Что такое dc dc преобразователь: Что такое DC-DC, LLC, APFC, ATX? — i2HARD

Принцип работы повышающего DC-DC преобразователя Об электровелосипедах

DC-DC преобразователи находят применение в разнообразных мобильных аппаратах, электронике, вычислительной технике, АСУ, телекоммуникационных приборах. Они применяются для повышения или понижения напряжения на выходе (Uвых) относительно его исходного значения, а также для смены полярности.

Виды DC-DC преобразователей

Есть разные типы преобразователей DC-DC:

1. Без катушки индуктивности, собранные с использованием конденсаторов. Есть варианты с неменяющимся и настраиваемым напряжением. Такие инверторы подходят для питания нагрузок низкой мощности. Для сборки схемы регулируемого преобразователя DC-DC не нужно иметь моточные компоненты. Это позволяет собирать модули компактных размеров с минимальными расходами.
2. С катушкой индуктивности, без гальванической развязки. Содержат 1 источник питания в изоляции. Способ преобразования (повышение, понижение, смена полярности) зависит от позиции ключа. В качестве ключевых составляющих обычно используются полевые транзисторы (FET) и биполярные транзисторы с затвором в изоляции (IGBT).

Устройства с индуктивностью бывают:

1. Повышающего типа. Принцип работы и микросхемы DC-DC повышающих преобразователей будут рассмотрены далее.
2. Понижающие – с транзистором-ключом. Для его управления применяется широтно-импульсный модулятор.
3. С возможностью регулирования величины Uвых – подходят для получения повышенного или пониженного значения выходного напряжения. Находят применение в приборах, в которых напряжение задает Li-ion элемент питания, и его напряжение постепенно снижается. Такой инвертор с легкостью поддерживает заданное выходное значение.
4. С произвольной величиной Uвых, т.е. с возможностью его повышения и понижения. Используются такие преобразователи напряжения DC-DC в схемах, в которых напряжение задает накопитель энергии Li-ion типа. Их номинальное напряжение в процессе эксплуатации элементов питания снижается, и возникает необходимость его изменения до выходного значения 3,3 В.

• С гальванической развязкой. Содержат импульсные трансформаторы с рядом обмоток. Между цепями входа и выхода связи нет. Между значениями напряжения на концах наблюдается значительная разница потенциалов. В частности, такие конвертеры применяются в блоках питания импульсных фотовспышек с Uвых около 400 В.

Принцип работы DC-DC преобразователя

Рассмотрим принцип работы и схему подключения DC-DC преобразователя повышающего типа. Допустим, нам нужно повысить напряжение 5 В до нужной величины. Есть несколько путей для реализации этой задачи. Можно параллельно заряжать, а затем последовательно переключать конденсаторы.

Но выполнять эти действия нужно со скоростью нескольких переключений в секунду. Для этих целей и используются описываемые устройства. Они содержат минимум 2 полупроводника (диод и транзистор), минимум 1 накопитель энергии (конденсатор, катушку индуктивности или оба элемента). Для снижения пульсаций напряжения на концах конвертера устанавливаются выполненные из конденсаторов фильтры.

 

Принцип работы повышающего конвертера таков:

1. Во включенном состоянии ключ S замкнут, и индуктивный ток возрастает. Происходит накапливание энергии индуктивностью.
2. В выключенном состоянии ключ разомкнут. Катушка держит запас энергии в магнитном поле. Избыточная энергия из катушки повышает напряжение. Индуктивный ток следует через обратный диод D, конденсатор С и нагрузку R. Накопленная энергия частично идет к потребляющему устройству, остальная – запасается в конденсаторе.
3. Ключ повторно замыкается. Энергия собирается в катушке индуктивности. Потребитель получает энергию из запасов конденсатора.

Фактически работа инвертора подобна действию турбины. В таком случае индуктивным дросселем выступает турбина, заслонкой, управляющей водным потоком – транзистор, диодом – клапан, а конденсатором – накопительный резервуар. Вначале выполняется разгон турбины при помощи открытия заслонки. Вода в процессе слива отчасти отдает энергию маховику и раскручивает его.

Затем заслонка закрывается. Вращающаяся турбина толкает воду, в результате чего клапан приоткрывается, и вода частично поступает в накопитель. Остальная часть водного потока идет к потребителю, но уже имеет возросшее давление от накопителя. Ход воды в обратном направлении блокируется клапаном. На последнем этапе турбина замедляется. Повторно открывается заслонка, и вода вращает маховик. Потребитель на этом этапе получает воду из накопительного резервуара. Далее цикл повторяется.

Читайте в нашей предыдущей статье о переделке велосипеда в e-bike для езды со скоростью 50–60 км/ч.

 

Перейти в раздел инверторы DC-DC

 

DC-DC преобразователи для Arduino – «Robot-Kit.ru»

Модуль питания 3,3В или 5В для макетной платы MB-102

Артикул: RKP-MB-102-PS

Модуль питания для макетной платы Arduino

В наличии

Универсальный DC-DC Step Up Down преобразователь XL6009

Артикул: DC-DC-Up-XL6009

Вход 3. 8-32В, выход 1.25-35В, 3А

В наличии

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь 0.9-5В до 5В с USB

Артикул: DC-DC-Up-0.9V-5V

DC-DC преобразователь напряжения

В наличии

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь 2-5В до 5В

Артикул: RCK205150

Вход 2-5В, выход 5В 1А

В наличии

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь 2-5В до 5В

Артикул: RCK205156

Вход 2-5В, выход 5В 0.2А

В наличии

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь 2-5В до 5В

Артикул: RCK205160

Вход 2-5В, выход 5В 1А

В наличии

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь MT3608

Артикул: DC-DC-Up-MT3608

Вход 2-24В, выход 5-28В, 2А

В наличии

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь SX1308

Артикул: DC-DC-Up-SX1308

Вход 2-24В, выход 2-28В, 2А

В наличии

Модуль питания линейный LM2940IMP-5.0 5.6-26В до 5В

Артикул: RCK205180

Вход 5.6-26В, выход 5В 1А

В наличии

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь 6-18В до 5В

Артикул: RCK205103

С синхронным выпрямлением и фильтром, вход 6-18В, выход 5В 3А

В наличии

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь LM2596S с USB

Артикул: DC-DC-Down-5V-5A

Вход 9-36В, выход 5В, 5А

В наличии

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь AMS1117

Артикул: DC-DC-Down-3. 3-5V

Вход 6-12В, выход 3.3В и 5В, 800мА

В наличии

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь 1.8 – 12В с регулируемым выходом

Артикул: DC-DC-Down-5V-3A

Вход 4.5-24В, выход 1.8В, 2.5В, 3.3В, 5В, 9В, 12В

В наличии

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь 10А, 300Вт с дисплеем

Артикул: DC-DC-Down-29V-10A

Вход 3.5-25В, выход 0.8-24В, 10А, 300Вт

В наличии

1 450 ₽

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь 6-18В до 5В

Артикул: RCK205102

С синхронным выпрямлением, вход 6-18В, выход 5В 3А

В наличии

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь LiPo 3.7 В с модулем зарядки

Артикул: DC-DC-Up-18650

Вход 4.5-8В, выход 4.3-27В

Под заказ

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь LM2577

Артикул: DC-DC-Up-LM2577

Вход 3.5-35В, выход 5-56В, 3А

Под заказ

Цена по запросу

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь 150Вт

Артикул: DC-DC-Up-10V-32V

Вход 10-32В, выход 12-35В, 10A, 150Вт

Под заказ

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь 400Вт

Артикул: DC-DC-Up-12A-400W

Вход 8. 5-50В, выход 10-60В, 12А, 400Вт

Под заказ

Повышающий DC-DC Step Up преобразователь 600Вт

Артикул: DC-DC-Up-10A-600W

Вход 10-60В, выход 12-80В, 10А, 600Вт

Под заказ

1 000 ₽

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь XL4005

Артикул: DC-DC-Down-XL4005

Вход 4-38В, выход 1.25-32В, 5А

Под заказ

Цена по запросу

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь XL4015

Артикул: DC-DC-Down-XL4015

Вход 4-38В, выход 1.25-36В, 5А

Под заказ

Цена по запросу

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь XL4015

Артикул: DC-DC-Down-XL4015E1-5A

Вход 4-38В, выход 1.25-36В, ток регулируемый до 5А

Под заказ

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь 300Вт 20А

Артикул: DC-DC-Down-20A

С синхронным выпрямлением, вход 6-40В, выход 1.2-35В, 20А

Под заказ

Цена по запросу

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь 6-48В до 5В

Артикул: RCK205101

С фильтром, вход 6-48В, выход 5В 3А

Под заказ

Понижающий DC-DC Step Down преобразователь XL4016E1

Артикул: DC-DC-Down-XL4016E1

Вход 4-40В, выход 1. 25-36В, 8А

Под заказ

Цена по запросу

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный?

Преобразователи постоянного тока в постоянный — это устройства, которые временно накапливают электрическую энергию с целью преобразования постоянного тока (DC) с одного уровня напряжения на другой. В автомобильных приложениях они являются важным посредником между системами различных уровней напряжения по всему транспортному средству.

Схема управления играла роль преобразователя постоянного тока в традиционную электрическую архитектуру 12 В, которая доминировала в автомобильной промышленности, начиная с 1950-е годы. На протяжении десятилетий новые функции и инновации увеличивали сложность электрической и электронной архитектуры транспортных средств, включая введение круиз-контроля в 1950-х годах, функций контроля выбросов в 70-х и электрических центров в 90-х. Преобразователи постоянного тока в постоянный обеспечили этот рост, понизив мощность от батареи 12 В до электрических систем с более низким напряжением, таких как приборная панель, развлекательная система, светодиодное освещение и датчики (для которых может потребоваться всего 3,3 В). Эти низковольтные преобразователи постоянного тока по-прежнему являются важной частью схемы управления во всех транспортных средствах сегодня — как в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания, так и в электромобилях с аккумуляторными батареями (BEV).

BEV потребляют гораздо больше электроэнергии, что требует более надежного преобразователя постоянного тока в постоянный. Системы с напряжением выше 60 В считаются высоковольтными; типичные батареи BEV варьируются от 400 до 800 В. Напряжение должно быть снижено, скажем, до 48 В для питания кондиционера и до 12 В и ниже для питания многочисленных электронных устройств в автомобиле. Возможно, также придется повысить напряжение — например, если аккумулятор с напряжением 400 В подключен к зарядной станции с напряжением 800 В.

Расширение программных функций, включая активную безопасность, возможность подключения и информационно-развлекательную систему, только усложнило низковольтную архитектуру. BEV должны обеспечивать достаточную мощность для привода колес автомобиля, а также иметь возможность понижать ток для работы всех низковольтных устройств, составляющих программно-определяемый автомобиль. И они должны быть достаточно надежными, чтобы соответствовать требованиям функциональной безопасности, предъявляемым к функциям автономного вождения и передовым системам помощи водителю. 9Преобразователи постоянного тока в постоянный для высокого напряжения электромагнитные помехи, создаваемые повышенным током. Поскольку разработчики электромобилей стремятся по возможности уменьшить размер и вес, чтобы увеличить запас хода транспортных средств, они обращаются к преобразователям постоянного тока с более высокой удельной мощностью, измеряемой в киловаттах мощности на единицу объема.

Для понижения напряжения с 400 В или 800 В до 12 В требуется преобразователь постоянного тока мощностью от 700 Вт до 4 кВт или даже до 12 кВт для коммерческого автомобиля.

Задача состоит в том, чтобы оптимизировать пространство, сохраняя при этом максимально возможный уровень безопасности и эффективности. В то время как некоторые автопроизводители сохранили батарею на 12 В в дополнение к основной батарее на 400 В или 800 В, в новых конструкциях достигается более высокая эффективность за счет объединения батареи большего размера с более сложным преобразователем постоянного тока в постоянный, тем самым уменьшая вес, стоимость и обслуживание. отдельный аккумулятор 12В.

Программное обеспечение, управляющее преобразователем постоянного тока, является ключом к обеспечению эффективности преобразования, а знание всей архитектуры транспортного средства используется при проектировании программного и аппаратного обеспечения. В то время как высоковольтные компоненты транспортных средств являются относительно новой областью для отрасли, Aptiv опирается на многолетние знания о том, что необходимо OEM-производителям, чтобы лидировать в решениях для электрификации транспортных средств. Многофункциональные программно-определяемые транспортные средства завтрашнего дня должны быть достаточно компактными и энергоэффективными, чтобы поддерживать функции, которые ожидают OEM-производители и потребители, такие как беспроводные обновления, кибербезопасность, автономное вождение, повышенная безопасность и состояние. -искусство пользователей.

Опыт компании Aptiv в работе с мозгом и нервной системой автомобиля позволяет нам оптимизировать электрические/электронные системы и упаковочное пространство, сохраняя при этом производительность, функциональную безопасность, а также вычислительные и энергетические потребности.

Как работают преобразователи постоянного тока. Основы схем

Преобразователь постоянного тока в постоянный представляет собой схему силовой электроники, которая эффективно преобразует постоянный ток из одного напряжения в другое напряжение. Без сомнения, преобразователи постоянного тока играют важную роль в современной электронике. Это связано с тем, что они предлагают несколько преимуществ по сравнению с линейными регуляторами напряжения. В частности, линейные стабилизаторы напряжения рассеивают много тепла и имеют очень низкий КПД по сравнению с импульсными регуляторами, используемыми в преобразователях постоянного тока.

В этом уроке мы поговорим о преобразователях постоянного тока, о том, как они работают и как создавать схемы для них. Существует много типов преобразователей постоянного тока, но мы ограничим объем этого руководства повышающими и понижающими преобразователями.

Введение в преобразователи постоянного тока

Прежде чем мы углубимся в принципы работы преобразователей постоянного тока, давайте рассмотрим пример, показывающий, почему они так полезны. Предположим, мы хотим построить схему со следующими требованиями:

• Сопротивление нагрузки 2 Ом
• Источник питания постоянного тока 12 В
• Напряжение нагрузки 5 В

Нам нужно понизить напряжение батареи 12 В, чтобы питать нагрузку 5 В. Таким образом, мы можем включить последовательно с нагрузкой резистор на 2,8 Ом, чтобы обеспечить необходимое напряжение.

Расчет эффективности преобразователя постоянного тока

Эффективность схемы можно рассчитать следующим образом:

Из этих расчетов видно, что нагрузка потребляет только 12,5 Вт входной мощности. Оставшаяся часть (30 – 12,5 = 17,5 Вт) превращается в тепло.

Это слишком расточительно. Если вы прикоснетесь к последовательному резистору, он будет горячим, и вам, возможно, придется включить механизмы для охлаждения вашей схемы. В качестве попытки найти более эффективное решение взгляните на схему, показанную на схеме ниже:

Когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, входное напряжение равно 0 В, а когда переключатель находится в положении ВКЛ, входное напряжение равно 12В. На приведенной ниже схеме показаны эквивалентные схемы для положений переключателя ON и OFF соответственно.

Если мы будем управлять переключателем, как показано на диаграмме (а) ниже, мы получим график напряжения, как показано на диаграмме (б) ниже. T — период переключения, измеряемый в миллисекундах или микросекундах.

В этом случае среднее выходное напряжение этой схемы переключения составляет 5 В, поскольку:

Среднее выходное напряжение этой схемы составляет 5 В, но мы можем улучшить форму выходного сигнала, используя схемы RC-фильтра, чтобы избавиться от гармоник.

Если предположить, что коммутатор является идеальным (идеальный коммутатор — это коммутатор, который не потребляет и не рассеивает мощность от источника), мы можем рассчитать эффективность этой схемы как 100%. Когда переключатель находится в положении ON, ток, протекающий через цепь, составляет 6 А. Так как у нас есть идеальный ключ, рассеиваемая мощность P_diss = RI ² = 0 * 9 ² = 0 Вт. Когда переключатель находится в положении OFF, ток через него не протекает, поэтому в этом случае рассеиваемая мощность также равна 0.

Однако в реальных условиях найти идеальный переключатель может быть сложно. Это означает, что в действительности будет рассеиваться некоторая мощность, но эффективность преобразования высока, несмотря на эти рассеивания.

Повышающие преобразователи

Повышающие преобразователи повышают напряжение источника питания. Например, повышающий преобразователь может взять источник питания 5 В и повысить его до 25 В. Как правило, повышающие преобразователи постоянного тока можно найти в зарядных устройствах или солнечных панелях. Их также можно использовать для питания компонентов с разным рабочим напряжением от одной и той же батареи.

Эта конфигурация повышает напряжение постоянного тока до уровня, определяемого выбором компонентов в вашей цепи. Вот общая схема повышающего преобразователя.

Переключатель повышения напряжения в состоянии ON Переключатель повышения напряжения в состоянии OFF

Базовая конфигурация состоит из источника питания постоянного тока (Vin), катушки индуктивности (L), диода (D), переключающего устройства (SW), сглаживающего конденсатора (C) и сопротивление нагрузки (Load). Vвых – выходное напряжение.

Переключатель обычно представляет собой устройство силовой электроники, такое как полевой МОП-транзистор или биполярный транзистор, управляемый ШИМ-сигналом. Этот ШИМ-сигнал работает, переключая транзистор очень быстро, обычно тысячи раз в секунду.

Как работают повышающие преобразователи

Чтобы понять, как работает повышающий преобразователь, давайте сначала разберемся, как работает дроссель.

Напомним, что катушка индуктивности представляет собой пассивный электронный компонент, который может накапливать электрическую энергию в виде магнитной энергии. Мы можем использовать это свойство для управления выходным напряжением нашей схемы. Вот как это работает:

1. Если мы РАЗОМКНУТ переключатель, как показано на диаграмме «Выключенное состояние форсированного переключателя» выше, меньший ток будет течь от батареи, через индуктор, через диод и заряжая конденсатор.
2. Когда мы ЗАМКНУТ переключатель, как показано на диаграмме «Включенное состояние форсированного переключателя» выше, больший ток будет течь от батареи, через катушку индуктивности и через переключатель, потому что теперь у нас есть путь наименьшего сопротивления. Теперь индуктор ведет себя интересно. Поскольку теперь мы имеем большее значение тока, протекающего по цепи, магнитное поле индуктора будет расширяться. Это означает, что индуктор накапливает энергию, и во время этого процесса потенциал на индукторе будет положительным слева и отрицательным справа.
3. Когда мы снова разомкнем переключатель, ток, протекающий по цепи, уже не будет большим из-за высокого импеданса. Когда ток, протекающий через цепь, уменьшается, магнитное поле на катушке индуктивности разрушается. В процессе электрическая энергия, которая была сохранена, теперь высвобождается. Это приводит к изменению полярности катушки индуктивности. Теперь у нас есть отрицательная полярность на левой стороне и положительная на правой стороне катушки индуктивности. Если приглядеться, катушка индуктивности теперь последовательно с батареей.

Ток через индуктор не может измениться мгновенно. Следовательно, индуктор будет пытаться поддерживать это изменение, генерируя большое напряжение. Это означает, что теперь у нас есть напряжение, генерируемое катушкой индуктивности, и напряжение от батареи на конденсаторе. Предположим, мы продолжаем включать и выключать переключатель. У нас будет выходное напряжение, которое выше, чем напряжение батареи.

Как собрать повышающий преобразователь

В этом проекте мы собираем повышающий преобразователь постоянного тока с 1,5 В на 5 В. Вот компоненты, которые вам понадобятся, если вы хотите построить эту схему:

• 1,5 В. может генерировать 50 кГц, 5 В, рабочий цикл 75 %. Это схема силовой электроники, которая понижает напряжение постоянного тока до уровня, определяемого выбором компонентов в вашей схеме.

  В отличие от линейных стабилизаторов, которые снижают напряжение за счет рассеивания мощности в виде тепла, понижающие преобразователи снижают напряжение за счет увеличения тока.

  Вот общая схема понижающего преобразователя.

  Обратите внимание, что это те же компоненты, что и в повышающем преобразователе, но их расположение отличается.

  Как работают понижающие преобразователи

  Чтобы получить выходное напряжение ниже напряжения батареи, мы подключаем переключатель перед катушкой индуктивности. Когда мы включаем и выключаем переключатель в этой конфигурации, среднее выходное напряжение будет ниже, чем напряжение батареи.

  Вот что происходит:

  1. Если переключатель (SW) замкнут, ток будет течь через переключатель в цепь. По мере увеличения тока магнитное поле индуктора будет расширяться. Пока это происходит, индуктор накапливает энергию в своем магнитном поле. Как и прежде, полярность катушки индуктивности будет положительной слева и отрицательной справа. Это противоположное напряжение противодействует напряжению источника и, следовательно, снижает чистое напряжение на нагрузке.
  2. Когда мы разомкнем переключатель, магнитное поле индуктора разрушится, и ток потечет от индуктора через диод. Этот ток будет добавляться к току, который течет во время первого шага, состояния ВЫКЛ.