герметичный для больших глубин погружения	Лучше любого аналога	Полностью не герметичные, т.к. всегда большие отверстия из-за использования вентилятора
Дополнительные меры по защите от тряски	Устройства залиты герметиком	Лучше любого аналога	Расчитаны на стационарную работу внутри помещений
Повышенная надёжность работы	Полная защита выхода, разрешено подключать любые нагрузки без опасности вывести из строя. Система управления на основе микроконтроллера позволяет предупреждать возникновение аварийных ситуаций.	Лучше любого аналога	Защита только после возникновения аварийной ситуации
Параллельная работа нескольких конвертеров на общую нагрузку	Т.е. можно произвольно наращивать мощность устройств	Реализовано	Отсутствует
Сохранение работоспособности при перегрузках	При подключении нагрузки больше максимальной и при срабатывании тепловой защиты конвертер не отключается, а лишь снижает выходное напряжение	Реализовано	Отсутствует
Стартерный режим	При понижении входного напряжения во время пуска двигателя стартером напряжение на выходе конвертера не пропадает	Изобретено производителем	Отсутствует
Габариты	—	Наименьшая величина	Хуже

Основные технические характеристики преобразователей ПН1-35

Рабочий диапазон входного напряжения, В	20 — 30
Выходное напряжение, В	13,5
Допуск на выходное напряжение, В	+ — 0,5
Максимальный ток нагрузки, А:	35
Долговременная мощность нагрузки, Вт:	330
Коэффициент полезного действия, %	95
Диапазон рабочих температур, °С	-40 +70
Габаритные размеры, мм	70*130*40
Масса, кг, не более	0,4
Защита от КЗ выхода	+
Защита от перегрузки	+
Тепловая защита	+
Предохранитель на входе	+
Защита аккумулятора от переразряда	+
Защита от пробоя (две ступени)	+
Стартерный режим	+
Возможность параллельной работы	+

Внимание! Если преобразователь работает с нагрузкой более 40% от номинальной продолжительное время, он может перегреваться. В этом случае необходимо применять дополнительный охлаждающий радиатор. В качестве радиатора может быть применена любая металлическая пластина достаточной площади. При работе преобразователя его температура не должна превышать 60-65 С. Штатная охлаждающая пластина преобразователя гальванически развязана от остальных элементов преобразователя и не находится под потенциалом, поэтому ее можно крепить на дополнительный радиатор без электрической изоляции.

Эта статья прочитана 2365 раз(а)!

Источник: https://www.solarhome.ru/equipment/dc-dc-preobrazovateli.htm