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

Принцип работы и технические характеристики 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 трансформатора. 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 трансформатора 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 трансформатор.
  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.

Характеристики

Преобразователи напряжения импульсные

Основными характеристиками, 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.

Практически 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 потребления 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 опорным. 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 трансформатором, который осуществляет гальваническую развязку входных и выходных цепей.

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

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

Импульсный трансформатор

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

Повышающий преобразователь с разделительным трансформатором 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 характеристиками, просты в сборке и настройке. Большой ассортимент ШИМ контроллеров позволяет собирать схемы с любыми параметрами в зависимости от требований.

Видео



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


Расчет полного сопротивления в цепи переменного тока — импеданс

Что такое импеданс. Расчет полного сопротивления в цепи переменного тока. Формула полного сопротивления в цепи электрического тока. Индуктивная и комплексная нагрузки. Численное значение импеданса в параллельной цепи....

29 07 2021 21:16:37

Постоянный и переменный ток, его источники и их применение в электротехнике

Постоянный и переменный ток, его источники и их применение в электротехнике Что такое источник тока с точки зрения теоретической и практической электротехники. Химические (гальванические элементы и аккумуляторы) и физические (преобразующие тепловую, солнечную и пр. энергии) источники токов....

29 07 2021 0:37:28

Понятие резонанса напряжений в электрических цепях переменного тока

Понятие резонанса напряжений в электрических цепях переменного тока Как возникает резонанс в электрической цепи. Понятие электрического резонанса. Определение резонансов напряжений, достигающих максимальной амплитуды. Резонансы токов через реактивные элементы. Двойственность RLC-контуров....

29 07 2021 2:13:19

Виды промышленных тиристорных преобразователей (инверторов)

Виды преобразовательных агрегатов (инверторов напряжения, преобразователей тока и т.п.) Особенности тиристорного управления. Схемные решения преобразователей на основе тиристоров. Последовательные и параллельные инверторы тока....

29 07 2021 20:11:12

Размеры и разновидности кабельных каналов для электропроводки

Виды кабель-каналов: прозрачные, перфорированные, гибкие, магистральные и другие. Размеры кабельных каналов для электропроводки и порядок монтажа кабель канала. Характеристика кабельного металлического канала....

29 07 2021 5:13:56

Виды переключателей фаз -механический, ручной и трехфазный

Виды переключателей фаз -механический, ручной и трехфазный Принцип работы и устройство фазового переключателя. Правила выбора переключателя фаз. Использование фазового переключателя для постоянного функционирования техники. Виды переключателей фаз -механический, ручной и трехфазный: какой переключатель фаз выбрать - механический или электронный....

29 07 2021 23:23:49

Об автомате вводном: устройство выключателя для квартиры, схемы установки и подключения

Об автомате вводном: устройство выключателя для квартиры, схемы установки и подключения Основные характеристики автомата вводного. Однополюсники и двухполюсники: преимущества и недостатки. Об автомате вводном: устройство выключателя для квартиры, схемы установки и подключения....

29 07 2021 14:41:18

Что измеряется в люменах: формула силы освещения в физике, приборы для измерения

Что измеряется в люменах. Определение светового потока, силы света и освещенности. Какой формулой вычисляется сила освещения в физике. Lumen значит свет: нахождение единицы света - люмена. Измерительные приборы. Рекомендации по правильному освещению рабочего места....

29 07 2021 8:19:25

Цифровые оптические аудиокабели: технические характеристики звуковых кабелей

Что такое оптический кабель: виды исполнения оптических кабелей. Конструкция оптического провода. Технические характеристики цифрового оптического аудиокабеля. Сферы применения изделия. Кабель для домашнего кинотеатра и телевизора....

29 07 2021 6:38:24

Все о подключении трехфазных счетчиков через трансформатор тока

Все о подключении трехфазных счетчиков через трансформатор тока Устройство и принцип работы измерительного трансформатора. Токовые характеристики измерительных трансформаторов. Преимущества и недостатки изделий. Подключение трехфазного счетчика через трансформаторы тока....

29 07 2021 16:11:51

УЗО (устройство защитного отключения) принцип действия, выбор

УЗО (устройство защитного отключения) принцип действия, выбор А также что нужно знать о селективности У З О, какие причины срабатывания защитного устройства, трехфазное и однофазное У З О....

29 07 2021 20:40:17

Разновидности и особенности монтажа уличной светодиодной гирлянды бахрома

Разновидности и особенности монтажа уличной светодиодной гирлянды бахрома Гирлянда бахрома: использование на улице и внутри помещений. Преимущества и недостатки новогодней уличной светодиодной гирлянды бахрома со светомузыкой. Способы уличного монтажа для гирлянды бахрома....

29 07 2021 1:53:49

Паяльные жиры: активный и нейтральный жировой флюс, состав и свойства

Паяльные жиры: активный и нейтральный жировой флюс, состав и свойства Назначение и виды паяльных жиров. Состав, свойства активного и нейтрального жирового флюса. Способы изготовления флюсов в домашних условиях. Способы пайки. Как правильно пользоваться паяльным жиром....

29 07 2021 9:46:55

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях Назначение и конструкция самодельного фена паяльника. Температура нагрева спирали. Изготовление держателя для паяльника. Монтаж схемы управления, распайка платы контроллера. Изоляция нагревательного элемента....

29 07 2021 13:12:10

О проводах для электропроводки: как выбрать правильный провод для квартиры

О проводах для электропроводки: как выбрать правильный провод для квартиры Чем отличаются провод и кабель. Расчет нагрузки на проводку в квартире. Расчет сечения провода для электропроводки. Наиболее популярные кабели. Типы проводов: маркировки и расшифровка обозначений....

29 07 2021 23:15:56

Схема изготовления стабилизатора на 12в: линейный стабилизатор своими руками

Классический стабилизатор напряжения 12 вольт. Интегральные стабилизаторы: основные характеристики и отличительные особенности. Целесообразность использование микросхем серии 1083/84/85 при изготовлении стабилизаторов 12в своими руками....

29 07 2021 19:36:18

Взрывозащищенные светильники - конструкция и классиикация

Взрывозащищенные светильники - конструкция и классиикация Взрывозащищенные светильники используются во многих отраслях промышленности, обеспечивая безопасное нахождение человека на объектах с взрывоопасной средой....

29 07 2021 11:46:48

Как сделать гирлянду падающий дождь своими руками

Как сделать гирлянду падающий дождь своими руками Зачем нужны гирлянды метеоритный дождь. Как и где применять гирлянду падающий дождь. Устройство электрической гирлянды звездный дождь. Самостоятельное изготовление гирлянды занавес звезды....

29 07 2021 7:10:25

О ремонте люстры с пультом управления: как починить светильник с ДУ

О ремонте люстры с пультом управления: как починить светильник с ДУ Устройство прибора. Основные неисправности. Ремонт люстр с пультом управления: ремонтируем передатчик и приемник. Рекомендации по уходу и обслуживанию светильников с Д У....

29 07 2021 22:24:20

Как измерить емкость конденсатора без выпаивания: приборы и порядок действий

Как измерить емкость конденсатора без выпаивания: приборы и порядок действий Устройство и характеристики электролитических и неполярных конденсаторов. Возможные неисправности, проверка работоспособности деталей мультиметр. Измерение емкости элементов. Измерение прибором ESR. Снижение напряжения пробоя конденсатора....

29 07 2021 0:28:26

Монтаж электропроводки в кабельных каналах

Монтаж электропроводки в кабельных каналах Открытая электропроводка в кабель каналах хорошее решение для монтажа. Но стоит помнить о правилах прокладки кабеля в каналах, это залог успешной установки....

29 07 2021 3:54:31

Расшифровка обозначений и таблица сечений AWG-кабеля: электрические параметры

Расшифровка обозначений и таблица сечений AWG-кабеля: электрические параметры Расшифровка и технические характеристики кабеля AWG: электрические и механические характеристики. Таблица перевода номеров AWG в дюймы и миллиметры. Особенности американской маркировки проводов AWG....

29 07 2021 5:57:49

Магнитное поле проводника: определение плотности энергии

Объемная плотность магнитной энергии. Наличии магнитного поля вокруг проводника или катушки с током. Измерение плотности энергии магнитных полей. Формула индуктивного сопротивления катушки....

29 07 2021 14:51:27

Датчики движения для охраны помещений: сигнализационные и с сиреной

Разновидности датчиков движений применяемых для сигнализации: герконовые, инфракрасные, вибрационные и звуковые. Проводные, беспроводные и адресные датчики движения. Что важно учесть при выборе оборудования....

29 07 2021 20:19:50

Уличная розетка: установка, степени защиты

Уличная розетка: установка, степени защиты Подключение и установка наружной розетки дело важное, она должна соответствовать параметрам необходимым для безопасного использования....

29 07 2021 16:54:39

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Термосопротивление: назначение изделий. Типы термообразователей и принцип их действия. Металлические или полупроводниковые термометра сопротивления. Формула зависимости сопротивления от температуры....

29 07 2021 17:21:27

Устройство вольтметра: прибора для измерения постоянного и переменного тока

Устройство вольтметра: прибора для измерения постоянного и переменного тока Вольтметр - назначение и устройство прибора. Принцип действия вольтметра. Классификация и видовое разнообразие вольтметров по внешним признакам. Диапазон измерения вольтметрами. Стрелочные и электронные приборы. Правила пользования, снятие показаний....

29 07 2021 20:16:49

Устройство плавного пуска для электроинструмента: изготовление своими руками

Устройство плавного пуска для электроинструмента: изготовление своими руками Устройство плавного пуска и регулятор оборотов в электроинструменте: принцип действия и назначение устройства. Самостоятельное изготовление У П П в домашних условиях. Электрическая схема для создания блока П П двигателя электроинструмента....

29 07 2021 10:16:40

Как самостоятельно настроить спутниковую антенну НТВ плюс

Как самостоятельно настроить спутниковую антенну НТВ плюс Самостоятельная настройка антенны и ресивера Н Т В плюс. Как установить спутниковую антенну своими руками. Ручная настройка спутниковой антенны Н Т В плюс. Как настроить антенну Н Т В Плюс Восток на разных телевизорах....

29 07 2021 16:59:47

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и характеристики

Для чего LTE модему нужна внешняя антенна 4G. Технические характеристики самодельных 4G антенн для мобильных модемов. Как сделать выносную 4G своими руками: схема и инструменты....

29 07 2021 9:21:25

Терморегуляторы для погребов с датчиками температуры воздуха своими руками

Терморегуляторы для погребов с датчиками температуры воздуха своими руками Самодельный терморегулятор с датчиками температуры для погреба. Расположение оборудование в погребе. Электробезопасность и правила заземления приборов. Что необходимо учесть при выборе термостата....

29 07 2021 19:18:39

О самодельных генераторах: трехфазный генератор переменного тока своими руками

О самодельных генераторах: трехфазный генератор переменного тока своими руками Как сделать самодельный генератор переменного тока из асинхронного двигателя. Выбор конструкции. Порядок доработки обмоток. Организация приводной части. Изготовление генератора на постоянных магнитах....

29 07 2021 4:19:43

Подключение проводов к выключателю: cхема подключения одноклавишного и двухклавишного

Подключение проводов к выключателю: cхема подключения одноклавишного и двухклавишного Подключаем проводы к выключателю самостоятельно - в статье собраны советы и правила, а также схемы которые помогут создать разводку кабеля к выключателям....

29 07 2021 20:55:18

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы

Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы Особенности подготовки к аттестации. Примеры общих вопросов. Современные системы технического обучения. Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы....

29 07 2021 14:11:34

Дифференциальная защита электрооборудования

Дифференциальная защита электрооборудования Принцип действия дифференциальной защиты оборудования. Продольная и поперечная дифзащита генераторов. Защита шин от короткого замыкания....

29 07 2021 9:52:31

О генераторах переменного тока: устройство прибора, технические характеристики

О генераторах переменного тока: устройство прибора, технические характеристики Принцип работы и технические характеристики генератора тока (переменного). Виды и конструкция генераторов. Трехфазные и автогенераторы. Устройство автомобильного генератора....

29 07 2021 5:10:25

Виды аккумуляторных батареек: пальчиковые, мизинчиковые и прочие

Виды аккумуляторных батареек: пальчиковые, мизинчиковые и прочие Аккумуляторы и их виды: классификация аккумуляторных батареек в зависимости от размера, мощности и конструкции. А К Б: принцип работы и применение. Зарядные устройства для аккумуляторных батарей в зависимости от типа аккумуляторов....

29 07 2021 20:50:56

Биксеноновые лампы: технические характеристики устройства, классификация

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

29 07 2021 11:40:19

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

Что такое электрическое напряжение: формула для вычисления. Основные факторы, влияющие на норматив напряжения электрических токов. Меры предосторожности при измерении напряжений электротоков....

29 07 2021 5:20:37

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция Розетка на 380 вольт служит для подключения мощных электроприборов. Мы расскажем все о классификации и монтаже данной розетки....

29 07 2021 13:13:23

Как обозначаются конденсаторы на схемах: основные параметры и емкость

Обозначение конденсаторов на схеме. Технологическое подразделение конденсаторов на типы: электростатические, электролитические, двуслойные изделия. Конденсаторы с постоянной емкостью. Код номера конденсатора....

29 07 2021 0:21:25

Технические характеристики и расшифровка контрольного кабеля КВВГ

Маркировка проводов и кабелей согласно Г О С Ту. Конструкция К В В Г: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические характеристики К В В Г-провода. Конструктивные характеристики проводов К В В Г (таблица)....

29 07 2021 6:40:58

Что делать в случае поломки счетчика электроэнергии: кто должен менять и почему

Что делать в случае поломки счетчика электроэнергии: кто должен менять и почему Возможные неисправности счетчика электроэнергии. Кто должен менять электросчетчик и заниматься обслуживанием узла. Сломался счетчик электроэнергии: что делать. Сколько стоит проведение диагностики электрического счетчика в управляющей компании....

29 07 2021 7:27:29

Конструкция и маркировка кабеля КГ: достоинства и недостатки, особенности монтажа

Конструкция и маркировка кабеля КГ: достоинства и недостатки, особенности монтажа Расшифровка и технические характеристики кабеля К Г. Размерные и температурные показатели провода К Г. Область применения и способы прокладки кабелей К Г. Описание электрических параметров проводов К Г....

29 07 2021 6:11:54

Сварка: способы сваривания жил проводов и кабелей. Инструкция и рекомендации

Сварка: способы сваривания жил проводов и кабелей. Инструкция и рекомендации Технология сваривания аппаратами инверторного типа. Выбор конкретного аппарата для сварки жил проводников. Контактный, газовый и термитный способы сварки....

29 07 2021 3:57:47

Расчеты мощности энергопотребления: что такое квт часы и как их перевести

От джоуля к киловатту: понятие и перевод единиц. Изменение размерности единиц мощности. Примеры обсчёта энергопотребления. Сколько киловатт в час расходуют мощные электроприборы. Расчет стоимости к Вт часа для лампы накаливания....

29 07 2021 13:24:39

Утилизация ламп: люминесцентные, галогеновые и их составляющие

Утилизация ламп: люминесцентные, галогеновые и их составляющие Способы утилизации, транспортировки, хранения и выды опасных для здоровья человека ламп. Утилизация аккумуляторов и конденсаторов входящих в их состав....

29 07 2021 11:38:26

Релейная защита: АПВ, АВР, АЧР назначение и требования

Релейная защита: АПВ, АВР, АЧР назначение и требования Виды релейных защит их назначение и классификация. Основные требования к релейным защитам, таким как А В Р, А П В, А Ч Р....

29 07 2021 12:15:30

О глухозаземленной нейтрали: определение изолированного глухого заземления

О глухозаземленной нейтрали: определение изолированного глухого заземления Сеть с глухозаземленной нейтралью: особенности конструктива. Меры предосторожности при работе в сетях с глухозаземленными нейтралями. Разновидности систем TN. Что такое зануление....

29 07 2021 17:48:13

Освещение дорог: требования к освещенности улиц

Освещение дорог: требования к освещенности улиц Требования к светодиодным осветительным приборам для уличного освещения и их класификация. Принцип работы и конструкция светильников для магистралей и улиц....

29 07 2021 22:39:14

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

Flat d'Oro - Золотая квартира. Так еще в средневековье испанские строители называли жилье, обустроенное по последнему слову тогдашней техники. Например, оборудованную новомодным устройством для смыва воды компании Unitas (да, именно от названия этой компании произошло слово, которым обозначаем сантехническое устройство мы, современные носители русского языка). Мы научим Вас, как сделать Вашу квартиру Золотой!