DC-spanningsomzetters
Over de omzetting van elektrische energie gesproken, men kan zich verschillende transformatoren, generatoren, voedingen voor verschillende huishoudelijke apparaten, opladers voor elektronische gadgets, lasomvormers en zelfs kerncentrales herinneren. In alle gevallen vindt de transformatie van elektrische energie plaats in een of andere vorm. We kunnen zeggen dat we in het dagelijks leven omringd zijn door verschillende soorten elektrische omvormers en dat het moeilijk voor te stellen is dat ze volledig afwezig zijn in de moderne wereld.
DC/DC-converters zijn de afgelopen twintig jaar bijzonder gebruikelijk geworden. Dit komt door de snelle ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie en elektronica in het algemeen.
Hoogfrequente pulsomvormers zijn bijna uit de markt gedrukt door laagfrequente transformatorvoedingen, die nu alleen nog in oude televisies en andere antieke apparaten of in sommige moderne audioversterkers te vinden zijn.
De hoogfrequente transformator (of choke) is veel kleiner dan de laagfrequente ijzeren transformator die is ontworpen om te werken vanuit een 50-60 Hz-netwerk, daarom zijn schakelende voedingen zo compact.Op de een of andere manier bevatten DC/DC-converters nog steeds een transformator (of smoorspoel) in hun ontwerp, maar zo'n zware en lawaaierige transformator is het helemaal niet.
Het aanbod van moderne DC-DC omvormers (namelijk de zogenaamde DC-naar-DC spanningsomvormers) is vrij breed. Laten we eens nader bekijken wat DC-DC-converters precies zijn.
1. Miniatuur verstelbare transducer
Deze kleine converter van 43 mm x 21 mm en vergelijkbare modellen zijn geprijsd op $ 1 of meer op Chinese markten. Deze instantie draait op een LM2596-chip en de uitvoerparameters kunnen worden aangepast. Aan de ingang wordt een gelijkspanning in het bereik van 4,5 tot 40 volt aangelegd en aan de uitgang wordt een gelijkspanning van 1,3 tot 35 volt verkregen.
De maximale stroom die uit deze converter kan worden gehaald is 3 ampère, maar in dit geval is een koellichaam vereist, als de converter zonder koellichaam wordt gebruikt, mag de gemiddelde stroom niet hoger zijn dan 2 ampère. Het rendement van zo'n omvormer kan oplopen tot 92%.
Deze converter is samengesteld volgens de buck-converter-topologie en alle hoofdcomponenten zijn zichtbaar op het bord: ingangs- en uitgangscondensatoren, verstikking, Schottky-diode, regelweerstand en de microschakeling zelf in een TO-263-5-pakket. In bovenstaand schema is geen trimweerstand te zien, maar die zit wel op het bord.
Zonder deze weerstand zal de schakeling niet meer dan 5 volt aan de uitgang geven, maar als de terugkoppeling niet direct uit de uitgangscondensator van het filter wordt gehaald, maar via een zojuist hier gemonteerde spanningsdeler met behulp van deze regelweerstand, kun je kan het uitgangsspanningsbereik zoals geïmplementeerd op dit bord aanzienlijk uitbreiden.
De reikwijdte van deze converters wordt alleen beperkt door de verbeeldingskracht van de ontwikkelaar. Hier kunt u de LED's van stroom voorzien en verschillende draagbare apparaten opladen en nog veel meer.
Er zijn ook boost-converters van dit type, gemaakt volgens de topologie van een toenemende (versterkende) converter.
Op bovenstaande afbeelding (red board) staat een instelbare boost converter met een maximaal vermogen tot 150 watt (extra koeling is vereist), waarvan de ingang gevoed kan worden van 10 tot 30 volt, en aan de uitgang van 12 tot 35 volt.
Net als in het vorige voorbeeld heeft deze omvormer een regelweerstand aan de uitgang, die verantwoordelijk is voor het verkrijgen van de gewenste waarde van de uitgangsspanning. De besturingschip bevindt zich aan de achterkant van het bord. Het bord zelf meet 65 mm x 35 mm. De prijs van zo'n converter is 3 keer hoger dan het vorige voorbeeld.
2. Waterdichte voeding
Deze voeding heeft een robuuste, waterdichte, gegoten behuizing gevuld met epoxy, waardoor deze kan worden gebruikt in zowel transport als andere apparatuur waar betrouwbaarheid en veiligheid vereist zijn. De omvormer beschikt over een overspannings-, overspannings-, kortsluit- en overbelastingsbeveiliging.
Het ingangsspanningsbereik van de verschillende modellen is zeer breed en in dit voorbeeld van 9 tot 24 volt, terwijl de uitgang 24 volt is met een maximale stroom van 5 ampère (in dit voorbeeld). De afmeting van de doos op de foto is 75mm x 75mm, de hoogte is 31mm. De prijs van dergelijke converters is ongeveer 10 - 50 dollar, afhankelijk van de capaciteit.
Converters van dit type worden vervaardigd voor vermogens van 15 tot 360 watt, voor ingangsspanningen tot 60 volt en voor uitgangsspanningen van 5 tot 48 volt. Ze zijn ook vrij gebruikelijk in veel markten.
3. Schakel gelijkstroom naar de behuizing
Meestal worden deze voedingen gemaakt in overeenstemming met een flyback-, push-pull- of halfbrugschakelcircuit. Ze zijn beschikbaar voor ingangsspanningen van 19 tot 72 volt en hoger, en de uitvoer is meestal 5 tot 24 volt. Het vermogen van converters van dit type kan oplopen tot 1000 watt. Kastmaten van 78 mm x 51 mm x 28 mm tot 295 mm x 127 mm x 41 mm.
Deze voedingen zijn verkrijgbaar bij veel fabrikanten en kunnen tot enkele honderden dollars kosten. Heel vaak worden dergelijke apparaten gebruikt om LED-strips van stroom te voorzien. Ze hebben de mogelijkheid om de uitgangsspanning te verfijnen en hebben een overbelastingsbeveiliging.
Er zijn vergelijkbare modellen omvormers op de markt die rechtstreeks uit het wisselstroomnet worden gevoed, de zogenaamde AC-DC omvormers, maar daar wordt echter eerst de netspanning gelijkgericht, gefilterd, dat wil zeggen constant gemaakt, en pas nadat deze door middel van een standaard hoogfrequente omzetting en gelijkrichting is omgezet in een constante spanning op een ander niveau, lager dus, wordt weer een DC-DC-convertermodule gebruikt.
In tegenstelling tot andere converters, hebben converters die worden aangedreven door een wisselstroomnetwerk noodzakelijkerwijs een galvanische isolatie van de secundaire wikkeling van de hoogfrequente pulstransformator van de primaire... In de regel is de feedbacklus in dergelijke eenheden geïsoleerd met behulp van optocouplers… In alle eerlijkheid moet worden opgemerkt dat low-power units van dit type ook beschikbaar zijn in een frameloze uitvoering.
4. DC-DC-converter voor PCB-montage
Deze miniatuur voedingen variëren in vermogen van 0,25 tot 100 watt. Ze maken een reeks ingangsspanningen mogelijk: 3-3,6V, 4,5-9V, 9-18V, 13-16,6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V en 36-75V.Afhankelijk van de fabrikant kunnen de voedingsspanningsbereiken verschillen. Sommige converters maken het mogelijk om de uitgangsspanning aan te passen en het apparaat in de stand-bymodus te zetten. Het standaard uitgangsspanningsbereik van de blokken: 5V, 12V, 15V.
DC-DC-converters voor PCB-montage zijn elektrisch geïsoleerd (1500V) en de maximaal toegestane temperatuur kan oplopen tot 90 graden Celsius. Van het grootste belang voor ontwikkelaars zijn converters met een vermogen van 3 watt. De kosten van dergelijke converters variëren van eenheden tot tientallen dollars.
De werkfrequentie van alle moderne industriële schakelende DC-DC-converters is hoger dan 50 kHz en bereikt 300 kHz. Deze bewering geldt voor pulstransformatoren en ferrietsmoorspoelen, aangezien ferrietkernen overal worden gebruikt voor de transformatoren en smoorspoelen die in de beschreven omvormers worden gebruikt.
Industriële speciale converter-schakel-IC's hebben vaak een strikt ingestelde frequentie die altijd boven de 50 kHz ligt. Als een PWM-controller wordt gebruikt, wordt de bijbehorende frequentie ingesteld door externe componenten.