Принцип работы и технические хаpaктеристики преобразователей напряжения DC-DC > Флэтора
Золотая квартира    

Принцип работы и технические хаpaктеристики преобразователей напряжения DC-DC

Принцип работы и технические хаpaктеристики преобразователей напряжения DC-DC

cdcaed2a

Содержание

Любым электроустройствам требуется для работы напряжение питания. Основная проблема заключается в том, что не всегда имеется в наличии источник электропитания с необходимыми параметрами. В цепях переменного тока данная задача решается путем использования трaнcформатора. При работе с постоянным напряжением требуется применение электронных устройств.

Импульсный источник питания

Линейные стабилизаторы имеют простую схемотехнику, но низкий КПД, особенно при большой разнице в значении напряжений, а также работают только как понижающие источники.

Понятие о преобразователях DC DC

Как следует из названия, данный тип устройств преобразует входное напряжение постоянного тока в такое же на выходе, но другого номинала. DC – английская аббревиатура, Direct Current – постоянный ток.

Поскольку для работы трaнcформатора принципиальным является наличие переменного напряжения, то в указанных преобразователях используется иной принцип. DCDC устройства представлены двумя основными типами:

  1. Инверторные, в которых вначале выполняется преобразование постоянного напряжения в переменное, высокой частоты, которое поступает на малогабаритный высокочастотный трaнcформатор.
  2. Импульсные, у которых основными элементами являются накопительный дроссель и конденсатор.

Строго говоря, все перечисленные устройства относятся к импульсным, но указанные различия позволяют отнести их к разным группам.

Хаpaктеристики

Преобразователи напряжения импульсные

Основными хаpaктеристиками, важными потребителю, являются:

  • Диапазон напряжений на входе;
  • Уровень выходного напряжения;
  • Максимальный ток нагрузки;
  • Ток холостого хода;
  • КПД преобразователя;
  • Уровень пульсаций на выходе;
  • Уровень электромагнитных помех;
  • Гальваническая развязка входа и выхода.

Указанные параметры во многом зависят от конструктивных особенностей конструкции.

Внешний осмотр, элементная база

Какой стабилизатор напряжения лучше

Первоначально dc dc преобразователи строились на дискретных аналоговых элементах. Схемы подобных устройств отличались высокой сложностью и были под силу только подготовленным специалистам.

По мере совершенствования элементной базы, в частности, с появлением специализированных интегральных микросхем, стало возможным создавать устройства с минимальным количеством деталей, к тому же не требующие настройки и регулировки.

Популярная микросхема ШИМ контроллера

Усложняя элементарную схему из технической документации на ИМС, можно существенно улучшить эксплуатационные показатели преобразователя. В частности, добавление мощного ключевого транзистора увеличивает максимальный ток нагрузки, в отличие от прямого включения ИМС.

Принцип работы импульсного преобразователя

Симисторный стабилизатор напряжения

Разработано несколько типов конструкций преобразователей, которые отличаются принципом работы:

  • step-down (buck converter) – устройства, способные понижать входное напряжение до заданного;
  • step-up (boost converter) – используются тогда, когда необходимо повысить напряжение на выходе относительно входного;
  • buck-boost converter – способен работать как на понижение, так и на повышение напряжения;
  • SEPIC (single-ended primary-inductor converter) – имеет аналогичные параметры, но работает по другому принципу;
  • inverting converter – основное назначение – инверсия полярности напряжения.

Пpaктически все конструкции используют в работе свойство индуктивности к накоплению энергии. Цепь с катушкой индуктивности (дросселем) управляется ключом, роль которого выполняет быстродействующий транзистор. Различия в схемах заключаются во взаимном расположении дросселя, накопительной емкости и ключевого элемента.

Step-down

Схема содержит индуктивность, расположенную после ключевого элемента и включенную последовательно с нагрузкой. При открытом ключе через дроссель начинает протекать ток. Диод в это время закрыт. После закрытия ключа ток не прекращается мгновенно, а продолжает циркулировать в том же направлении, но уже через открытый диод.

Step-down конвертер

В дальнейшем цикл работы повторяется. Емкость на выходе позволяет сглаживать пульсации выходного напряжения.

Step-up

Данный повышающий преобразователь напряжения также содержит дроссель, соединенный последовательно с нагрузкой, но располагается он до ключа. При открытом ключе через индуктивность течет ток, который линейно растет. После закрытия ключа ток продолжает идти уже через открытый диод в нагрузку. При этом напряжение на входе складывается с ЭДС самоиндукции дросселя.

Step-up конвертер

Остальные схемы имеют аналогичную схемотехнику.

Во всех случаях диод блокирует нагрузку от ключа в необходимом месте цикла преобразования. Падение напряжения на диоде вызывает рассеивание дополнительной мощности, что снижает КПД устройства. Поэтому вместо обыкновенных диодов с падением около 0.7В используют быстродействующие диоды Шоттки, падение напряжения на которых составляет 0.4В.

Параметры импульсных преобразователей

Импульсные источники отличаются специфичными параметрами, в отличие от традиционных конструкций:

  1. Отрицательное входное сопротивление. При повышении входного напряжения ток потрeбления снижается. Вызвано это сокращением времени открытого состояния ключевого элемента.

Важно! По этой причине импульсные источники питания более надежно работают при повышенном напряжении на входе (в допустимых пределах).

  1. Импульсные помехи. Источником помех является ключ преобразователя, поскольку в момент коммутации возникают резкие броски тока. Для снижения помех требуется наличие фильтров не только на выходе, но и на входе устройства.
  2. Диапазон входного напряжения может быть довольно большим, поскольку состояние выхода находится в зависимости от времени нахождения ключа в открытом и закрытом состояниях.
  3. Вход и выход гальванически связаны. Этот факт накладывает особые требования по безопасности.

Широтно-импульсная модуляция

Регулировка выходных параметров осуществляется управлением длительностью открытого и закрытого состояния ключевого элемента. Наиболее распространен принцип широтно-импульсной модуляции.

Транзистор коммутируется высокочастотными импульсами постоянной частоты. Время открытия и закрытия определяется шириной импульсов. Следящая схема контролирует выходное напряжение, сравнивая его с опopным. Сигнал рассогласования поступает на модулятор, регулирующий параметры импульсов управления.

Широтно-импульсная модуляция

В современных конструкциях все эти функции возложены на специализированную интегральную микросхему, благодаря чему схемотехника импульсных блоков питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) отличается простотой и надежностью.

Преобразователь напряжения DС-DC с гальванической развязкой

Классическая схема DC-DC устройств отличается существенным недостатком, который заключается в гальванической связи входа и выхода. В связи с этим имеется высокая вероятность удара электрическим током.

Для повышения безопасности перечисленные выше схемы могут комплектоваться разделительным трaнcформатором, который осуществляет гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Обратите внимание! Наличие трaнcформатора позволяет проектировать устройства с несколькими значениями выходного напряжения.

Разделительный трaнcформатор импульсных источников имеет небольшие габариты и массу, поскольку работает на высокой частоте.

Импульсный трaнcформатор

Обратная связь для контроля за выходными параметрами осуществляется через дополнительную обмотку трaнcформатора либо через оптрон.

Повышающий преобразователь с разделительным трaнcформатором вместо дросселя называется обратноходовым (flyback converter).

Испытания

Испытания импульсных устройств производят во всем диапазоне входного напряжения при номинальной нагрузке на выходе. Измерениям подлежат такие параметры:

  • Значение выходного напряжения;
  • Стабилизация при изменении тока нагрузки;
  • Величина помех на входе и выходе.

Источники питания, собранные по типовым схемам на современной элементной базе, отличаются высокими эксплуатационными хаpaктеристиками, просты в сборке и настройке. Большой ассортимент ШИМ контроллеров позволяет собирать схемы с любыми параметрами в зависимости от требований.

Видео


Улица: способы прокладки кабелей и проводов, монтаж сетей

Улица: способы прокладки кабелей и проводов, монтаж сетей Документы, регламентирующие прокладку уличных наружных электрических сетей. Марки и хаpaктеристики СИП, советы по пременению проводов , фото и видео....

13 04 2024 14:52:55

Понятие (карта) селективности в электрических сетях: функции и виды защиты

Понятие (карта) селективности в электрических сетях: функции и виды защиты Принцип селективности и понятие карты селективностей в электрических цепях. Абсолютная и относительная избирательность для электросети отдельного объекта. Методы построения и виды систем селективной защиты. Селективность по току и/или по временному интервалу сpaбатывания защиты....

12 04 2024 10:56:33

О блоках питания для антенн: выбор оптимального напряжения и мощности.

О блоках питания для антенн: выбор оптимального напряжения и мощности. Принцип работы блока питания для антенны. Как правильно подключить БП. Возможные неисправности блоков питания для антенн. Выбор оптимального напряжения и мощности. Обзор китайских устройств....

11 04 2024 16:44:36

Кабель с резиновой изоляцией и другие виды кабеля

Кабель с резиновой изоляцией и другие виды кабеля Кабель в резиновой изоляции имеет одно неоспоримое преимущество среди остальной продукции это гибкость. Однако они уступают бумажной или же ПВХ изоляции....

10 04 2024 2:40:12

Выключатели ретро: классификация, особенности монтажа

Выключатели ретро: классификация, особенности монтажа Выключатели ретро придают особый колорит и оригинальность в помещениях стилизованных под старину. Выпускаются для скрытой и открытой проводки....

09 04 2024 18:24:30

О статическом электричестве и защите от него: возникновение и методы борьбы с явлением

О статическом электричестве и защите от него: возникновение и методы борьбы с явлением Возникновение и опасность статического электричества: как возникают статические заряды. Статическое электричество и защита от него на производстве и в быту. Комплекс мер и мероприятий, помогающих предотвратить образование электростатических разрядов....

08 04 2024 23:55:12

Солнечная батарея: подключение внешних аккумуляторов

Солнечная батарея: подключение внешних аккумуляторов Особенности подключения аккумуляторов к солнечным батареям. Как рассчитать основные параметры АКБ для солнечных батарей. Основные виды аккумуляторных батарей для гелиосистем. Гелиосистема с AGM-накопителями....

07 04 2024 22:57:56

Светодиодный водопад: особенности конструкции, как повесить на улице и разновидности

Светодиодный водопад: особенности конструкции, как повесить на улице и разновидности Какие режимы работы гирлянды умный дождь для дома. Виды светового занавеса водопад: можно ли использовать зимой на улице. Размеры гирлянд капли дождя: преимущества и недостатки разной длины....

06 04 2024 22:18:59

Разновидности витой пары и типы маркировки кабеля для интернета

Разновидности витой пары и типы маркировки кабеля для интернета Общая классификация и назначение кабелей типа "витая пара": экранированные и неэкранированные кабеля. Устройство витых пар и правила соединения с помощью коннекторов RJ45. Особенности маркировки, материал и сечение проводника....

05 04 2024 8:39:22

Как сделать ручную маленькую электродрель в домашних условиях

Как сделать ручную маленькую электродрель в домашних условиях Назначение мини электродрели и область применения прибора. Варианты патронов для маленькой дрели. Изготовление минидрели своими руками в домашних условиях. Основные части устройства. Элементы питания для маленьких электродрелей....

04 04 2024 9:42:14

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень Назначение термоэлектрического преобразователя. Принцип работы термопары. Разновидности и конструктивные особенности термопар. Конструктивные особенности термопар, типы и хаpaктеристики....

03 04 2024 9:12:34

Электротехника: основы, понятия, положения и определения

Электротехника: основы, понятия, положения и определения Основные понятия электротехники. Круг вопросов, рассматриваемых в большинстве курсов по электротехнике. Определения электромагнетизма, переменного тока и электрических машин (электродвигатели и генераторы)....

02 04 2024 0:45:39

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков Что такое межповерочный интервал проверки электросчетчиков. Особенности процесса пломбирования. Порядок проверки электросчетчиков. Самостоятельная проверка исправности электросчетчика....

01 04 2024 18:52:11

О заземлении: ПУЭ по организации заземления электроустановок

О заземлении: ПУЭ по организации заземления электроустановок Что такое заземление. Правила заземления электроустановки. Групповые сети и их заземление. Требования ПУЭ к организации заземляющего контура. Заземление: ПУЭ об организации заземлений на производстве....

31 03 2024 12:57:34

О силе тока: формула и зависимости, определение силы тока в цепях и проводниках

О силе тока: формула и зависимости, определение силы тока в цепях и проводниках Как возникает ток. Определение силы тока с точки зрения физики. Поиск по формулам. Разница сил тока при переменном и постоянном электричестве....

30 03 2024 23:12:18

О хлопковых выключателях света: технические хаpaктеристики акустических выключателей

О хлопковых выключателях света: технические хаpaктеристики акустических выключателей Акустические или хлопковые выключатели света: правила выбора и монтажа изделий. Отличительные особенности хлопкового выключателя света. Преимущества акустических выключателей света перед традиционными....

29 03 2024 0:53:30

О маркировке конденсаторов в т.ч. керамических и импортных: расшифровки обозначений

О маркировке конденсаторов в т.ч. керамических и импортных: расшифровки обозначений Особенности и виды и типы маркировок конденсаторов. Различия в маркировке конденсаторов по типу: из бумаги или металлобумаги, электролитических, полимерных, пленочных и керамических....

28 03 2024 19:24:28

Изготовление токопроводящего клея своими руками: графитный или на серебре

Изготовление токопроводящего клея своими руками: графитный или на серебре Изготовление токопроводящих клеев контактолов в домашних условиях. Состав вещества, доля серебра в контактоле. Серебро или графит. Определение токопроводности клея. Магазинный токопроводящий клей....

27 03 2024 2:47:23

Биксеноновые лампы: технические хаpaктеристики устройства, классификация

Биксеноновые лампы: технические хаpaктеристики устройства, классификация Принцип работы ксеноновых ламп. Главные свойства, применение, основные составляющие изделий. Маркировка и срок службы ламп под ксенон. Советы при выборе....

26 03 2024 21:21:22

Все о второй группе электробезопасности: обучение персонала и необходимые документы

Все о второй группе электробезопасности: обучение персонала и необходимые документы Кому присваивают 2 группу по электробезопасности, какие документы на допуск выдаются аттестованным специалистам. Особенности удаленного обучения по 2 группе электробезопасности. Экзаменационный режим....

25 03 2024 0:54:16

Демонтаж и замена старой проводки - экспертное мнение

Демонтаж и замена старой проводки - экспертное мнение Помимо обязательного обесточивания сети, нужно подготовить рабочий инструмент. Непосредственный демонтаж электропроводки, после ее поиска, дело простое....

24 03 2024 20:28:45

Как обозначается напряжение и единицы силы электрического тока

Как обозначается напряжение и единицы силы электрического тока Что такое электрическое напряжение, случаи требующие его измерения, единицы измерений. Действующее значение напряжения и определение его величины. Сеть постоянного и переменного тока. Требования к измерительным приборам....

23 03 2024 0:42:14

Хаpaктеристика и свойства выпрямительного диода 1N4001: аналоги

Хаpaктеристика и свойства выпрямительного диода 1N4001: аналоги Кремниевые выпрямительные диоды универсального назначения на примере диода 1N4007. Общая информация, эксплуатационные и предельные параметры диодов 1 N 4007. Особенности применения 1-N-4007. Технические хаpaктеристики 1n4007....

22 03 2024 11:58:44

Установка розеток в квартире - полная пошаговая инструкция

Установка розеток в квартире - полная пошаговая инструкция Чтобы произвести монтаж розеток в доме, нужно подготовить штробы или воспользоваться кабель каналом, установить подрозетники и сделать разводку проводов....

21 03 2024 21:49:40

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя Требования к устройствам автоматического ввода резерва и их типы. Принцип действия АВР. Автоматический ввод резерва на мощных контакторах: особенности и преимущества....

20 03 2024 22:43:34

Норматив потрeбления электроэнергии на общедомовые нужды: как начисляется

Норматив потрeбления электроэнергии на общедомовые нужды: как начисляется Что такое ОДН по электроэнергии? Нормативы на ОДН по электроэнергии в многоквартирных домах в разных регионах. Порядок расчета ОДН по общедомовому счетчику. Сверхнормативное потрeбление электроэнергии на общедомовые нужды....

19 03 2024 6:40:52

Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения

Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения Электрический ток: единицы мощности, способы измерения, определение. Активная и реактивная мощность тока. Прямые и косвенные замеры. Как обозначается мощность тока. Аналоговые и цифровые приборы для вычисления силы (мощности) токов....

18 03 2024 2:50:31

Тепловые действия электротоков: формула

Тепловые действия электротоков: формула Закон Джоуля-Ленца и переход энергии в теплоту. Формула, отражающая тепловое действие электрического тока. Применение тепловых действий электротоков. Применение теплового свойства электротока в специальных печах для получения определенных веществ....

17 03 2024 23:55:11

О законе полного тока: определение и формула для магнитных цепей

О законе полного тока: определение и формула для магнитных цепей Суть закона полного тока. Пpaктическое применение в расчетах: формулы и законы. Напряженность магнитного поля и магнитная индукция. Распространение постулатов Кирхгофа на магнитные и электрические цепи....

16 03 2024 7:13:41

Виды самозажимных пружинных клеммников: применение и преимущества

Виды самозажимных пружинных клеммников: применение и преимущества Классификация клеммников, преимущества и недостатки устройств. Самозажимной пружинный клеммник - простота и надежность применения. Недостатки быстрозажимного клеммника. Как правильно выбрать клеммники....

15 03 2024 2:43:45

Простые схемы для начинающих радиолюбителей для пайки в домашних условиях

Простые схемы для начинающих радиолюбителей для пайки в домашних условиях Мастерская радиолюбителя: радиосхемы своими руками для дома. С чего начать, что можно сделать. Необходимый минимум инструментов и расходников. Общие правила работы с радиосхемами. Пайка в домашних условиях....

14 03 2024 13:16:21

Натриевая лампа - классификация и преимущества

Натриевая лампа - классификация и преимущества Натриевая лампа, ее преимущества, в каких сферах применяются, недостатки натриевых ламп. Правила безопасности с такими лампами....

13 03 2024 21:53:26

Заглушка для розетки: виды, как выбрать и как сделать самому

Заглушка для розетки: виды, как выбрать и как сделать самому Заглушки для детей, их виды и модификации. Как сделать правильный выбор и как изготовить простейший вид заглушки своими руками....

12 03 2024 20:59:53

О дистанционных выключателях света с пультом: подключение выключателя своими руками

О дистанционных выключателях света с пультом: подключение выключателя своими руками Принцип работы и особенности дистанционного выключателя света с пультом. Инфpaкрасные (ИК) устройства. Обзор дистанционных включателей света с пультом. Порядок самостоятельного подключения устройств....

11 03 2024 3:39:15

Подключение датчиков движения с сенсором к прожектору: схемы подсоединения

Подключение датчиков движения с сенсором к прожектору: схемы подсоединения Особенности датчиков движения. Как правильно подключить датчик. Как правильно установить приборы: что нужно учесть при монтаже датчика с прожектором. Регулировка датчиков движения в зависимости от освещения....

10 03 2024 14:25:59

ЛЗШ: принцип работы, применение для релейной защиты и схемы

ЛЗШ: принцип работы, применение для релейной защиты и схемы Отличительные особенности работы энергосистем. Классы устройств автоматики по предназначению и области применения. Системная противоаварийная автоматика. Логическая защита шин как модернизация линейной защиты....

09 03 2024 2:31:41

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель Как подключить два телевизора к одной антенне: виды подключения к активной или пассивной антенне. Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне. Можно ли к активной антенне подключить усилитель....

08 03 2024 22:56:27

Классификация профессионального электроинструмента: классы по электробезопасности

Классификация профессионального электроинструмента: классы по электробезопасности Профессиональный электроинструмент: классификация приборов. Аккумуляторный или сетевой. Требования к профессиональному электроинструменту. Преимущества профессиональных инструментов и электроинструментов....

07 03 2024 16:22:26

Блок электрических розеток: подключение и установка своими руками

Блок электрических розеток: подключение и установка своими руками Блок электрических розеток: перед тем, как заменить розетку или новый вертикальный блок розеток следует вспомнить, что существует три типа таких устройств....

06 03 2024 21:38:34

Как правильно сделать заземление в частном доме: срок службы заземления

Как правильно сделать заземление в частном доме: срок службы заземления Для чего нужно заземление. Классификация заземления: отличие устройств в зависимости от их предназначения. Защита от молний. Использование естественных заземлений. Как правильно сделать искусственное заземление в частном доме: срок службы заземления....

05 03 2024 8:52:29

Монтаж источников света - потолочные и настенные

Монтаж источников света - потолочные и настенные Монтаж источников света может выполняться квалифицированным электриком, а может и без него, главное знать основные нюансы подключения светильников....

04 03 2024 4:25:46

Магнитная индукция: зависимость индуктивности в катушке от сердечника

Магнитная индукция: зависимость индуктивности в катушке от сердечника Современные магнитные материалы для изготовления сердечников катушек индукции. Влияние на индуктивность числа витков и способа намотки. Понятие самоиндукции. Изготовление катушки индуктивности своими руками....

03 03 2024 3:40:38

Электронный запуск люминесцентных ламп - принцип работы и подключение

Электронный запуск люминесцентных ламп - принцип работы и подключение Электронный запуск люминесцентных ламп с помощью ЭПРА, его принцип работы, подключение, распространённые неисправности, и советы по выбору балластника....

02 03 2024 0:19:42

Различие постоянного (dc-ток) и переменного (ac) тока

Различие постоянного (dc-ток) и переменного (ac) тока Что такое dc ток. Определение постоянного тока. Причины непостоянства. Основные хаpaктеристики тока. Постоянная dc-тока. Изменяющаяся компонента. Различия в постоянном и переменном токе....

01 03 2024 6:51:52

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях Технологии приема и отправки информации в линиях беспроводной связи. Mimo антенна 4g lte своими руками или как изготовить антенну Харченко в домашних условиях. Сборка самодельной антенны для приема 4G....

29 02 2024 20:26:35

Резонансный трaнcформатор или трaнcформатор Тесла

Резонансный трaнcформатор или трaнcформатор Тесла Принцип действия трaнcформатора резонансного. Виды выpaбатываемых разрядов. Простейшая схема м влияние данного устройства на здоровье человека....

28 02 2024 7:13:47

Подвесные светильники: классификация, решения для интерьера

Подвесные светильники: классификация, решения для интерьера Источники света в виде подвесных светильников, играют важную роль для создания комфорта и уюта в помещениях частных владений, квартирах....

27 02 2024 7:15:50

Самовольное подключение электроэнергии после отключения: способы, результат

Самовольное подключение электроэнергии после отключения: способы, результат Незаконное отключение электричества, основные причины. Что произойдет, если не оплатить счет за коммунальные услуги, советы, способы подключения к сети....

26 02 2024 1:54:12

Конденсатор электролитический: маркировка, виды и типы конденсаторов

Конденсатор электролитический: маркировка, виды и типы конденсаторов Маркировка электролитических конденсаторов. Какие существуют виды и типы. Электролитический конденсатор переменной емкости....

25 02 2024 20:12:41

В чем измеряются единицы емкости конденсаторов

В чем измеряются единицы емкости конденсаторов Единица измерения емкости в системе СИ и других системах. Фарады через основные единицы системы. Определение кратных единиц ёмкости. Таблица перевода дольных единиц. Маркировка конденсаторов. Кодировка больших по размерам устройств...

24 02 2024 16:35:38

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::