Dc dc преобразователь что это

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ DC/DC- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Швецов Д.В.

В статье рассматриваются принципы работы DC/DC преобразователей . Статья включает описание видов преобразователей, их схематическое устройство, принципы работы в зависимости от вида DC/DC преобразователя.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Швецов Д.В.

Повышающие преобразователи постоянного тока
Малошумящий источник питания для сверхточной аппаратуры
Разработка импульсного преобразователя напряжения с топологией Sepic
ИМПУЛЬСНЫЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Динамика конвертеров с широтно-импульсной модуляцией
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ DC/DC- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ»

Т Е Х Н И Ч Е С К И Е

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ DC/DC- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

В статье рассматриваются принципы работы DC/DC преобразователей. Статья включает описание видов преобразователей, их схематическое устройство, принципы работы в зависимости от вида DC/DC преобразователя.

Ключевые слова: DC/DC преобразователь, катушка индуктивности, резистор, транзистор, конденсатор, ключ VT.

DC/DC преобразователями называют преобразователи постоянного тока, которые преобразовывают напряжение электрического тока одной величины в другую.

Преобразователи DC/DC делятся на преобразователи без индуктивности, преобразователи с индуктивностью, преобразователи с гальванической развязкой.

Первый вид преобразователей DC/DC основываются на системах накачки энергии. Выходное напряжение таких преобразователей может быть выше, ниже или равно входному. Нагрузка в преобразователях без индуктивности небольшая (сотни милливатт).

Существует четыре вида преобразователей DC/DC с индуктивностью. Основанием деления служит разница между выходным напряжением и входным.

Различают понижающие преобразователи DC/DC, в них выходное напряжение электрического тока ниже входного, повышающие преобразователи, в них выходное напряжение выше входного, спреобразователи напряжения в обратную полярность и понижающее-повышающие. Последние способны повышать и понижать выходное напряжение.

Благодаря достаточно компактным размерам данный тип преобразователей электрического тока пользуется в настоящее время большой популярностью. Всплеск популярности связан, прежде всего, с массовым применением электроники.

В преобразователях с гальванической развязкой используются импульсные трансформаторы с двумя и более обмотками. В таких преобразователях отсутствует связь междувходной и выходной цепями с существует большая разность потенциалов между входом и выходом. К преобразователям с гальванической развязкой относятся обратноходовые и прямоходовые импульсные преобразователи, преобразователи с двухтактным полумостовым и мостовым выходом.

Вестник магистратуры. 2017. № 12-1(75)

Рассмотрим основные принципы использования DC/DC преобразователей на примере устройства преобразователей с индуктивностью.

На рисунке 1 представлена схема понижающего DC/DC преобразователя.

Рис. 1. Упрощенная схема понижающего преобразователя

Данный преобразователь состоит из источника питания ип, резистора Rн, обеспечивающего нагрузку и ключа УТ, являющегося транзистором.

Если ключ УТ разомкнут, то напряжение на транзисторе Ял равно 0, а по контуру УТ-Ь будет протекать ток, нарастая от минимального показателя к максимальному. Если ключ замкнут, то напряжение на транзисторе равно источнику питания ип, а в цепи будет протекать ток, из катушки индуктивности, которая становится источником. В период между открытием и закрытием ключа напряжение в транзисторе будет в виде импульсов, которые можно увидеть на графике (см. рис 2).

В условиях, когда время продолжительности импульса превышает время паузы, то повысится и среднее напряжение на нагрузке транзистора Ян. При активной нагрузке форма тока равна форме напряжения. Форма ток при чисто активной нагрузке будет повторять форму напряжения. Таким образом, ток на нагрузке имеет прерывистый характер. Для обеспечения качественного напряжения в прерывателях используется конденсатор (на рис. 1 — обозначен символом «С»). Он заряжается при замкнутом ключе, а в период паузы, когда ключ разомкнут, служит источником питания и подает постоянное напряжение. «Качество» сглаживание импульсов напрямую зависит от объема конденсатора. Правда существует одно но. Если напряжение непосредственно подается на конденсатор большой емкости, то в момент замкнутого ключа ток его заряда ничем не ограничен, что может привести к негативным последствиям.

Рис. 2. График напряжения на выходе преобразователя

Ограничение тока заряда конденсатора достигается последовательным подключением к нему резистора (на рис 1 — Гс). Увеличение сопротивления резистора увеличивает время заряда конденсатора и тем самым ограничивает амплитуду зарядного тока. Но постоянная работа резистора в цепи обеспечивает потерю энергии. Поэтому в преобразователях DC-DC используют катушку индуктивности (на рис. 1 — L). Катушка индуктивности работает по принципу первого закона коммутации: при закрытом ключе нарастает ток, протекающий через катушку, это вызывает нарастание электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции, направленной встречно току и препятствующей его нарастанию. Поэтому, ток в цепи с индуктивностью не может изменяться мгновенно.

Использование катушки индуктивности вместо резистора повышает КПД DC-DC преобразователя.

Катушка, как и конденсатор, накапливает энергию, но в отличие от него она не хранит запасенную

энергию магнитного поля и преобразует ее в тепловую энергию, которая в виде электрической дуги может при размыкании ключа пробить транзистор, повредив его оболочку. Это происходит потому, что у полупроводниковых приборов нет размыкающих (замыкающих) контактов и во время размыкания цепи в ключе происходит перенапряжение.

Защитой ключа становится обратный (защитный) диод (на рис. 1 — VD). Когда ключ замкнут, ток протекает через катушку и нагрузку от плюса к минусу. Через диод ток не протекает, так как он включен в обратном направлении. Одновременно с этим катушка индуктивности накапливает магнитный заряд. Когда цепь размыкается, ток идет на нагрузку от катушки через обратный диод, создающий путь для его протекания.

Таким образом, организовано использование DC-DC преобразователя с индуктивностью.

В понижающем преобразователе помимо всего перечисленного используется генератор частоты, определяющий время паузы между открытием и закрытием ключа, драйвер, которыйпреобразовывает выходные импульсы генератора частоты в более мощные импульсы для гарантированного открытия транзистора и система управления генератором частоты.

В повышающем преобразователе катушка индуктивности при замкнутом ключе накоротко замыкает источник питания на короткий период, что не создает перенапряжения. Ток при этом значительно возрастает, и катушка индуктивности накапливает больше энергии. При размыкании ключа энергия переходит в заряд конденсатора и питание нагрузки, а катушка продолжает заряжаться от источника питания. Энергия катушки увеличивает зарядный ток конденсатора. Таким образом, напряжения конденсатора становится выше источника питания.

В понижающее-повышающем преобразователе выходное напряжение имеет противоположную полярность, чем у входного.

При замкнутом ключе ток в преобразователе протекает по пути от плюса источника питания к минусу источника питания через ключ и катушку индуктивности. В это период ток не протекает через нагрузку, так как его блокирует обратный диод. При размыкании ключа энергия, накопленная в катушке индуктивности, заряжает конденсатор и идет на нагрузку. Ток протекает от катушки через конденсатор и нагрузку, обратный диод обратно к катушке. В понижающее-повышающем DC-DC преобразователе конденсатор имеет противоположную полярность.

Таким образом, все виды DC-DC преобразователи с индуктивностью имеют общие принципы организации работы и использования с той разницей, что они выполняют разные функции: одни выдают меньшее напряжение, чем в источнике питания, другие — большее, третьи универсальные, они могут повышать или понижать напряжение.

1.Сайт Electrik.info / DC-DC преобразователи [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://electrik.info/main/praktika/1112-dcdc-preobrazovateli.html, свободный. Загл. с экрана. — Яз. рус., англ.

2.Сайт Fonarevka.ru / Импульсные DC-DC преобразователи [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=8028, свободный. Загл. с экрана. — Яз. рус., англ.

3.Сайт Terratel.eu / Принцип работы и разновидности DC-DC преобразователей [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.terratel.eu/ru/does-converter-work.html, свободный. Загл. с экрана. — Яз. рус., англ.

4. Сайт Rom.by / А. Образцов, С. Образцов. Схемотехника DC/DC преобразователей [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.rom.by/files/shemotehnika .pdf, свободный. Загл. с экрана. — Яз. рус., англ.

5.Сайт electonicsclub.ruDC-DC преобразователь [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://electronicsclub.ru/dc-dc-preobrazovatel/, свободный. Загл. с экрана. — Яз. рус., англ.

ШВЕЦОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ — магистрант, Поволжский государственный технологический университет, Россия.

Схема и принцип работы простого импульсного DC-DC преобразователя с фиксированным коэффициентом понижения напряжения

Понижающий преобразователь постоянного напряжения (DC-DC преобразователь) — это электронное устройство, которое преобразует одно постоянное напряжение в другое постоянное напряжение с меньшим значением. Он применяется для обеспечения стабильного и регулируемого питания для электронных устройств, работающих от разных напряжений.

DC-DC преобразователи могут быть реализованы различными способами, включая понижающие, повышающие и инвертирующие преобразователи.

Понижающий преобразователь напряжения является одним из наиболее распространенных типов, который применяется в различных устройствах, таких как мобильные устройства, электронные системы автомобилей, компьютерные системы и многие другие (смотрите — Преобразователи напряжения постоянного тока).

Как устроены самые простые DC-DC преобразователи?

Самые простые DC-DC преобразователи называются шаговыми преобразователями или DC-DC конвертерами с фиксированным коэффициентом понижения напряжения (шаговые преобразователи, buck converter).

Они состоят из индуктивности, диода, конденсатора и ключа, который переключает цепь индуктивности. Эти компоненты соединены в особую схему, которая позволяет преобразовывать постоянное напряжение на входе в меньшее постоянное напряжение на выходе.

В основе работы простого DC-DC преобразователя лежит принцип переноса энергии с использованием индуктивности.

Ключ переключает цепь индуктивности таким образом, что индуктивность заряжается током от источника питания через диод, а затем выключается, и ток через индуктивность переключается на конденсатор и нагрузку.

Ключ включается и выключается периодически, создавая периодическое изменение напряжения на индуктивности. Это приводит к появлению на выходе переменного напряжения, которое сглаживается конденсатором и приводится к стабильному постоянному напряжению, подходящему для питания электронной нагрузки.

Такие преобразователи не подходят для работы с большими токами и высокими частотами переключения. Однако, для некоторых простых приложений, например, для питания маломощных электронных устройств, они могут быть весьма эффективны.

Схема простого импульсного DC-DC преобразователя с фиксированным коэффициентом понижения напряжения

На схеме простых DC-DC преобразователей обычно присутствуют следующие элементы:

• источник постоянного напряжения (например, батарея);
• ключ (обычно это транзистор или мосфет);
• индуктивность;
• диод;
• конденсатор;
• нагрузка.

Ключ и индуктивность обычно располагаются последовательно, таким образом, что когда ключ замкнут, индуктивность заряжается, а когда ключ разомкнут, индуктивность выдает энергию в нагрузку.

Диод и конденсатор обычно располагаются параллельно нагрузке и служат для сглаживания выходного напряжения.

В зависимости от конкретной схемы, могут присутствовать дополнительные элементы, такие как резисторы, датчики тока или напряжения и т.д.

Как работают такие преобразователи?

DC-DC преобразователи с фиксированным коэффициентом понижения напряжения работают по принципу использования индуктивности для хранения энергии в магнитном поле.

Эти преобразователи имеют фиксированный коэффициент преобразования, который определяется соотношением между входным и выходным напряжениями и временем, в течение которого индуктивность заряжается и разряжается.

В простейшем преобразователе, показанном на схеме выше, в момент когда ключ замыкается, индуктивность заряжается, создавая магнитное поле, которое сохраняет энергию.

Когда ключ размыкается, магнитное поле индуктивности вызывает появление обратного ЭДС, которая заряжает выходной конденсатор. При этом входное напряжение уменьшается на напряжении на диоде.

DC-DC преобразователи с фиксированным коэффициентом повышения напряжения работают аналогично, но элементы располагаются в другом порядке, и вместо диода используется коммутационный транзистор.

Коэффициент преобразования DC-DC преобразователей с фиксированным коэффициентом определяется соотношением между временем зарядки и разрядки индуктивности и входным (выходным) напряжением.

Как используется индуктивность, подключенная последовательно с нагрузкой, для снижения напряжения постоянного тока на нагрузке?

Когда диод закрыт, индуктивность заряжается от входного напряжения и энергия сохраняется в магнитном поле индуктивности. Когда диод открыт, энергия магнитного поля индуктивности передается через диод к нагрузке. При этом индуктивность становится разряженной, а нагрузка получает энергию от индуктивности, что приводит к снижению напряжения на нагрузке.

Таким образом, индуктивность в понижающем преобразователе постоянного напряжения служит для сохранения энергии и переноса ее на нагрузку во время открытия диода, что приводит к снижению напряжения на нагрузке. Это позволяет использовать более высокое входное напряжение для преобразования его в более низкое выходное напряжение на нагрузке.

Как изменится выходное напряжение на нагрузке, если изменить входное напряжение или сопротивление нагрузки?

Выходное напряжение на нагрузке в этой схеме зависит от входного напряжения, сопротивления нагрузки и параметров компонентов. Если входное напряжение изменится, то выходное напряжение также изменится пропорционально соотношению входного и выходного напряжений.

Например, если входное напряжение увеличится вдвое, а сопротивление нагрузки останется неизменным, то выходное напряжение уменьшится вдвое. Если изменится сопротивление нагрузки, то выходное напряжение также изменится в соответствии с законом Ома.

Если сопротивление нагрузки увеличится, то выходное напряжение уменьшится, а если сопротивление нагрузки уменьшится, то выходное напряжение увеличится.

Для оптимальной работы схемы важно выбирать компоненты с определенными параметрами, которые будут обеспечивать необходимую стабильность и надежность работы при изменении входного напряжения и сопротивления нагрузки.

Кроме того, важно учитывать потери энергии в компонентах, таких как диод и индуктивность, которые могут привести к дополнительным пульсациям выходного напряжения на нагрузке.

Как управлять выходным напряжением такого DC-DC преобразователя?

Для управления выходным напряжением DC-DC преобразователя с фиксированным коэффициентом понижения напряжения используются различные методы.

Один из наиболее распространенных методов — это изменение скважности ШИМ (широтно-импульсной модуляции) на входе преобразователя.

Суть метода заключается в том, что управляющий сигнал ШИМ изменяет скважность импульсов на входе преобразователя, что в свою очередь приводит к изменению соотношения времени наличия высокого и низкого уровней на выходе преобразователя. Это позволяет контролировать выходное напряжение.

Для изменения скважности ШИМ могут применяться различные методы, например, изменение ширины импульсов на входе преобразователя с помощью аналоговых или цифровых управляющих сигналов.

В некоторых преобразователях также используются методы управления с помощью обратной связи, при которых сигнал на выходе преобразователя сравнивается с эталонным значением, и соответствующий управляющий сигнал формируется на основе разности между ними.

Кроме того, некоторые DC-DC преобразователи могут иметь возможность управления выходным напряжением с помощью изменения других параметров, например, частоты переключения ключей, входного напряжения и т.д.

Какие преимущества и недостатки есть у преобразователей с фиксированным коэффициентом понижения напряжения?

• Простота и компактность: эти преобразователи обычно имеют меньшее количество компонентов и меньший размер по сравнению с другими типами преобразователей.
• Высокая эффективность: благодаря простоте схемы и отсутствию необходимости в сложных управляющих схемах, преобразователи с фиксированным коэффициентом понижения/повышения напряжения могут иметь высокий КПД.
• Надежность: такие преобразователи обычно имеют меньшее количество компонентов, что уменьшает вероятность отказов и повышает надежность.

• Ограниченный диапазон понижения напряжения: такие преобразователи могут иметь ограниченный диапазон изменения напряжения, что может ограничивать их использование в некоторых приложениях.
• Необходимость подбора компонентов: чтобы достичь необходимых характеристик, таких как выходное напряжение и ток, необходимо правильно подобрать компоненты для схемы.
• Низкий коэффициент мощности: из-за наличия индуктивности в схеме, преобразователи с фиксированным коэффициентом понижения напряжения могут иметь низкий коэффициент мощности, что может ограничивать их использование в некоторых приложениях.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

DC-DC преобразователь, отличия и как выбрать подходящий

Преобразователи напряжения, иногда создается ощущение что они везде, даже там, где казалось бы им делать нечего.
Их вы можете встретить в повербанках, смартфонах, ТВ боксах, компьютерах, USB хабах, роутерах и многих других устройствах.

Но кроме этого преобразователи продаются в виде отдельных модулей, предназначенных как для радиолюбительского творчества, так и для вполне профессионального применения и собственно об этих «невидимых помощниках» и пойдет сегодня разговор.

Как обычно, напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном — ссылка на аккаунт

Преобразователи напряжения делятся на три основные группы:
1. Понижающие
2. Повышающие
3. Универсальные

При этом третий тип делится на три подгруппы:
1. Состоящие из двух, повышающего, затем понижающего, их чаще всего называют Buck-Boost.
2. Универсальные, работают автоматически переключаясь между режимом понижения и повышения
3. SEPIC, полностью универсальный преобразователь

Также преобразователи могут иметь дополнительные возможности:
1. Гальваническую развязку входа и выхода
2. Несколько выходных напряжений
3. Инверсию выходного напряжения
4. Регулировку по току и/или напряжению
5. Индикацию
6. Возможность работы с протоколами быстрого заряда Quick Charge, Power Delivery и т.п.

Уже просто по списку вариантов исполнения (не считая комбинаций) можно понять, что моделей преобразователей существует великое множество, а ведь бывают еще отличия, например возможность подключения к компьютеру, сверхмалое потребление в дежурном режиме, повышенный диапазон входного напряжения, наличие синхронного выпрямителя для повышения КПД и т.д.

Также следует помнить, что линейные стабилизаторы («КРЕНки») не являются преобразователями. Преобразователи, это упрощенно «трансформаторы постоянного тока», например при выходных 5 вольт 3 ампера и входном 15 вольт, ток по входу будет пропорционально меньше, в отличие от линейных стабилизаторов, где ток одинаков всегда.

Понижающие преобразователи напряжения.
Обычно они выполнены по топологии Step-Down, входное напряжение всегда должно быть выше выходного примерно на 5-20%.

В последнее время большое распространение получают компактные синхронные преобразователи на базе MP2225, с заявленным максимальным выходным током до 5 ампер, что при таком размере выглядит очень интересно, ссылка на первый и второй модули.
Кроме того есть по своему необычный DC-DC модуль питания DD4012SA, который выполнен в виде «КРЕНки» и позволяет заменить ей с увеличением КПД.

Неплохо в радиолюбительской среде известны преобразователи на базе микросхем LM2596S, XL4005, XL4015, при этом больше внимания заслуживают второй и третий вариант. Дело в том, что контроллеры серии обычно являются оригиналами, хотя и китайской разработки, а вот LM2596 часто подделывают.
Данные модели преобразователей имеют выходной ток до 3 или 5А, регулировку напряжения и диапазон входного напряжения от 4-5 и до 30-40 вольт, ключевое отличие, неплохие нагрузочные характеристики при не сильно высокой цене.

Иногда на подобных платах вы встретите два, а то и три подстроечных резистора, второй обычно предназначен для регулировки ограничения тока, а если есть третий, то при помощи него настраивается порог индикации ограничения тока. Подобные платы используются там, где необходимо ограничение тока, например питание мощных светодиодных матриц, заряд аккумуляторов. При этом иногда на такие платы ставят индикатор для отображения напряжения и тока, что еще больше повышает удобство пользования превращая его по сути в универсальное зарядное устройство., П
Первая плата, вторая и третья.

Выпускаются и более мощные версии, например на базе популярного контроллера XL4016, для них обычно заявляется ток нагрузки до 8-12А, причем иногда к подобным платам добавляют ампервольтметр и получают простенький лабораторный блок питания.
Если и этого мало, то например справа показан преобразователь с ограничением тока, входным напряжением 20В-70В и выходным током до 30А при 2.5-58 вольт, такой уже можно использовать для питания автомобильного холодильника от 24В аккумулятора.
Первая плата, вторая и третья

Повышающие преобразователи
Не менее интересный и полезный сегмент устройств, хотя и не такой распространенный.
Здесь сразу стоит пояснить одну особенность большинства преобразователей по топологии Step-Up, которая возможно поможет не сжечь ваше устройство или преобразователь. Дело в том, что преобразователи собранные по такой топологии не могут выдать на выход напряжение меньше чем входное минус падение на диоде, т.е. если на входе у него 20 вольт, то на выходе никак не получите менее 19.5, это важно и следует учитывать.
Также имейте в виду, что если у повышающего преобразователя указан какой-то максимальный выходной ток, то это скорее всего ток при минимальном соотношении вход/выход, а ориентироваться правильнее на максимальный входной ток и считать мощность преобразователя.
Учет указанных выше особенностей позволит избежать ошибок и использовать повышающие преобразователи более эффективно и безопасно.

Сразу можно выделить пару «народных» моделей, которые при очень низкой стоимости перекрывают большую часть потребностей самодельщиков.
Две первые модели построены на базе контроллеров SX1308 и MT3608, полезно то, что начинают они работать при напряжении в 1.8-2 вольта и это критично для устройств с аккумуляторным питанием.
В третьем преобразователе применена XL6009, здесь минимальное входное напряжение 5 вольт, выходная мощность немного выше чем у предыдущих, но в целом они очень похожи, потому SX1308 и MT3608 более интересны за счет меньшего размера.

Использовать подобные преобразователи удобно для питания маломощных потребителей, например светодиодной подсветки на базе 12 вольт лент от одного-двух литий-ионных аккумуляторов.

Более мощные преобразователи на базе XL6019 также имеют минимальное входное напряжение в 5 вольт и допускают ток встроенного ключа в 5А, что примерно в два раза больше чем у предыдущих.
Если требуется питать еще более мощную нагрузку, например ноутбук от автомобильного аккумулятора, здесь подойдет преобразователь QSKJ QS-1224CBD с током от 10 ампер и мощностью до 150Вт.
Первая плата и вторая, в качестве третьего варианта порекомендую немного другую, но также полезную, у меня имеется и ее обзор.

Очень часто возникает необходимость иметь не только относительно большую выходную мощность, а и функцию ограничения тока. Это сильно расширяет сферу применения позволяя заряжать аккумуляторы электровелосипедов, питать мощные светодиодные прожекторы. Причем с повышающим преобразователем можно использовать буквально то что есть «под рукой», например недорогие 12 вольт блоки питания или же автомобильный аккумулятор.
Но следует обязательно учитывать, что защиты от КЗ такие преобразователи не имеют и ток ограничивают ровно до тех пор пока напряжение на нагрузке не станет ниже чем напряжение источника.

Первый преобразователь имеет мощность до 400Вт при максимальном токе до 12 ампер
QSKJ QS-2448CCBD более компактен, но имеет мощность до 100Вт (190 при дополнительном охлаждении), при этом компоненты смонтированы на алюминиевой подложке которую можно установить на радиатор для лучшего охлаждения.
А вот повышающий преобразователь BMM9201 кроме ограничения тока имеет еще и дисплей, на который можно вывести информацию о токе или напряжении, причем как входном, так и выходном, для чего есть специальный джампер.

В случае если и этого мало, можно использовать преобразователь QSKJ QS-4884CCCV, он также имеет функцию ограничения выходного тока, но выпускается в двух вариантах, 1200 и 1800Вт. Причем разница в цене между ними минимальна, а ключевые отличия 1800Вт модели заключаются в более мощном дросселе и трех предохранителях против двух у младшей.
Обе модели имеют массивный радиатор и активное охлаждение.

Максимальный входной ток первой модели составляет 20 ампер, а второй около 25-30, потому при питании от источника в 12 вольт вы получите только 240 или 360Вт.
Кроме того, так как у повышающих преобразователей ток по входу выше чем по выходу пропорционально коэффициенту преобразования, то следует убедится, что ваш источник сможет такой ток обеспечить. Это касается всех повышающих преобразователей. Как пример, максимальный входной ток преобразователя 10 ампер, на выходе хотим получить 36 вольт 5 ампер, значит напряжение источника должно быть не менее (36х5)/10=18 вольт без учета КПД, а так как КПД обычно около 90%, то получается надо минимум 20 вольт, а лучше 24.

Универсальные преобразователи.
Особая серия преобразователей, ключевой особенностью которых является возможность работы как на повышение, так и на понижение напряжения. применяются подобные преобразователи не так часто как повышающие или понижающие, но иногда бывают ситуации что без них никак. Пример применения — питание устройств которым надо 12 вольт в автомобиле, где напряжение в зависимости от ситуации может меняться от 10 до 15 вольт.

Основных вариантов здесь три.

Step-Up Step-Down.
Под таким названием продаются разные варианты, но правильным является тот, где на плате стоит два независимых преобразователя. При помощи первого входное напряжение повышается до некоего фиксированного, а затем при помощи второго понижается до требуемого.

Подобные преобразователи сложны, имеют низкий КПД, а так как имеют конструкцию «два в одном», то и цена не радует.
Но при этом у них есть преимущество, низкий уровень пульсаций на выходе.
Из-за перечисленных особенностей встречаются редко, например небольшая платка, с не очень хорошими характеристиками и весьма неплохой регулируемый преобразователь DPS5005, который отличается хорошими характеристиками и довольно высоким КПД.

SEPIC
Достаточно старая топология, но очень интересная так как из активных компонентов требуется только один ШИМ контроллер, один силовой транзистор и диод, отличительная черта — два одинаковых дросселя, хотя встречаются вариант с одним двухобмоточным.
Преимущества — простая схемотехника, не очень высокая цена, более высокий КПД чем у повышающе-понижающего, но и более высокий уровень пульсаций.
Как и предыдущий, может иметь возможность регулировки не только выходного напряжения, но и тока, а также функцию полного отключения выхода.

Выбор преобразователей подобного типа большой, потому сложности подобрать подходящий нет.
SEPIC на базе очень известной XL6019, вход 5-32 вольта, выход 1.25-35, ток нагрузки до 1.5А, простой и недорогой, имеет дополнительный фильтр для снижения пульсаций по выходу.
Более продвинутый DC-DC преобразователь ZK-SJVA-4X, здесь уже есть не только регулировка напряжения и тока, а и индикатор, диапазон входных напряжений 5.5-30 вольт, выход 0.5-30 при токе до 4 ампера.
Третий преобразователь хоть и не имеет регулировки выходного тока, но имеет защиту от перегрева и мощность до 80Вт, а также индикатор напряжения, что также может быть удобно.

Универсальный преобразователь.
Очень необычная топология преобразователя, отличающаяся высоким КПД, более надежной работой, возможностью не только регулировки напряжения и тока, а также и минимального входного напряжения. Имеет пожалуй только два недостатка, цена и малый выбор моделей так как строится в основном на базе контроллера LTC3780 производства фирмы Linear.

Данный преобразователь является гибридным и содержит один ШИМ контроллер, один дроссель, но два силовых узла с синхронным выпрямлением, которые работают в зависимости от соотношения входного и выходного напряжения.

Выбор моделей небольшой и отличия между ними минимальны, хотя существует сдвоенная версия состоящая из двух модулей на одной плате, но встречается крайне редко.
Преобразователь на базе LTC3780 работает от 5-30В обеспечивая на выходе напряжение 0.5-30В при токе до 8-10А и мощности до 80-130Вт.
Преобразователь отлично подходит для заряда аккумуляторов, построения источников бесперебойного питания со стабилизированным выходом и вообще питания требовательных нагрузок.

Преобразователи имеющие дополнительные особенности.
В некоторых случаях преобразователи могут иметь дополнительный функционал или какие-то особенности выделяющие их на фоне других, потому стоит их выделить в отдельную группу.

Преобразователи с USB выходом для заряда или питания различных планшетов, смартфонов и просто любых устройств получающих питание от USB.
Есть очень простые, особенность которых заключается только в низкой цене и возможности получить 5 вольт от одного LiIon аккумулятора.
Бывают многоканальные понижающие, как QSKJ QS-1205CBUM, но его особенность не в количестве каналов, а в наличии весьма современного ШИМ контроллера с синхронным выпрямлением и внешними силовыми транзисторами, что позволило получить выходной ток до 8А с высоким КПД. Кроме того у него есть защита от неправильной полярности питания и «обманки» на каждом порту для корректного определения различными моделями смартфонов.
Преобразователь MH-KC24 очень компактный, похож на первый, но также имеет свою «фишку», поддерживает работу с Quick Charge устройствами. Данный преобразователь также является понижающим, максимальное выходное напряжение 12 вольт.

Отдельно стоят в списке USB зарядных устройств преобразователи фирмы YZXStudio, кроме правильной схемотехники, качественных комплектующих и четкой работы они имеют поддержку большого количества протоколов быстрого заряда.
ZC822 — младшая модель, поддерживает QC/PD и выходную мощность до 27Вт
ZC823 — здесь уже не только QC/PD, а и возможность обеспечить 60 ватт при выходном напряжении 20 вольт.
ZC826P — очень редкий преобразователь, помимо функций быстрого заряда он является обратимым, если его вход подключен к аккумулятору, а к USB Type-C выходу подключить не нагрузку, а блок питания, то преобразователь начнет работать в обратную сторону и будет заряжать аккумулятор. Фактически имея такой преобразователь и аккумулятор можно самому сделать повербанк с мощным выходом и поддержкой большого количества протоколов. При этом преобразователь может выдавать от 5 до 20 вольт при питании от 12 вольт, соответственно является универсальным обратимым.

К сожалению на алиэкспресс их уже нет, есть похожий, причем не 60, а 120Вт — ссылка
Обзоры этих преобразователей, раз, два, три.
Также фирма YZXStudio предлагает для своих устройств кросс-платы, установив в которую показанные модули можно сделать многоканальное зарядное устройство «на свой вкус». Именно потому все модули имеют одинаковый размер и расположение разъемов.

В последнее время все больше распространение получает малый электротранспорт, это гироборды, электросамокаты, электровелосипеды, скутеры и возникает необходимость получить от его батареи низкое напряжение.
При этом в продаже есть много понижающих преобразователей собранных по топологии Step-Down, но низкая надежность и отсутствие гальванической развязки может печально закончится для подключаемых устройств, его банально может пробить накоротко, а на нагрузке вы получите полное напряжение батареи.
Именно для таких применений можно рекомендовать к применению фирменные модули производства Murata. Данные модули использовались для телекоммуникационного оборудования, но сейчас их можно встретить и просто в продаже, причем за небольшую цену. Ключевое — высокое качество изготовления, гальваническая развязка, из недостатков — фиксированное выходное напряжение, хотя и его при желании можно немного подстроить.
Из наиболее интересных — muRata HPH-12/30-D48NHL2-Y который при входном 36-75 вольт выдает на выход 12 вольт с током до 30 ампер или 360Вт.
Обзор этих преобразователей — ссылка

Также выпускаются преобразователи для тяжелых условий эксплуатации, например в автомобилях, катерах. Обычно такие преобразователи имеют герметичное исполнение, корпус в виде радиатора при большой выходной мощности, дополнительные цепи защиты.

Например большой ассортимент подобных преобразователей выпускает фирма RCNUN, даже просто перечисление вариантов займет половину статьи, рекомендую зайти в их магазин. Они бывают понижающие, повышающие, универсальные, регулируемые и с фиксированным напряжением, просто с проводами, с клемниками и USB разъемами.

В качестве примера можно назвать
RC120503 — вход 6-20 вольт, выход 5 вольт 3 ампера
RC8-40S1210 — вход 8-40 вольт, выход 12 вольт 10 ампер
RC12240540 — вход 8-36 вольт, выход 5 вольт 40 ампер

Как можно наблюдать, выбор топологий, моделей и вариантов исполнения преобразователей действительно огромен, а ведь показана лишь крошечная часть из того, что сейчас выпускается.
Теперь главная задача, подобрать то, что надо для определенного применения и надеюсь что данная статья в этом сможет помочь.

Эту страницу нашли, когда искали:
преобразователь повышающий 12-21 вольт схема, характеристики , 300 вт 20a dc-dc понижающий преобразователь понижающий модуль постоянного тока китай схема , повышающий преобразователь напряжения dc-dc отключается при низком напряжении , dc/dc преобразователи понижающие , DC/DC преобразователи напряжения для авто , как выбирать повышающий преобразователь dc-dc для мультиметра , 1 , повышающий преобразователь напряжения dc-dc , y4183 dc-dc dc характеристики применение , можно ли заменить lm2596 на xl4016 , модули китайские типа xl , dc dc dkgaa , dc-dc 5а , какие dc взять , xl6009 vs xl6019 , dc dc из китая , схема повышайки на 30 вольт , понижающий и повышающий прео отличия , схема qs-1205cbum-10a принципиальная , rcnun, 24 в , mp2225 и dc-dc модуль питания dd4012sa , gjdsif.obq dc-dc преобразователь для проверки led матрицы , повышающий преобразователь напряжения ds ds от1,8 вольта до 12 вольта , dc-dc преобразователь понижающий , понижающий преобразователь напряжения dc-dc купить на алиэкспресс

DC/DC-преобразователи. Основные сведения

В кратком обзоре приведены основные сведения о понижающих и повышающих неизолированных DC / DC -преобразователях . Рассмотрены силовые каскады этих преобразователей и приведены сведения о построении систем управления преобразователями.

Существует множество вариантов реализации DC / DC -преобразователей (далее в тексте преобразователи). Они различаются топологией силовых каскадов, а также алгоритмам управления и соответственно схемотехникой систем управления. Кроме того, имеются 3 варианта принципов преобразования.

1. Классический преобразователь с индуктивностью (дросселем).
2. Безиндуктивный преобразователь на переключаемых конденсаторах.
3. Гибридный вариант, совмещающий оба типа топологий.

Рассмотреть все варианты преобразователей в рамках одного короткого обзора невозможно, поэтому сосредоточимся на неизолированных преобразователях с индуктивностью и рассмотрим повышающий и понижающий преобразователь. Мы не сможем уместить в наш короткий обзор другие топологии, также за рамками рассмотрения останутся высоковольтные преобразователи, имеющие свою специфику.

Разнообразие вариантов преобразователей стало возможно, благодаря совершенствованию силовых полупроводников. Еще в начале 2000-х гг. в качестве силовых ключей использовались биполярные транзисторы, и рабочая частота преобразователей не превышала нескольких десятков килогерц. Сегодня их заменили полевые транзисторы ( MOSFET ), они проще в управлении и обладают заметно лучшими динамическими свойствами. В результате рабочая частота современных преобразователей возросла до 2,5–3,5 МГц.

Топологии силовых каскадов

Рис. 1. Топология силового каскад несинхронного понижающего преобразователя (а) и временная диаграмма (б)

На рис. 1а показана топология несинхронного понижающего преобразователя и временная диаграмма выходного напряжения. Для регулирования выходного напряжения U _OUT используется метод ШИМ. В течение интервала времени T _И силовой ключ Q 1 включен и энергия поступает из сети в нагрузку и запасается в дросселе L 1 и сглаживающем конденсаторе C 0. Затем ключ Q 1 выключается, ток замыкается в контуре L 1-С0- D 1 и в течение времени T _П – T _И энергия запасенная в дросселе поступает в нагрузку и конденсатор С0. В этом случае средняя величина выходного напряжения U _OUT определяется из простого соотношения

Где: D = T _И / T _П (рис. 1б) – коэффициент заполнения.

По мере появления MOSFET с сопротивлением канала в открытом состоянии R _{DS ( ON )} несколько миллиом вместо диода D 1, падение напряжения на котором в режиме проводимости составляло примерно 0,7 В, стали использовать ключ Q 2 ( рис. 2 ), что привело к заметному сокращению потерь мощности. Подобное решение, основанное на согласованности работы ключей Q 1 и Q 2 получило название «синхронный преобразователь». Сегодня производят только такие преобразователи, поэтому слово «синхронный» исчезло из названия.

Рис. 2. Топология силового каскад синхронного понижающего преобразователя

В любом преобразователи зависимости от длительности интервалов времени T _И и T _П возможны 3 режима работы:

1. Ток непрерывно протекает через дроссель ( Continuous Conduction Mode – CCM ) – рис. 3а .
2. Прерывистое протекание тока через дроссель ( Discontinuous Conduction Mode – DCM ) – рис. 3б.
3. Критическая (граничная) проводимость, ток через дроссель спадает до нуля, но паузы без тока нет ( Critical Conduction Mode – CrCM ) – рис. 3в.

Рис. 3. Режим непрерывного тока (а), режим прерывистого тока (б), режим критической (граничной) проводимости (в)

У каждого из этих режимов есть свои преимущества и недостатки. В режиме ССМ достигается минимальная пульсация выходного напряжения и тока дросселя, но происходит жесткая коммутация силовых ключей Q 1 и Q 2 и в течение времени восстановления обратного сопротивления через внутренний диод MOSFET Q 2 протекает обратный ток. Поэтому в режиме ССМ потери в преобразователях наиболее велики.

В режиме прерывистого тока DCM коммутация ключа Q 1 происходит при нулевом напряжении ( zero voltage switch – ZVS ) и нулевом токе ( zero curent switch – ZCS ), также в этом режиме отсутствуют потери на восстановление обратного сопротивления внутреннего диода MOSFET Q 2. Поэтому потери мощности в этом режиме меньше, но возрастают пульсации тока дросселя и выходного напряжения, из-за чего приходится увеличивать размеры дросселя и ёмкость сглаживающего выходного конденсатора.

Режим критической проводимости CrCM является попыткой совместить достоинства режимов ССМ и DCM . Поэтому наиболее часто режим CrCM используется в корректорах коэффициента мощности, рабочая частота которых обычно не превышает 100 кГц.

На рис. 4 . показан силовой каскад повышающего преобразователя. В нем, так же как и в понижающем преобразователе используется ШИМ. Но в отличие от понижающего собрата, где при включенном силовом ключе Q 1 энергия поступает из сети в нагрузку, а при выключенном ключе в нагрузку поступает энергия, накопленная в дросселе, в повышающем преобразователе энергия поступает в нагрузку только при выключенном ключе Q 1.

Рис. 4. Топология с илового каскада повышающего преобразователя

При включенном ключе Q 1 в дроссель закачивается энергия из сети, а питание нагрузки осуществляется сглаживающим конденсатором С0. После выключения Q 1 энергия из сети, а также энергия, запасенная в дросселе, поступает в нагрузку. При этом напряжение U _OUT , приложенное к нагрузке, складывается из напряжения сети и противо-ЭДС дросселя. Таким образом, сглаживающий конденсатор оказывается заряженным напряжением, превышающим входное напряжение U _IN . Если пренебречь потерями в преобразователе, то из условия равенства входной и входной мощности получим формулу для определения выходного напряжения.

Управление силовыми каскадами

Немного упрощая ситуацию, можно сказать, что существуют 2 основных метода управления силовыми каскадами преобразователей:

1. При использовании ШИМ выходное напряжение регулируется за счет изменения длительности включенного состояния ключа Q 1. Рабочая частота преобразователя при этом остается фиксированной.
2. Метод t _ON = const . В этом случае длительность включения ключа фиксирована, а выходное напряжение регулируется за счет изменения рабочей частоты. Это метод также носит название частотно-импульсной модуляции (ЧИМ).

Метод позволяет сократить время переходных процессов, возникающих, при быстром изменении нагрузки, но из-за изменения рабочей частоты могут возникнуть проблемы с выполнением жестких требований стандартов электромагнитной совместимости (ЭМС). Метод ШИМ облегчает решение проблем с ЭМС, но при этом увеличивается время протекания переходных процессов. Конечно, существуют модификации этих методов, один из них мы кратко опишем ниже.

По способу формирования петли управления также можно говорить о 2 методах.

1. Управление с обратной связью (ОС) по напряжению.
2. Управление с ОС по напряжению и по току дросселя.

На рис. 5 . в упрощенном виде показана схема управления понижающим преобразователем по методу п.2. Обратите внимание, речь идет именно об обратной связи по току дросселя, а не по току нагрузки. Эта обратная связь ограничивает максимальный ток дросселя тем самым, предотвращая его насыщение. Также возможно управление по минимальному или среднему ток дросселя.

Рис. 5. Схема управления понижающим преобразователем с ОС по напряжению и току

Управление с использованием ОС по току позволяет сократить время протекания переходных процессов и не создает больших трудностей с ЭМС. К сожалению, его трудно использовать при увеличении рабочей частоты, когда уменьшается время включенного состояния ключа. В этом случае для того чтобы отфильтровать шумы, возникающие при коммутации силовых ключей, необходимо в усилителе ошибки использовать корректирующую цепь более высокого порядка. Следовательно, возрастет инерционность этой цепи, что приведет к задержке ОС и увеличению ошибки.

Исправить эту ситуацию позволяет псевдотоковый режим управления. В нем используется метод t _ON = const , и измеряется ток при выключенном ключе Q 1. В этом случае ток протекает через Q 2 и токочувствительный элемент подключен к земле, что упрощает измерения тока и облегчает фильтрацию помех. При этом ток дросселя при включенном Q 1 не измеряется, а эмулируется, используя измеренное значение тока через ключ Q 2.

В заключение заметим, что микросхемы преобразователей могут производиться как со встроенными силовыми ключами, так и без них. В последнем случае говорят о DC / DC -контроллере. Вариант с встроенными ключами упрощает топологию платы и уменьшает ее размеры. Однако в этом случае из-за ограниченного размера кристалла сопротивление открытого канала R _{DS ( ON )} ключей довольно велико, примерно 70–150 мОм, поэтому увеличиваются потери на проводимость.

При использовании внешних ключей возрастают габариты платы и усложняется ее топология, зато вы можете выбрать MOSFET с сопротивлением открытого канала в несколько миллиом и требуемыми динамическими параметрами.