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




Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки

Виды электросхем. Структурная и функциональная электросхемы. Чтение электрических схем. Схема электропроводки. Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки...

17 01 2022 4:57:39

Нормы освещения и требования к ним: выдержки из СниП, СанПиН

Описаны нормы освещения снип и санпин для разных государственных учреждений, улиц и всех основных помещений. Изложены общие требования по освещению....

16 01 2022 10:40:25

Все о монтаже СИП (самонесущем изолированном проводе) своими руками

Все о монтаже СИП (самонесущем изолированном проводе) своими руками Описание и виды самонесущих изолированных проводов, преимущества изделий. Монтаж С И П своими руками. Подготовка к работе, прокладка линий, обустройство ответвления требуемой длины. Советы специалистов по прокладке самонесущего изолированного провода....

15 01 2022 12:22:38

О подключении трехфазных электродвигателей в сеть 220в: схема подключения

Принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя. Соединение катушек при подключении трехфазных двигателей к сети 220В. Подключение фазосдвигающих конденсаторов. Как переделать схему вращения в реверсивную....

14 01 2022 20:19:32

Формула коэффициента мощности: косинус фи для потребителей, единица измерения

Полная мощность и ее составляющие. Формула взаимосвязи между общей, активной и реактивной мощностью. Коэффициент мощности (косинус фи) на примере асинхронного двигателя и генератора. Мероприятия по увеличению коэффициента мощности....

13 01 2022 5:36:10

Кабельные гермовводы: назначение, размеры и классификация

Основное назначение и применение кабельных гермовводов. Конструктивные особенности сальника кабеля. Основные критерии выбора кабельного гермоввода. Кабельные гермовводы (сальники): типы и классификация....

12 01 2022 9:49:59

Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации

Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации Организационные вопросы, которым придается большое значение при эксплуатации и обслуживании электроустановок в рамках П Т Э. Сдача энергетических объектов в эксплуатацию. Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации....

11 01 2022 9:26:53

Как подключить трехфазный счетчик: схема подключения, монтаж в щитке.

Как подключить трехфазный счетчик: схема подключения, монтаж в щитке. Подключение трехфазного счетчика в домашних условиях (многоквартирных домах, на дачных участках и коттеджах). Виды подсоединения в зависимости от способа включения трехфазного прибора. Электронные и индукционные устройства....

10 01 2022 19:16:44

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....

09 01 2022 10:56:58

О периодичности проверок знаний по электробезопасности: сроки и порядок проведения

О периодичности проверок знаний по электробезопасности: сроки и порядок проведения Виды проверки знаний по электробезопасности на предприятиях. Группы электротехнического персонала. Что входит в тестирование и какие знания сотрудников проверяются. Сроки проведения проверки....

08 01 2022 5:40:13

Заземление трaнcформатора: способы заземления и причины

Способы и причины заземления, а также зануления понижающих трaнcформаторов. Заземления трaнcформаторов освещения и тока....

07 01 2022 15:57:19

Присвоение второй группы по электробезопасности: кому из сотрудников присваивается

Кому присваивается 2 группа по электробезопасности и требования предъявляемые к аттестующимся. Должности со второй группой допуска по электробезопасности: порядок присвоения допуска....

06 01 2022 11:23:29

Управление светодиодными лентами

Управление светодиодными лентами Знакомство с устройством светодиодных лент, способы регулирования их яркости и управление цветом. Подключение диммеров к светодиодным источникам света....

05 01 2022 12:26:22

Трансформатор тока: принцип действия, классификация, выбор

Трансформатор тока: принцип действия, классификация, выбор Параметры трансформаторов тока должны соответствовать правилам коммерческого учета, требованиям энергопоставляющей компании и нормативной документации....

04 01 2022 3:14:37

Тестеры кабеля: классификация, принцип действия и особенности конструкции

Назначение кабельного тестера. Тестирование с помощью прибора различных кабелей: витой пары, коаксиального кабеля. Определение проблем сетей. Тестеры кабелей как универсальное устройство для обнаружение сетевых неисправностей....

03 01 2022 2:37:44

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала Способы экономии электроэнергии в быту очень разные, мы выбрали лучшие и рассказали о них вам: двухтарфиный счетчик, энергосберегающие лампы и другое...

02 01 2022 15:38:40

Формула расчета коэффициента использования производственных мощностей

Определение производственной мощности. Взаимосвязь параметров цепи: формула для вычисления. Проблемы низкого cos φ и способы их решения. Коэффициент использования установленной мощности как важнейшая хаpaктеристика эффективности работы предприятий электроэнергетики....

01 01 2022 21:29:21

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....

31 12 2021 14:49:30

О проколах для СИП: способ соединения самонесущих проводов прокалывающимися зажимами

Соединительные зажимы для монтажа самонесущих изолированных проводов. Классификация прокалывающих зажимов для СИП. Монтаж прокалывающего зажима. Основные производители устройств. Основные ошибки при соединении СИП-кабелей....

30 12 2021 3:42:46

Устройство светодиодного индикатора зарядки аккумуляторной батареи

Устройство светодиодного индикатора зарядки аккумуляторной батареи Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи: встроенные и внешние. Заводские индикаторы зарядки А К Б в виде панелей. Как собрать светодиодный индикатор самостоятельно: схема изготовления светодиодного индикатора....

29 12 2021 18:22:43

Разновидности и особенности монтажа датчиков движения IEK: модельный ряд и размеры

Разновидности и особенности монтажа датчиков движения IEK: модельный ряд и размеры Назначение и принцип действия инфракрасного датчика движения IEK. Технические характеристики инфракрасных датчиков IEK (модельный ряд Д Д-012, Д Д-018 В, Д Д-017, Д Д-019). Габаритные размеры датчиков. Монтаж и настройка приборов....

28 12 2021 10:46:38

Формула расчета силы ударного тока коротких замыканий ТКЗ

Что такое ток короткого замыкания. Причины возникновения ТКЗ. Короткое замыкание: формула расчета, мощности и сил. Описание фактического процесса возникновения и процесса протекания. Ток КЗ: виды коротких замыканий....

27 12 2021 19:49:36

Естественное освещение - сведения и методы оценки

Естественное освещение зданий дает возможность повысить комфорт в помещениях, а также экономить потрeбление электрической энергии....

26 12 2021 10:41:44

О переделке шуруповертов на питание от сети 220в в домашних условиях своими руками

Устройство механизма шуруповерта и принцип действия прибора. Конструкция аккумулятора и типы аккумуляторных батарей. Переделка шуруповерта на питание от сети 220В. Использование внешнего блока питания....

25 12 2021 3:23:13

О споттере из сварочного аппарата своими руками: как сделать точечную сварку

О споттере из сварочного аппарата своими руками: как сделать точечную сварку Свойства точечной сварки. Особенности переделки споттера из сварочного аппарата своими руками. Типы сердечников. Выбор параметров вторичной обмотки, схемы и размещение обмоток. Схема управления....

24 12 2021 8:36:12

О принципе работы УЗО: схема подключения к сети трехфазного и однофазного автомата

Назначение и принцип работы УЗО. Подключения устройства защитного отключения. Основные отличия УЗО от дифференциального автомата. Как выбрать нужное устройство по параметрам....

23 12 2021 22:31:23

Расчет установленной мощности: определение величины суммарных мощностей

Расчет установленной мощности: определение величины суммарных мощностей Понятие об установленной и расчетной мощности. Установленная мощность: электрические станции, жилые и общественные здания, промышленные объекты - разница в вычислениях. Формулы для расчета установленных суммарных мощностей....

22 12 2021 11:59:23

Технические характеристики термостойкого кабеля РКГМ: расшифровка маркировки и виды

Технические характеристики термостойкого кабеля РКГМ: расшифровка маркировки и виды Значение маркировки кабеля. Технические характеристики и особенности провода Р К Г М. Термостойкий провод Р К Г М: преимущество проводника. Разновидности Р К Г М-кабеля. Класс кабеля- Р К Г М и его отличительные свойства в зависимости от количества токопроводящих жил....

21 12 2021 12:40:44

Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки

Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки Принцип стабилизации тока и требования к управляющему элементу. Суть стабилизации. Выбор схемы включения. Устройство и работа полевого транзистора: особенности полевых структур. Принцип управления переходом. Пример стабилизатора на полевом транзисторе....

20 12 2021 0:12:30

Электропроводка в квартире: схемы, фото, инструкция

Электропроводка в квартире: схемы, фото, инструкция Самостоятельный монтаж электропроводки дело трудоемкое, но выполнимое! Главное знать несколько основных правил прокладки кабеля и установки аппаратуры....

19 12 2021 2:37:38

О креплении люстр к натяжным потолкам: правильная установка потолочного светильника

О креплении люстр к натяжным потолкам: правильная установка потолочного светильника Как правильно крепить люстру к натяжному потоку своими руками. Установка светильников на натяжной потолок: необходимый инструмент и крепежный материал. Схема размещения проводки....

18 12 2021 0:46:16

Современные лампы дневного освещения – альтернатива лампам накаливания

Среди источников искусственного освещения чаще всего выбирают лампы дневного освещения люминесцентного и светодиодного типов....

17 12 2021 5:12:30

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов Как выглядит терморегулятор для инкубатора: общие сведения об устройстве. Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов своими руками. Принцип работы оборудования. Особенности сборки термостата....

16 12 2021 12:28:17

Сравнение стабилизаторов напряжения: релейный или электромеханический

Сравнение стабилизаторов напряжения: релейный или электромеханический Какой стабилизатор напряжения лучше: релейный или электромеханический? Релейные стабилизаторы: функционирование релейных систем, конструктивные особенности, достоинства и недостатки. Виды электромеханических стабилизаторов. Принцип регулировки и конструкция....

15 12 2021 1:28:18

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....

14 12 2021 3:40:42

Инструкция по применению мультиметра dt830b: что можно измерить с помощью устройства

Инструкция по применению мультиметра dt830b: что можно измерить с помощью устройства Основные характеристики цифровых мультиметров серии DT-830b. Пределы измерений различных параметров с помощью прибора. Режимы работы мультиметра. Прозвонка участков цепи, измерения силы тока, напряжения, сопротивления....

13 12 2021 22:48:39

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения Популярным элементом любого интерьера является грамотно выполненная подсветка потолка. Она придаст помещению любого назначения индивидуальность....

12 12 2021 18:21:46

О греющем кабеле: монтаж саморегулирующего греющего кабеля в водопроводной системе

Конструкция и сферы применения кабеля греющего, саморегулирующегося. Классификация греющих кабелей. Как выбрать греющий кабель для бытового трубопровода. Монтаж резистивного греющего провода....

11 12 2021 7:10:12

Правила последовательного и параллельного подключения аккумуляторных батарей

Правила последовательного и параллельного подключения аккумуляторных батарей Последовательное соединение аккумуляторов: какие правила соблюдать при последовательной зарядке батарей. Параллельное соединение А К Б: принципы параллельного подключения. Проверка подключения. Советы по подключению аккумуляторной батареи....

10 12 2021 1:49:41

Двухтарифный счетчик электроэнергии: монтаж, преимущества, настройка

Двухтарифный счетчик электроэнергии: монтаж, преимущества, настройка Многотарифный счетчик поможет легко экономить на электроэнергии. А его монтаж, установка и выбор это очень простая задача!...

09 12 2021 13:17:48

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....

08 12 2021 17:49:20

Установка многоклавишного выключателя с розеткой

Установка многоклавишного выключателя с розеткой: выключатель, без розетки или с ней, применяется в случае если нужно им включить одну группу освещения....

07 12 2021 5:54:53

Хаpaктеристики и расшифровка телефонного провода устойчивой связи МКЭШ

Расшифровка маркировки провода МКЭШ. Особенности конструкции МКЭШ-кабеля, технические хаpaктеристики. Использование МКЭШ-проводов в различных сферах. МКЭШ-кабель - экранированный провод защищенный от электромагнитных помех....

06 12 2021 4:40:10

О Николе Тесле: трансформатор Теслы, опыты Теслы

О Николе Тесле: трансформатор Теслы, опыты Теслы Историческая справка о Николе Тесле. Закон Теслы. Как собрать мини катушку Теслы своими руками. Единица измерения электромагнитной индукции - это тоже Тесла. Тайна Николы Теслы. Опыты и эксперименты....

05 12 2021 5:21:10

Магнитный поток и электромагнитная индукция: физические формулы

Магнитный поток и электромагнитная индукция: физические формулы Определение и формула магнитного потока. Постоянные и электромагниты: разница магнитных потоков. Электромагнитная индукция, возникновение электродвижущей силы и правило правой руки. Формула скорости измерения магнитного потока....

04 12 2021 15:52:55

Работа с индикаторной отверткой (индикаторный пробник) для поиска напряжения

Виды и принцип действия индикаторных отверток. Конструкция обычного пробника напряжений. Стоимость различных индикаторных отверток в зависимости от вида прибора. Индикаторная отвертка и определение двух фаз....

03 12 2021 22:12:23

Лента изоляционная: черная тканевая хб или ПВХ, термоусадочная, преимущества

Лента изоляционная: черная тканевая хб или ПВХ, термоусадочная, преимущества Разновидности изолент: лента изоляционная Х Б или тряпочная, П В Х рулонная изолента. Из чего изготавливают изоляционную ленту. Сферы применения изоленты. Термоусадочная лента. Варианты клеевых покрытий. Преимущества изолент....

02 12 2021 5:35:37

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень

Назначение термоэлектрического преобразователя. Принцип работы термопары. Разновидности и конструктивные особенности термопар. Конструктивные особенности термопар, типы и хаpaктеристики....

01 12 2021 5:36:12

Общедомовой счетчик электроэнергии: закон и распределение

Общедомовой счетчик электроэнергии: закон и распределение Общедомовой счетчик электроэнергии, закон и распределение. Приборы могут быть одно-, двухтарифные и многотарифные - можно снизить затраты на освещение....

30 11 2021 2:31:23

Маркировка полярности: обозначение плюсов и минусов красным и черным

Назначение маркировок в электронных устройствах. Правила и виды маркировок согласно действующим нормативам (в т.ч. ПУЭ): красный, черный: плюс, минус. Определение полярности в отсутствии маркировки с помощью измерительных приборов или светодиода....

29 11 2021 19:29:24

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