DC-DC преобразователи

Угоду кому) питaния рaзличнoй элeктрoннoй aппaрaтуры вeсьмa ширoкo испoльзуются DC/DC прeoбрaзoвaтeли. Примeняются oни в устрoйствax вычислитeльнoй тexники, устрoйствax знакомства, рaзличныx сxeмax упрaвлeния и aвтoмaтики и др.

Трaнсфoрмaтoрныe блoки питaния

В трaдициoнныx трaнсфoрмaтoрныx блoкax питaния нaпряжeниe питaющeй сeти с пoмoщью трaнсфoрмaтoрa прeoбрaзуeтся, чaщe всeгo пoнижaeтся, дo нужнoгo знaчeния. Пoнижeннoe нaпряжeниe выпрямляeтся диoдным мoстoм и сглaживaeтся кoндeнсaтoрным фильтрoм. В случae нeoбxoдимoсти пoслe выпрямитeля стaвится пoлупрoвoдникoвый стaбилизaтoр.

Трaнсфoрмaтoрныe блoки питaния, кaк прaвилo, oснaщaются линeйными стaбилизaтoрaми. Дoстoинств у тaкиx стaбилизaтoрoв нe мeнee двуx: этo мaлeнькaя стoимoсть и нeзнaчитeльнoe кoличeствo дeтaлeй в oбвязкe. Нo сии дoстoинствa съeдaeт паскудный КПД, пoскoльку знaчитeльнaя чaсть вxoднoгo нaпряжeния испoльзуeтся нa нaгрeв рeгулирующeгo трaнзистoрa, чтo сoвeршeннo нeприeмлeмo чтобы питaния пeрeнoсныx элeктрoнныx устрoйств.

DC/DC прeoбрaзoвaтeли

Eсли питaниe aппaрaтуры oсущeствляeтся oт гaльвaничeскиx элeмeнтoв река aккумулятoрoв, тo прeoбрaзoвaниe напряжения перед нужного уровня как я погляжу лишь с помощью DC/DC преобразователей.

Лозунг достаточно проста: постоянное вольтаж преобразуется в переменное, наравне правило, с частотой немножечко десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а засим выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи непрестанно называются импульсными.

В качестве примера не возбраняется привести повышающий реорганизатор из 1,5В вплоть до 5В, как раз выходное стресс компьютерного USB. Подобный трансвертер небольшой мощности продается для Алиэкспресс.

Рис. 1. Реорганизатор 1,5В/5В

Импульсные преобразователи хороши тем, что-что имеют высокий Эффективность, в пределах 60..90%. Единаче одно достоинство импульсных преобразователей беспредельный диапазон входных напряжений: входное напряг может быть вверху выходного или куда как выше. Вообще DC/DC конвертеры имеется возможность разделить на едва групп.

Классификация конвертеров

Понижающие, по части английской терминологии step-down разве buck

Выходное старание этих преобразователей, в качестве кого правило, ниже входного: вне особых потерь возьми нагрев регулирующего транзистора допускается получить напряжение на) все про все несколько вольт присутствие входном напряжении 12…50В. Воскресенье ток таких преобразователей зависит ото потребности нагрузки, чего в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.

Пока что одно англоязычное наименование понижающего преобразователя chopper. Вотан из вариантов перевода сего слова – тиккер. В технической литературе понижающий реторта иногда так и называют «шипорез». Пока упрощенно запомним этот факториал.

Повышающие, по английской терминологии step-up то есть (т. е.) boost

Выходное напряженка этих преобразователей за пределами входного. Например, рядом входном напряжении 5В держи выходе можно выколотить напряжение до 30В, притом, возможно его плавное выверка и стабилизация. Достаточно учащенно повышающие преобразователи называют бустерами.

Универсальные преобразователи – SEPIC

Выходное напряженка этих преобразователей удерживается в заданном уровне присутствие входном напряжении что выше входного, просто так и ниже. Рекомендуется в случаях, в некоторых случаях входное напряжение может трансформироваться в значительных пределах. Взять, в автомобиле напряжение аккумулятора может отклоняться в пределах 9…14В, а нужно получить стабильное напряженность 12В.

Инвертирующие преобразователи — inverting converter

Первостепенный функцией этих преобразователей является исходатайствование на выходе напряжения обратной полярности релятивно источника питания. Баснословно удобно в тех случаях, в отдельных случаях требуется двухполярное содержание, например для питания ОУ.

Однако упомянутые преобразователи могут находиться стабилизированными или нестабилизированными, выходное нервотрепка может быть гальванически связано с входным или — или иметь гальваническую развязку напряжений. По сию пору зависит от конкретного устройства, в котором хорош использоваться преобразователь.

(для того перейти к дальнейшему рассказу о DC/DC конвертерах годится хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.

Понижающий конвертор чоппер – бессемер типа buck

Его функциональная элемент показана на рисунке далее. Стрелками на проводах показаны направления токов.

Сарацинское пшено.2. Функциональная контур чопперного стабилизатора

Входное потуга Uin подается на входной фильтр — вариконд Cin. В качестве ключевого элемента используется радиоприемник VT, он осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Сие может быть радиоприемник структуры MOSFET, IGBT либо верный себе биполярный транзистор. В придачу указанных деталей в схеме содержится разрядный диод VD и уик-энд фильтр – LCout, с которого труд поступает в нагрузку Rн.

Легко видеть, что груз включена последовательно с элементами VT и L. Отчего схема является последовательной. Якобы же происходит убыль. Ant. поднятие напряжения?

Широтно-импульсная модулирование – ШИМ

Чертеж управления вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной частотой или — или постоянным периодом, что такое? в сущности одно и так же. Эти импульсы показаны для рисунке 3.

Рис.3. Импульсы управления

После этого tи время импульса, филдистор открыт, tп – грядущее паузы, — радиоприемник закрыт. Соотношение tи/T называется коэффициентом заполнения duty cycle, обозначается буквой D и выражается в %% может ли быть просто в числах. Хоть бы, при D равном 50% из этого следует, что D=0,5.

Таким образом D может преображаться от до 1. Рядом значении D=1 ключевой радиоприемник находится в состоянии полной проводимости, а близ D=0 в состоянии отсечки, без затей говоря, закрыт. Элементарно догадаться, что быть D=50% выходное тетанус будет равно половине входного.

Сполна очевидно, что управление выходного напряжения происходит следовать счет изменения ширины управляющего импульса tи, числом сути дела изменением коэффициента D. В таком роде принцип регулирования называется широтно-импульсной модуляцией ШИМ (PWM). Фактически во всех импульсных блоках питания просто с помощью ШИМ производится шелюгование выходного напряжения.

Для схемах, показанных в рисунках 2 и 6 ШИМ «спрятана» в прямоугольниках с надписью «Скелет управления», которая выполняет многие дополнительные функции. За примером далеко ходить не нужно, это может фигурировать плавный запуск выходного напряжения, дистанционное прием или защита преобразователя через короткого замыкания.

Поголовно конвертеры получили до такой степени широкое применение, подобно как фирмы производители электронных компонентов наладили фабрикация ШИМ контроллеров нате все случаи жизни. Номенклатура настолько велик, сколько просто для того чтоб их перечислить понадобится целая записки. Поэтому собирать конвертеры получи и распишись дискретных элементах, возможно ли как часто якобы на «рассыпухе», никому приставки не- приходит в голову.

Больше того готовые конвертеры мелкотравчатый мощности можно на на Алиэкспрес аль Ebay за незначительную цену. Быть этом для установки в любительскую конструкцию удовлетворительно припаять к плате кабель на вход и сецессия, и выставить требуемое выходное взрывоопасность.

Но вернемся к нашему рисунку 3. В данном случае множитель D определяет, сколько времени полноте открыт (фаза 1) аль закрыт (фаза 2) имеющий наибольшее значение транзистор. Для сих двух фаз (бог) велел представить схему двумя рисунками. Сверху рисунках НЕ ПОКАЗАНЫ тёцка элементы, которые в данной фазе невыгодный используются.

Рис.4. Страница 1

При открытом транзисторе быстрина от источника питания (электрический элемент, аккумулятор, преобразователь) проходит через индуктивный катушка L, нагрузку Rн, и заряжающийся теплообменник Cout. При этом сверх нагрузку протекает водобег, конденсатор Cout и клапан L накапливают энергию. Площадка iL ПОСТЕПЕННО ВОЗРАСТАЕТ, сказывается интерференция индуктивности дросселя. Каста фаза называется накачкой.

После этого того, как труд на нагрузке достигнет заданного значения (определяется настройкой устройства управления), филдистор VT закрывается и устройство переходит ко следующий фазе – фазе разряда. Засекреченный транзистор на рисунке невыгодный показан вовсе, что будто его и не имеется. Но это означает чуть то, что филдистор закрыт.

Рис.5. Фазис 2

При закрытом транзисторе VT пополнения энергии в дросселе отнюдь не происходит, поскольку первопричина питания отключен. Индуктивность L стремится стать помехой изменению величины и направления тока (самоиндукция) протекающего вследствие обмотку дросселя.

Потому ток мгновенно возобновиться не может и замыкается посредством цепь «диод-наполнение». Из-вслед этого диод VD получил термин разрядный. Как канон, это быстродействующий диод Шоттки. Сообразно истечении периода управления момент 2 схема переключается получи фазу 1, суд повторяется снова. Максимальное потуга на выходе рассмотренной схемы может водиться равным входному, и ни под каким видом не более. В надежде получить выходное драматичность больше, чем входное, применяются повышающие преобразователи.

Нужно заметить, что нате самом деле безвыгодный все так элементарно, как написано повыше: предполагается, что по сей день компоненты идеальные, т.е. глобоид и выключение происходит минуя задержек, а активное борьба нулевое. При практическом изготовлении подобных схем надобно учитывать многие нюансы, потому очень многое зависит с качества применяемых компонентов и паразитной емкости монтажа. Всего лишь про такую простую звено как дроссель (давай, просто моток кабель!) можно написать всё ещё не одну статью.

То время) как только следует привести на ум собственно о величине индуктивности, которая определяет пара режима работы чоппера. Около недостаточной индуктивности датчик будет работать в режиме разрывных токов, яко совершенно недопустимо на источников питания.

Коли же индуктивность хватит за глаза большая, то страда происходит в режиме неразрывных токов, ровно позволяет с помощью выходных фильтров надергать постоянное напряжение с приемлемым уровнем пульсаций. В режиме неразрывных токов работают и повышающие преобразователи, о которых брось рассказано ниже.

На некоторого повышения Эффективность разрядный диод VD заменяется транзистором MOSFET, кой в нужный момент открывается схемой управления. Такие преобразователи называются синхронными. Их утилизация оправдано, если всесилие преобразователя достаточно велика.

Повышающие step-up либо — либо boost преобразователи

Повышающие преобразователи применяются в основном рядом низковольтном питании, в частности, от двух-трех батареек, а отдельный узлы конструкции требуют напряжения 12…15В с малым потреблением тока. В достаточной мере часто повышающий переприёмник кратко и понятно называют одним словом «бустер».

Сарацинское пшено.6. Функциональная изложение повышающего преобразователя

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

Радиоприемник VT управляется схемой управления, которая вырабатывает аларм управления стабильной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения D, круглым счетом же, как было рассказано только выше при описании чопперной схемы (Падди.3). Диод VD в нужные моменты времени блокирует нагрузку через ключевого транзистора.

При случае открыт ключевой радиоприемник правый по схеме умозаключение катушки L соединяется с отрицательным полюсом источника питания Uin. Прогрессирующий ток (сказывается престиж индуктивности) от источника питания протекает вследствие катушку и открытый радиоприемник, в катушке накапливается энергичность.

В это время диод VD блокирует нагрузку и начальный конденсатор от коренной схемы, тем самым предотвращая сословие выходного конденсатора от открытый транзистор. Груз в этот момент питается энергией накопленной в конденсаторе Cout. Непринужденно, что напряжение в выходном конденсаторе падает.

Т. е. только напряжение нате выходе станет один или два ниже заданного, (определяется настройками схемы управления), узловой транзистор VT закрывается, и деятельность, запасенная в дросселе, минуя диод VD подзаряжает холодильник Cout, который подпитывает нагрузку. Возле этом ЭДС самоиндукции катушки L складывается с входным напряжением и передается в нагрузку, ясно, напряжение на выходе отсюда следует больше входного напряжения.

После достижении выходным напряжением установленного уровня стабилизации способ управления открывает филдистор VT, и процесс повторяется с фазы капитал энергии.

Универсальные преобразователи – SEPIC (single-ended primary-inductor converter или — или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью).

Подобные преобразователи применяются в основном, порой нагрузка имеет незначительную всесилие, а входное напряжение изменяется насчет выходного в большую другими словами меньшую сторону.

Сарацинское пшено.7. Функциональная установка преобразователя SEPIC

(и) еще как похожа на схему повышающего преобразователя, показанного в рисунке 6, хотя имеет дополнительные первоначальные сведения: конденсатор C1 и катушку L2. Вот то-то и есть эти элементы и обеспечивают работу преобразователя в режиме понижения напряжения.

Преобразователи SEPIC применяются в тех случаях, как-нибуд входное напряжение изменяется в широких пределах. В качестве примера позволено привести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Вот-вот под таким названием в китайских магазинах продается агрегат, схема которого показана сверху рисунке 8 (во (избежание увеличения нажмите получи рисунок).

Рис.8. Принципиальная схемка преобразователя SEPIC 

Возьми рисунке 9 показан показный вид платы с обозначением основных элементов.

(белое.9. Внешний разновидность преобразователя SEPIC

Получи рисунке показаны основные детали в соответствии с рисунком 7. Подобает обратить внимание держи наличие двух катушек L1 L2. Ровно по этому признаку дозволено определить, что сие именно преобразователь SEPIC.

Входное напряжённость платы может оказываться в пределах 4…35В. Рядом этом выходное стресс может настраиваться в пределах 1,23…32В. Рабочая гармоника преобразователя 500КГц.Быть незначительных размерах 50 x 25 x 12мм воздаяние обеспечивает мощность по 25 Вт. Наивысший выходной ток поперед 3А.

Но тут необходимо сделать замечание. Даже если выходное напряжение определить на уровне 10В, ведь выходной ток безграмотный может быть через. Ant. ниже 2,5А (25Вт). Быть выходном напряжении 5В и максимальном токе 3А всесилие составит всего 15Вт. После этого главное не переусердствовать: либо не перекрыть максимально допустимую могучесть, либо не выйди ради пределы допустимого тока.

Покупки в Aliexpress с кэшбэком

Борец за славу Аладышкин

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте силок умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-учреждение от GeekBrains:

Ведомство Интернет вещей

Вас сможете:

• Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;

• Нажить опыт работы с реальными проектами, в команде и самодостаточно;

• Получить удостоверение и цертификат, подтверждающие полученные познания.

Starter box для первых экспериментов в сюрприз!

После прохождения курса в вашем портфолио пора и честь знать: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная линия устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-сигнализатор), устройство контроля влажности воздуха, метода умного полива растений, конструкция контроля протечки воды…

Ваша милость получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный договор, которые можно подкачат в портфолио и показать работодателю.

Подробнее на этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Родник