Преобразователи постоянного тока: Преобразователи постоянного напряжения – инверторы

Преобразователь переменного / постоянного тока

Преобразователи тока — устройства, позволяющие преобразовывать постоянный и переменный ток в переменный или постоянный с нужным напряжением. Выделяют инверторы и выпрямители. Первые необходимы для преобразования постоянного тока в переменный, вторые, наоборот, для преобразования переменного тока в постоянный.  

Такое устройство, как преобразователь тока, служит для обеспечения бесперебойного питания в бытовых условиях, кроме того они используются на производстве, в блоках питания и пр.  

Назначение преобразователя переменного тока в постоянный

Выпрямитель или выпрямительное устройство, называемый еще преобразователь переменного тока в постоянный, может применяться и как самостоятельное устройство, и как элемент системы электрического питания. Такие преобразователи переменного тока, благодаря своим характеристикам и достоинствам, широко применяются на разных мощностях  — малых и средних. Так, выпрямители часто используют в системах сигнализации и видеонаблюдения. Кроме того, такой преобразователь переменного напряжения используется и для заряда батарей (стартерных) в турбинах газовых и двигателях дизельных и пр. 

Назначение преобразователя постоянного тока в переменный

Широкое распространение в быту получил преобразователь постоянного тока в переменный. Он используется для обеспечения домов, отдельных систем, бытовой техники бесперебойным питанием. Отметим, что сами инверторы питаются от промышленных аккумуляторных батарей. 

Если ваши домашние приборы (бытовая техника и прочее) подключены к общей сети с помощью таких преобразователей постоянного напряжения в переменное, то при отключениях электроэнергии вся техника в доме будет питаться от аккумуляторных батарей. Когда же подача энергии будет восстановлена, преобразователи постоянного тока переключатся на заряд батарей. 

Это устройство используется и когда вам приходится страдать от перепадов напряжения в сети: скачки, падения, полное отсутствие. В таких обстоятельствах инвертор всю нагрузку переключает на себя, защищая вашу технику. 

Примеры использования преобразователей постоянного/переменного тока

Часто инверторы, преобразователи постоянного в переменный ток используются в автомобилях. Они служат для подключения к сети зарядных устройств для мобильных телефонов, ноутбуков, портативных телевизоров и прочего. Их также применяют при обустройстве сети в коттеджах и загородных домах в районах, где существуют проблемы с электроснабжением. Могут использоваться и в обычных квартирах, офисах, на производстве и др.

Дополнительные статьи:

Измерительные преобразователи постоянного тока, напряжения

Для получения консультаций по вопросам выбора и поставки измерительных преобразователей постоянного тока и напряжения обратитесь, пожалуйста, к нашим специалистам по телефону +7 (495) 510-11-04 или просто нажмите кнопку ЗАКАЗАТЬ.

Функции в системе

Требования современных потребителей к качеству электроэнергии, напряжению и роду тока значительно отличаются, что вызывает необходимость в использовании специальных устройств – преобразователей (инверторов). Подобрать инвертор постоянного напряжения для изменения параметров тока можно в каталоге компании «Энергометрика».

Основное назначение приборов

Система электроснабжения – основа для работы электронного и промышленного оборудования. Подключение некоторых агрегатов требует изменения вольтажа сети – для быстрого и качественного решения этой задачи используют преобразователь напряжения постоянного тока. Электротехнический прибор широко применяется в быту и на производстве. Основная задача устройства в цепи – преобразование постоянного тока в переменный с заданными параметрами. Встроенная электронная «начинка» позволяет полностью программировать работу инверторов.

Преобразователь постоянного электрического тока в системе выполняет ряд важных функций:

• Защитную. Современные агрегаты даже при незначительных колебаниях напряжения выходят из строя, а компьютерная техника теряет важную информацию. Чтобы подобного не произошло, специалисты рекомендуют купить и установить инвертор постоянного тока. Прибор защитит технику, подключенную к линии, от перегрузок, коротких замыканий, перегрева и негативного воздействия высокого напряжения.
• Устройства используются не только в качестве отдельного элемента, но также входят в состав системы или источника бесперебойного питания. При неожиданном кратковременном отключении электроэнергии инвертор выступит резервным (аварийным) источником тока. Пользователь сможет корректно завершить работу компьютера или отключить другую технику.
• Электротехнический прибор позволяет контролировать параметры электросети, автоматизировать технологические процессы, обеспечить правильное функционирование оборудования разного вольтажа.

Измерительные преобразователи постоянного тока – надежные помощники в проектировании и построении электросетей. ООО «Энергометрика» поставляет высокоточные и удобные в эксплуатации инверторы с разными техническими параметрами. Устройства имеют небольшие габариты, что упрощает их монтаж и обслуживание.

Преобразователи тока (инверторы)

Преобразователи тока (инверторы) позволяют получить от аккумуляторов и других источников постоянного тока переменный, подходящий для запитывания стандартной электротехники. Устройство выдает стабильные 220 В и может применяться для подключения различных бытовых приборов и инструментов в условиях, когда до сетевой розетки добраться нет возможности.

Как работает преобразователь постоянного тока (инвертор)?

Устройство подключается к прикуривателю автомобиля через соответствующий разъем либо напрямую к аккумулятору при помощи специальных токопроводящих зажимов. Контроллер осуществляет периодическое переключение полярности, что обеспечивает переменный ток с необходимой частотой (как правило, 50 Гц). На выходе осуществляется повышение напряжения до 220 В при помощи повышающего трансформатора.

Выходной сигнал может иметь следующую форму:

1. Прямоугольная. 
2. Ступенчатая.
3. Синусоидальная.

Последний вариант является наиболее подходящим для подключения высокоточной современной электроники, а первые два используются, в основном, для различного бытового оборудования и электроинструментов.

Выбирая инвертор, важно обратить внимание на его выходную мощность – она должна быть достаточной для тех электроприборов, которые планируется к нему подключать.

Приобретение и доставка

Компания «Автоэлектрика» предлагает надежные преобразователи тока (инверторы) для автомобилистов. Все представленные в ассортименте модели имеют КПД 90% и способны выдавать 3-кратную пиковую мощность от номинального значения. В устройствах реализованы защитные системы, препятствующие повреждению устройства при перегрузке или перегреве. 

Чтобы купить преобразователь напряжения (инвертор), обратитесь к нашим менеджерам. Специалисты интернет-магазина проконсультируют вас по вопросам выбора, помогут определиться с подходящей моделью и оформить заказ. Весь ассортимент можно забрать самовывозом или заказать с доставкой по Москве и области.

Преобразователь напряжения: применение, классификация, конструкция

Преобразователь напряжения – устройство, изменяющее вольтаж цепи. В литературе зарубежной подразумевается: речь касается цепей переменного напряжения, в противном случае устройство называют преобразователем постоянного тока. Последние рассматриваются полноценными членами семейства.

Назначение преобразователей напряжения

Необходимость использования устройств подобного рода возникает, когда требуется электрический прибор внедрить в регионе, где стандарты промышленных сетей снабжения энергией отличаются от заложенных разработчиками изделия. Частоты и амплитуда напряжения США противопоставлены Европе, России. Видим ряд причин. Тесла заметил: при увеличении частоты возможно драматически снизить вес медной обмотки трансформатора, при достижении параметром значения 700 Гц электричество становится в большой мере безопасным для человеческого организма. Параллельно растут потери сердечников, начинается излучение электромагнитной волны в пространство.

Преобразователь вольтажа

Оценив весомость аргументов, США под влиянием Николы Тесла узаконили частоту 60 Гц. В России (Европе) приняли к сведению доводы прославленного инженера Доливо-Добровольского (обосновал выгодность использования трехфазных сетей). На протяжении Евразии стали эталоном де-факто 50 Гц. Амплитуды напряжения выбирали удобную. 220 вольт опасны для человека, потребитель одновременно затрачивает меньший ток. Сечение медных проводников допустимо ощутимо снизить. Американские 110 вольт переменного тока нельзя считать безопасными полностью. Люди осведомлены, наученные боевиками, не раз главный герой уничтожал врага электрическим разрядом местной энергосети.

Влияние параметров на технику описываются просто:

1. Частота оборотов двигателя определена амплитудой приложенного напряжения. Скорость вращения вала асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором напрямую зависит от частоты питающей сети.
2. Нагревательные приборы рассчитаны на рабочий ток, пропорциональный величине напряжения. Сопротивление преимущественно активное. Мощность изменяется вчетверо (ток берется в квадрате) при аналогичном варьировании между сетями 110/220 вольт. Потребитель ожидает от изделия номинальных параметров, прибор может быть не рассчитан на нестандартную эксплуатацию.
3. Бытовая техника в составе часто использует напряжения отличные от сетевых со строго определенной амплитудой. Обеспечиваются условия блоком питания. Для нормальной работы требуется преобразователь напряжения.

Зачем мировой практике разные напряжения

Электрификация в массовом порядке велась с начала XX века. Участвовало великое количество людей, каждый преследовал, помимо объективных, собственные интересы. Эдисон продвигал постоянное напряжение, Тесла назло – переменное. Доливо-Добровольский имел основания недолюбливать второго ученого (конфликт интересов в сфере трёхфазных сетей), возможно, частоту 50 Гц ввел наперекор США, Европа прислушалась к мнению более близкого той окрестности инженера.

Что касается СССР, нет сомнений: вольтаж на 220 вольт оставлен только из военных, стратегических соображений противостояния в холодной войне. Диаметр сигареты соответствовал калибру патрона для скорейшего перевода оборудования на выпуск специфической продукции.

Местоположение преобразователей напряжения в общей классификации

С позволения авторов Википедии приведем классификацию преобразователей электроэнергии различного рода, чтобы читатели понимали, где расположился объект сегодняшней беседы:

• Постоянного тока:

1. Преобразователи уровня напряжения (обсуждался выше).
2. Регуляторы напряжения.
3. Линейный стабилизатор напряжения.

Базовый регулятор линейного напряжения

• Переменный ток в постоянный:

1. Выпрямители.
2. Блоки питания.
3. Импульсные стабилизаторы напряжения.

• Постоянный ток в переменный:

1. Инверторы.

• Переменного напряжения:

1. Трансформаторы различного рода.
2. Преобразователи напряжения.
3. Регуляторы напряжения.
4. Преобразователи формы и частоты напряжения.
5. Трансформаторы переменной частоты.

Преобразователи напряжения образуют еще два класса. Блоки питания в первую очередь. Каждый содержит в своём составе преобразователь напряжения. Трансформатор. Преобразователи уровня подходят под отечественное определение предмета беседы, выделяются в отдельный класс. Вопрос ставится книгой М.А. Шустова по рассматриваемой теме.

Классификация преобразователей напряжения

Проведём первичную классификацию преобразователей напряжения:

• В первую очередь, блоки питания аппаратуры. Уверены, читателям близкими покажутся системные блоки персональных компьютеров. Заглянем внутрь. Импульсный блок питания персонального компьютера содержит трансформатор с множеством обмоток, каждая работает на один номинал. Из переменного напряжения 230 (или 110) вольт получается ряд постоянных: +5, -5, +12, -12. Но! Последующим выпрямлением переменного тока диодами Шоттки.

  Переключатель напряжения встроен в блок питания

• Во вторую очередь, адаптеры для локализации оборудования. В большей части бытовой техники опция считается встроенной в блок питания (см. фото). Достаточно переключить тумблер на задней стенке системного блока, изменяя условия работы. Будьте бдительны, избегайте неправильных настроек напряжения, дабы не вывести оборудование из строя.
• Адаптеры сотовых телефонов, гаджетов нельзя в полной мере назвать преобразователями напряжениями. Скорее модули, включающие предмет сегодняшней темы в свой состав.

Используя обычные трансформаторы или автотрансформаторы для преобразования амплитуды напряжения, помним о частоте. Многие двигатели, сконструированные для работы на 60 Гц, будут перегреваться сетями 50 Гц, пусть амплитуда напряжения соответствует заданной. Что касается встроенных опций блоков питания, далеко не всегда присутствует возможность переключить настройки. Изделие способно маркироваться наклейкой (помимо заводского шильдика), доступно поясняющей условия работы прибора, согласно предназначению. Что касается расхождений между Европой и Россией (230 – 220 = 10 вольт), указанное несоответствие не сильно влияет на работу (есть негативные моменты). Отмечали в предыдущих топиках влияние параметра на срок службы лампочек накала, электронных ламп.

Маркировка наклейкой

В соответствии с конструкцией в электронике преобразователи напряжения делят так:

1. Бестрансформаторные конденсаторные.
2. С коммутируемыми конденсаторами.
3. Мультиплексорные.
4. Импульсные преобразователи.
5. Импульсные источники питания.
6. Трансформаторные с импульсным возбуждением.
7. Автогенераторные.
8. На пьезоэлектрических трансформаторах.

Конструкция преобразователей напряжения

С ростом частоты увеличиваются потери, вызванные вихревыми токами, в сердечниках трансформаторов. Явление пытаются пресечь путем шихтования. Сердечник разделяется на пластины, с плоскостью параллельной линиям магнитного поля. Используется особая электротехническая сталь с высоким удельным сопротивлением.

По мере роста частоты магнитный поток вытесняется толщей сердечника наружу. Ферромагнитные материалы применяют для увеличения индуктивности. На высоких частотах становится нецелесообразным по указанной выше причине. Магнитная проницаемость перестает расти, нет смысла изготавливать подобный сердечник. На ВЧ широко используются магнитодиэлектрики прессованным порошком. Устраняя потери, созданные вихревыми токами. Сила магнитного потока сильно снижается. Периодичность законов изменения тока, напряжения диктует следующее правило…

Энергия, запасенная преобразователем за период, пропорциональна квадрату емкости или индуктивности системы.

В устройствах используют накопители индуктивного или емкостного типа. Это объясняет применение ферромагнитных материалов блоками питания, объясняет, почему Тесла в опытах шел иным путем. Ученый для создания токов высокой частоты использовал колебательные контуры. Аналогичным путем сегодня движется техника преобразователей напряжения. Для постоянного тока конструкция выглядит такова:

1. Входное напряжение становится одновременно питающим.
2. Сердцем преобразователя выступает генератор переменного напряжения. Известный мультивибратор (триггер на двух транзисторах), изображение доступно повсеместно. Иногда выгодно применять готовые микросхемы промышленных серий, инверторы.
3. Результирующее напряжение переменное, часто прямоугольной формы. При необходимости усиливается, умножается или понижается (при помощи коммутируемых конденсаторов), выпрямляется, получается нужная полярность (преобразователь полярности напряжения). Заметим: эти каскады иногда выполнены на микросхемах. Мультиплексоры широко применяются для коммутации конденсаторов, запасающих мощность.

Преобразователь напряжения не строится напрямую без трансформатора. Однако если отклоняться от строго определения, удастся решить разнообразные задачи. Любой мультивибратор содержит цепочку RC, что и применил Тесла. Для получения напряжения нужно полярности применяется должным образом выполненное включение диодов и фильтрующих конденсаторов. Выпрямитель делается мостовым (см. Диодный мост).

Подобные схемы на практике встречаются в электронике по простой причине: сложно получить высокую мощность. Не создано полупроводниковых ключей, обходящих ограничение, емкости конденсаторов потребовались бы просто гигантские. Поэтому производители постоянно борются за экономию электроэнергии.

Системный блок ПК применяет импульсные трансформаторы, генерации стабильной чистоты используются кварцевые резонаторы. Укажем отличие. Работа с высокочастотным напряжением, позволяет значительно уменьшить количество запасенной за период колебания энергии. Габариты трансформаторов можно сильно уменьшить, вредные ферромагнитные сердечники выбросить вовсе, понизив вес. Имеются конструктивные особенности и другого рода. Как пишет выдающийся схемотехник М.А. Шустов:

1. Индуктивные преобразователи меньших габаритов при прочих равных. Поэтому применяются для повышенных мощностей. Что видим на примере трансформаторов.
2. Что касается емкостных преобразователей, выгодно использовать для малых мощностей. Вспомним о мультивибраторах с RC цепочкой.

Слышали про «трансформаторы» постоянного напряжения. Допустимо отнести к конструктивным особенностям. В составе генератора используется звено обратной связи – кристалл кварца. Запасающий конденсатор управляет режимом работы транзистора, переменное напряжение в виде акустической волны проходит пьезоэлемент. В силу очевидных обстоятельств рабочие частоты лежат в области единиц МГц, мощность мала. Понятно, что напрямую постоянное напряжение система передавать неспособна, термин трансформатор применяется иносказательно.

Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Преобразователь переменного тока в постоянный может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрифицированных железных дорог. Предложенный преобразователь содержит трехфазный трансформатор (1) с двумя вторичными обмотками, каждая из которых содержит по две обмотки, одну, выполненную по схеме звезды, вторую – по схеме обратной звезды, соединенных нулевыми точками в шестифазную звезду, и двенадцать вентилей (2…13). Числа витков фазных обмоток, составляющих обратные звезды (или звезды), и числа витков фазных обмоток, составляющих звезды (или обратные звезды), находятся в соотношении. Каждый из шести вентилей (3, 5, 7, 9, 11, 13) соединяет пару противофазных выводов фазных обмоток двух шестифазных звезд. В данном случае аноды вентилей (3, 7, 11, 9, 13, 5) подключены соответственно к выводам фаз а, в, с, х, у, z одной шестифазной звезды, а катоды соответственно к выводам фаз х′, у′, z′, а′, в′, с′ второй шестифазной звезды. Группы вентилей (2, 6, 10) и (8, 12, 4) образуют соответственно анодную и катодную вентильные звезды; катоды вентилей анодной звезды соединены соответственно с фазами х, у, z одной шестифазной звезды, а аноды катодной звезды, соответственно, с фазами х′, у′, z′ другой шестифазной звезды. Общие точки анодной и катодной вентильных звезд образуют выходные выводы устройства соответственно (14) и (15), к которым присоединена нагрузка (16). Предложенный преобразователь переменного тока в постоянный обеспечивает технический результат – более высокое качество преобразования. 4 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямленное напряжение, содержащий 12 вентилей, образующих две мостовые схемы и трансформатор, вторичная обмотка которого, поделенная в каждой фазе на три секции, соединена в двухсторонний встречно-встречный неравносторонний зигзаг – трехлучевую звезду (А.с. SU №1282291, МПК Н02М 7/162. Мостовой преобразователь электроэнергии / A.M.Репин. Бюл. №1, 1987).

Данный преобразователь имеет невысокие энергетические показатели, что обусловлено параметрической несимметрией цепей протекания тока нагрузки при формировании смежных пульсаций. Наличие частей обмоток с тремя численными значениями витков этих частей усложняет технологию равномерного размещения частей на стержнях трансформатора, а в ряде случаев приводит к конструктивной несимметрии результирующих напряжений вторичных обмоток, что снижает качество преобразования электроэнергии.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямленное напряжение, содержащий трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, части которой образуют правильный замкнутый шестиугольник, к трем, чередующимся через одну, вершинам которого подключены дополнительные обмотки встречно с соответствующей им парой смежных по фазе основных частей и шестиячейковый вентильный мост (А.с. SU №1347133, МПК Н02М 7/08. Мостовой источник постоянного напряжения (его варианты) / A.M.Репин. Бюл. №39, 1987).

Данный преобразователь также подвержен снижению энергетических показателей, обусловленному параметрической несимметрией цепей тока при формирования смежных пульсаций. Кроме того, большое различие количества витков частей обмоток усложняет технологию равномерного размещения их на стержнях трансформатора, а в ряде случаев приводит к конструктивной несимметрии напряжений обмоток, снижающей качество преобразования параметров электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного тока в постоянный (Репин A.M. Новые базовые технические решения и классификация вентильных преобразователей энергии // Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, 1985. – Вып.6. – С.71, рис.10, з), обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямление и содержащий двенадцать вентилей, соединенных в два трехфазных вентильных моста, образующих шестифазный вентильный мост из шести вентильных ячеек с двумя последовательно согласно соединенными вентилями в каждой, и трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, выполненной по схеме несимметричной шестифазной звезды, состоящей из симметричных обратных друг другу звезд, соединенных нулевыми точками, с отношением чисел витков фазных обмоток обратных друг другу звезд, равным , входы переменного тока шестифазного вентильного моста, образованные точками соединения вентилей в ячейках, соединены с фазными выводами шестифазной звезды, а выводы постоянного тока шестифазного моста, каждый из которых образован общими точками соединения одноименных электродов двух вентильных звезд (анодных звезд для одного вывода и катодных – для другого) образуют выходные выводы устройства.

Недостатком данного преобразователя является относительно невысокое качество преобразования, снижение которого обусловлено параметрической несимметрией цепей протекания тока нагрузки в смежных циклах образования пульсаций выпрямленного напряжения, приводящей к появлению неканонических гармоник в спектре выпрямленного напряжения.

Задача изобретения – создание преобразователя переменного тока в постоянный, имеющего более высокое качество преобразования.

Указанная задача достигается тем, что в преобразователе переменного тока в постоянный, содержащем двенадцать вентилей, образующих две вентильные группы, каждая из которых содержит по три вентильных ячейки из двух последовательно согласно соединенных вентилей, а одноименные свободные электроды половины вентилей первой вентильной группы и свободные электроды другого наименования, принадлежащие половине вентилей второй группы, соединены, образуя при этом анодную и катодную вентильные звезды, общие точки соединения электродов вентилей в которых образуют выходные выводы устройства, и трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, выполненной по схеме несимметричной шестифазной звезды, состоящей из симметричных обратных друг другу звезд, соединенных нулевыми точками, а отношение чисел витков фазных обмоток обратных друг другу звезд равно , причем каждый вывод фазной обмотки звезды (обратной звезды), имеющей большее число витков, присоединен к незадействованной точке соединения вентилей ячейки, принадлежащей первой вентильной группе, трансформатор преобразователя снабжен дополнительной аналогичной вторичной обмоткой, каждый вывод фазной обмотки звезды (обратной звезды) которой, имеющей большее число витков, соединен с незадействованной точкой соединения вентилей ячейки, принадлежащей второй вентильной группе, причем каждый свободный вывод фазной обмотки, принадлежащей одной шестифазной звезде, соединен со свободным электродом одного из вентилей вентильных групп, второй электрод которого соединен с противофазным данному выводу выводом фазной обмотки, принадлежащей другой шестифазной звезде.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 – векторные диаграммы напряжений, представленные в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток, и развернутые векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования векторов результирующих напряжений; на фиг.3 – схема работы вторичных обмоток и вентилей преобразователя; на фиг.4 – временные диаграммы выпрямленного напряжения, обратных напряжений и токов вентилей.

Преобразователь (фиг.1) содержит трехфазный трансформатор 1 с двумя вторичными обмотками, каждая из которых содержит по две обмотки, одну, выполненную по схеме звезды, вторую – по схеме обратной звезды, соединенных нулевыми точками в шестифазную звезду, и двенадцать вентилей 2…13. Числа витков фазных обмоток, составляющих обратные звезды, и числа витков фазных обмоток, составляющих звезды, находятся в соотношении . Каждый из шести вентилей 3, 5, 7, 9, 11, 13 соединяет пару противофазных выводов фазных обмоток двух шестифазных звезд. В данном случае аноды вентилей 3, 7, 11, 9, 13, 5 подключены соответственно к выводам фаз а, в, с, х, у, z одной шестифазной звезды, а катоды соответственно к выводам фаз х′, у′, z′, а′, в′, с′ второй шестифазной звезды. Группы вентилей 2, 6, 10 и 8, 12, 4 образуют соответственно анодную и катодную вентильные звезды; катоды вентилей анодной звезды соединены соответственно с фазами х, у, z одной шестифазной звезды, а аноды катодной звезды соответственно с фазами х′, у′, z′ другой шестифазной звезды. Общие точки анодной и катодной вентильных звезд образуют выходные выводы устройства соответственно 14 и 15, к которым присоединена нагрузка 16.

Принцип работы преобразователя (фиг.1) иллюстрируется векторными диаграммами напряжений, представленными в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток (фиг.2, а)), составляющих две несимметричные (по амплитудам фазных напряжений) шестифазные системы напряжений вторичных обмоток, и развернутой на фазовой плоскости совмещенной векторной диаграммой, показывающей принцип формирования результирующих напряжений, представленных векторами S1…S12 (фиг.2, б)). В каждой вторичной обмотке, состоящей из гальванически связанных между собой нулевыми точками прямой и обратной звезд, отношение чисел витков фазных обмоток, составляющих (в данном случае) обратные звезды, к числам витков фазных обмоток, составляющих звезды, равно . При таком соотношении чисел витков обеспечивается равенство результирующих напряжений по амплитуде и фазовых сдвигов между ними в 30 эл. градусов.

Формирование двенадцатипульсного выпрямленного напряжения на нагрузке поясняется векторными диаграммами, которые на фиг.2 совмещены с текущими композициями соединения фазовых портретов напряжений вторичных обмоток. Так, первый вектор результирующего напряжения S1 является суммой коллинеарных векторов фазных напряжений вторичных обмоток фаз х, а, х′ и отстающего на 60 эл. град. вектора фазного напряжения фазы z′ трансформатора. В формировании вектора S12 вместо вектора напряжения фазы z′ участвует опережающий вектор напряжения фазы у′. Таким образом, можно убедиться, что данная и каждая последующая пара векторов результирующих напряжений формируется равными по модулю векторами фазных напряжений. За период формируется двенадцать одинаковых результирующих напряжений, образующих двенадцатифазную систему результирующих выпрямляемых напряжений. Обе шестифазные системы напряжений при этом синфазны друг относительно друга. Как пример, на фиг.2, в) приведен другой, из множества возможных, вариант исполнения вентильных обмоток, основу которого составляет правильный шестигранник.

Схема работы обмоток и вентилей (фиг.3), полученная из анализа диаграмм на фиг.2, б), позволяет определить, что все фазные обмотки, образующие обратные звезды, проводят ток 180 эл. град. за период сетевого напряжения, а обмотки, образующие прямые звезды – 60 эл. град. (без учета коммутации). Вентили анодной и катодной вентильных звезд имеют угол проводимости 120 эл. град. Остальные вентили имеют угол проводимости 60 эл. град. Ток нагрузки в интервале пульсации обтекает три вентиля. Порядок вступления вентилей 2…13 в работу отражен в их нумерации на схеме фиг.1.

Исходя из геометрического построения диаграмм векторов результирующих напряжений (фиг.2) определено максимальное значение выпрямленного напряжения при идеальной коммутации и соответственно его среднее значение. Приняв за относительную единицу (о.е.) амплитуду напряжения на вторичной фазной обмотке, имеющей наибольшее число витков, в соответствии с векторными диаграммами на фиг.2 получено среднее значение выпрямленного напряжения U do =3,308 о.е.

По результатам анализа работы вторичных обмоток (фиг.3) определена мощность вторичных обмоток трансформатора преобразователя, составившая 1,29 P d (P d – мощность нагрузки). Расчетная типовая мощность трансформатора предлагаемого преобразователя равна 1,15 P d , но этот показатель при исполнении обмоток по схеме шестифазной звезды возрастает на 5-6% из-за необходимости компенсации переменного потока намагничивания. Однако при выполнении обмоток по схемам замкнутого типа данный показатель улучшается. Например, при выполнении обмоток по варианту, приведенному на диаграммах Фиг.2,в), типовая мощность трансформатора равна 1,083 Р d , но технология его изготовления усложняется

На Фиг.4, а) показана временная диаграмма выпрямленного напряжения, полученная при схемотехническом моделировании и подтверждающая двенадцатипульсный режим работы преобразователя. Моделирование показало, что при нарушении принятого соотношения между числами витков разновеликих вентильных обмоток более чем на 15%, например, при соотношении

значительного искажения кривой выпрямленного напряжения от канонической формы не происходит. Отсутствие амплитудной несимметрии в пульсациях выпрямленного напряжения в этом случае обусловлено принятой для преобразователя топологией цепей формирования результирующих напряжений (фиг.2). Наблюдается лишь незначительное рассогласование фазовых сдвигов между результирующими напряжениями (максимумами пульсаций). На фиг.4, б) приведены диаграммы кривых тока и обратного напряжения для одного из вентилей катодной группы (вентиль 8), а на фиг.4, в) – аналогичные диаграммы для вентиля группы, соединяющей шестифазные звезды (вентиль 5). При сравнении последних временных диаграмм (или из анализа векторных диаграмм) видно, что максимальные обратные напряжения вентилей анодной и катодной групп составляют 0,524 от среднего значения выпрямленного напряжения, а к остальным вентилям приложено напряжение в 1,0472 раза превышающее среднее значение выпрямленного напряжения.

Весьма существенен тот факт, что, даже с учетом применения разных по площади сечения проводов при выполнении фазных обмоток звезд и обратных звезд, активные сопротивления цепей тока при формировании всех результирующих напряжений равны, а реактивные сопротивления при однотипности размещения обмоток по стержням трансформатора также будут равны (без учета поправки, связанной с применением плоского стержневого магнитопровода). Технологичности выполнения обмоток, лучшему потокосцеплению и минимизации индуктивности рассеяния способствует относительно небольшая разность чисел витков фазных обмоток, принадлежащих звездам и обратным звездам. Все это позволяет уменьшить параметрическую несимметрию и, кроме того, в ряде случаев (при различных мощностях преобразователя и (или) разных уровнях выпрямленного напряжения) появляется возможность более точного выполнения принятого расчетного соотношения между числами витков обмоток при их целочисленном исполнении. Таким образом, качество преобразования улучшается.

Данный преобразователь можно строить на основе двух однотипных трансформаторов, а дополнив его аналогичным преобразователем с первичной обмоткой в трансформаторе, осуществляющей сдвиг линейных напряжений вторичных обмоток в 30 эл. град. относительно линейных напряжений вторичных обмоток исходного трансформатора, можно удвоить кратность частоты пульсаций выпрямленного напряжения.

Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного тока в постоянный имеет более высокое качество преобразования, чем прототип.

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий двенадцать вентилей, образующих две вентильные группы, каждая из которых содержит по три вентильных ячейки из двух последовательно согласно соединенных вентилей, а одноименные свободные электроды половины вентилей первой вентильной группы и свободные электроды другого наименования, принадлежащие половине вентилей второй группы соединены, образуя при этом анодную и катодную вентильные звезды, общие точки соединения электродов вентилей в которых образуют выходные выводы устройства, и трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, выполненной по схеме несимметричной шестифазной звезды, состоящей из симметричных обратных друг другу звезд, соединенных нулевыми точками, а отношение чисел витков фазных обмоток обратных друг другу звезд равно , причем каждый фазный вывод обмотки звезды (обратной звезды), имеющей большее число витков, присоединен к незадействованной точке соединения вентилей ячейки, принадлежащей первой вентильной группе, отличающийся тем, что трансформатор преобразователя снабжен дополнительной аналогичной вторичной обмоткой, каждый вывод фазной обмотки звезды (обратной звезды) которой, имеющей большее число витков, соединен с незадействованной точкой соединения вентилей ячейки, принадлежащей второй вентильной группе, причем каждый свободный вывод фазной обмотки, принадлежащей одной шестифазной звезде, соединен со свободным электродом одного из вентилей вентильных групп, второй электрод которого соединен с противофазным данному выводу выводом фазной обмотки, принадлежащей другой шестифазной звезде.

Изобретение относится к устройству для выработки постоянного напряжения из переменного напряжения с параллельно включенными диодными мостами, преимущественно, для энергопитания железных дорог

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока, не предъявляющих повышенных требований к быстродействию, а также для питания различных электротехнических установок, не предъявляющих повышенных требований к пульсации выпрямленного напряжения

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжениямогут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

1.Инвертирующие.
2.Повышающие.
3.Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

1.Ключевой коммутирующий элемент.
2.Источник питания.
3.Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
4.Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
5.Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение иного значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике. Устройство трансформатора включает следующие элементы:

1.Магнитопровод.
2.Первичная и вторичная обмотка.
3.Каркас для обмоток.
4.Изоляция.
5.Система охлаждения.
6.Иные элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Существуют и иные виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

1.Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
2.Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
3.В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
4.Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
5.Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
6.В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

В иды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока;

1) регуляторы напряжения;
2) преобразователи уровня напряжения;
3) линейный стабилизатор напряжения.

Преобразователи переменного тока в постоянный;

1) импульсные стабилизаторы напряжения;
2) блоки питания;
3) выпрямители.

Преобразователи постоянного тока в переменный: инверторы.

Преобразователи переменного напряжения;

1) трансформаторы переменной частоты;
2) преобразователи частоты и формы напряжения;
3) регуляторы напряжения;
4) преобразователи напряжения;
5) трансформаторы разного рода.

Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:

1.На пьезоэлектрических трансформаторах.
2.Автогенераторные.
3.Трансформаторные с импульсным возбуждением.
4.Импульсные источники питания.
5.Импульсные преобразователи.
6.Мультиплексорные.
7.С коммутируемыми конденсаторами.
8.Бестрансформаторные конденсаторные.

Особенности

1.При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
2.Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
3.По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Применение

1.Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6-24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
2.Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
3.Для питания различных цепей;

1) автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
2) радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

4.Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
5.Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.

Достоинства и недостатки

К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:

1.Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
2.Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
3.Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
4.Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
5.Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
6.Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
7.Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.

К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:

1.Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
2.Занимают некоторое место.
3.Сравнительно высокая цена.

Остановимся сначала на выпрямительных измерительных преобразователях. Они предназначаются для выпрямления (детектирования) переменного тока, превращая его в пульсирующий ток, среднее значение которого представляет собой выходную величину и может быть пропорционально пиковому (амплитудному), среднеквадратическому или средневыпрямленному значениям входной величины. В соответствии с этим сами преобразователи классифицируются следующим образом: по параметру переменного напряжения U x~ , которому соответствует напряжение выходной цепи детектора: преобразователь пикового значения, преобразователи среднеквадратического и средневыпрямленного значений напряжения; по схеме входа: преобразователи с открытым и закрытым входом по постоянному напряжению; по характеристике преобразования: линейные и квадратичные преобразователи.

Преобразователь пикового значения – это преобразователь, выходное напряжение которого непосредственно соответствует U max или U min (U в или U н). Преобразователь пикового значения относится к линейным, и может иметь открытый (рисунок 2.1, а) или закрытый (рисунок 2.1, б) вход по постоянному напряжению.

Принцип работы преобразователей пикового значения напряжения заключается в заряде конденсатора C через диод V до максимального (пикового) значения U x~ , которое затем запоминается, если постоянная времени разряда конденсатора C (через резистор R) значительно превышает постоянную времени заряда. Полярность включения диода V определяет соответствие выходного напряжения U x= либо U max (U в), либо U min (U н), а возможные пульсации U x= сглаживаются цепочкой R ф, C ф. Если детектор имеет открытый вход, U x= определяется суммой`U и U в (U н), т.е. соответствует U max (U min). При закрытом входе U x= соответствует U в (U н). Если же U x~ не содержит постоянной составляющей, то схемы, изображенные на рис.2.1,а,б, идентичны, а U x= соответствует U m . В некоторых случаях применяют двухполупериодные пиковые детекторы с удвоением напряжения, позволяющие прямо измерять значение размаха напряжения.

Рисунок 2.1 Схемы преобразователя пикового значения напряжения:

а) – с открытым входом; б) – с закрытым входом.

Существенным достоинством преобразователей пикового значения напряжения являются большое входное сопротивление (равное R/2 для схемы на рисунок 2.1, а и R/3 – для схемы на рисунок 2.1, б) и наилучшие по сравнению с другими типами преобразователей частотные свойства.

Преобразователь среднеквадратического значения – это преобразователь переменного напряжения в постоянный ток (напряжение), пропорциональный U 2 ск. Характеристика преобразования в этом случае должна быть квадратичной, а при наличии постоянной составляющей необходим детектор с открытым входом.

Преобразователь среднеквадратического значения позволяет осуществить преобразование в постоянное напряжение среднеквадратического значения переменных напряжений несинусоидальной формы, поскольку

, гдеU 2 – среднеквадратическое значение напряжения несинусоидальной формы, U k – среднеквадратическое значение гармонических составляющих.

В качестве нелинейного элемента преобразователя, имеющего квадратичную вольтамперную характеристику (ВАХ), можно, например, использовать начальный участок ВАХ полупроводникового диода. Однако участок этот имеет очень малую протяженность, а полупроводниковые приборы имеют большой разброс параметров на этом участке характеристики. Поэтому такие преобразователи строятся на основе диодной цепочки. Такая цепочка позволяет получить ВАХ в результате кусочно-линейной аппроксимации параболической кривой. Схема квадратичного преобразователя с диодной цепочкой показана на рисунке 2.2.

Входное напряжение u вх подводится к широкополосному трансформатору Т1. С помощью диодов V1 и V2 во вторичной обмотке осуществляется двухполупериодное выпрямление. Выпрямленное напряжение воздействует на цепь, состоящую из диодной цепочки V1…V8, делителей напряжения R3…R14 и резистора нагрузки R15. Падение напряжения на нагрузке через фильтр нижних ч

астот Z1 подается на выход преобразователя.

Рисунок 2.2 Структурная схема преобразователя

среднеквадратического значения на основе диодной цепочки.

Выходное напряжение пропорционально среднему значению тока диодной цепочки. Диодная цепочка имеет близкую к параболической вольтамперную характеристику. Поэтому среднее значение выходного напряжения оказывается пропорциональным квадрату среднеквадратического значения входного напряжения.

Как получается квадратичная вольтамперная характеристика? Делители напряжения R3 … R14 подключены к общему стабилизированному источнику напряжения Е. Делители подобраны так, что напряжения смещения U i , подаваемые на диоды, удовлетворяют соотношению U 1 U 2 , в цепи преобразователя будет протекать ток i  = i o + i 1 + i 2 . Крутизна ВАХ будет увеличиваться с ростом U. Выбирая соответствующим образом сопротивления делителей, можно получить ВАХ в виде ломанной линии, приближающейся к квадратичной параболе. Таким образом, квадратичная характеристика синтезируется из начальных участков характеристик ряда диодных ячеек.

Коэффициент преобразования такого преобразователя по току К” v = I/U 2 , где I – среднее значение тока на выходе преобразователя, U – среднеквадратическое значение входного напряжения.

В современных приборах применяются в основном квадратичные детекторы с термопреобразователями, аналогичными преобразователям термоэлектрических амперметров. Такой преобразователь представляет собой сочетание одной или нескольких термопар и нагревателя. Основным недостатком их является квадратичный характер функции преобразования. Этот недостаток устраняется применением дифференциальной схемы включения двух (или более) термопреобразователей, как показано на рис унке 2.3.

При подаче на термопреобразователь ТП 1 измеряемого напряжения U x~ выходное напряжение ТП 1 U 1 = k T U 2 ск.

Кроме термопреобразователя ТП 1 , в схеме имеется второй термопреобразователь ТП 2 , включенный встречно с ТП 1 . На ТП 2 подается напряжение обратной связи, поэтому его выходное напряжение U 2 = k T U 2 3 .

Таким образом на входе УПТ имеет место результирующее напряжение

U 1 – U 2 = k T (U 2 ск – U 2 3), (2.1)

чему соответствует

U 3 = k УПТ k T (U 2 ск – U 2 3). (2.2)

Если параметры схемы выбрать так, чтобы

k УПТ k T U 2 3 >>U 3 , (2.3)

т

о тогда окончательно U 3  U ск, т.е. функция преобразования будет равномерной.

Рисунок 2.3 Структурная схема преобразователя

среднеквадратического значения напряжения

Преобразователь средневыпрямленного значения – это преобразователь переменного напряжения в постоянный ток, пропорциональный U св. Вольтамперная характеристка такого преобразователя должна иметь линейный участок в пределах диапазона входных напряжений. Примером подобного преобразователя может служить двухполупериодный полупроводниковый выпрямитель с фильтром нижних частот. Наиболее распространенными являются мостовые схемы (рис. 2.4). В схеме рис. 2.4,а ток через диагональ моста протекает в одном и том же направлении в течение обоих полупериодов переменного напряжения. В положительный полупериод ток протекает по цепи: верхний входной зажим – диод V1 – диагональ моста – диод V4 – нижний входной зажим; в отрицательный: нижний зажим – диод V3 – диагональ моста – диод V2 – верхний входной зажим.

Направление тока соответствует проводящему направлению указанных диодов. Характеристики реальных диодов не имеют строго линейного участка, как это требуется условиями преобразования. Ток, протекающий через диод при положительном значении входного напряжения

, (2.5)

где R v (U) – сопротивление открытого диода, зависящее от приложенного напряжения, R – сопротивление нагрузки.

Начальный участок характеристики близок к квадратичному. Поэтому будет иметь место погрешность, которая будет тем меньше, чем ближе к линейной будет характеристика диода.

Рисунок 2.4 Структурная схема преобразователя

средневыпрямленного значения напряжения.

Для улучшения линейности вольт-амперной характеристики в диагональ моста последовательно с резистором R включают резистор R доб, сопротивление которого намного больше сопротивления открытого диода R v (U).

В этом случае

. (2.6)

Зависимость прямого тока от напряжения будет близка к линейной. Уменьшение чувствительности, обусловленное включением R доб, можно компенсировать введением дополнительного усиления.

Схема, представленная на рисунке 2.4,б, отличается от предыдущей тем, что вместо диодов V3 и V4 включены резисторы R1 и R2. В положительный полупериод напряжения ток протекает через диод V1 и резистор R1. Через резистор R2 в этот полупериод ток не протекает, на его зажимах напряжение равно нулю. В отрицательный полупериод напряжения ток протекает через диод V2 и резистор R2.

Уравнение преобразования для рассмотренных схем можно выразить следующим образом:

Для схемы (рисунок 2.4,а)

U o = К v св U св =

, при R v1 = R v2 = R v3 = R v4 = R v (2.7)

Если R >> R v , то U = U св;

Для схемы (рисунок 2.4,б)

U o = К v св U св =

, при R v1 = R v2 = R v ; R1 = R2 = R, (2.8)

Если R >> R v , то U = U св.

Погрешность преобразования обусловлена, главным образом, нелинейностью вольтамперной характеристики диода и влиянием прямого сопротивления диода на ток, протекающий через выпрямительный мост.

Необходимо, однако, добавить, что линейность характеристики таких детекторов будет тем лучше, чем больше U x~ (при малых U x~ детектор становится квадратичным). Поэтому детекторы средневыпрямленного значения, как правило, применяют в вольтметрах второй модификации .

Преобразователь – это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут являться род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По степени управляемости преобразователи электрической энергии подразделяются на неуправляемые и управляемые . В управляемых преобразователях выходные переменные: напряжение, ток, частота – могут регулироваться.

По элементной базе преобразователи электроэнергии подразделяются на электромашинные (вращающиеся) и полупроводниковые (статические) . Электромашинные преобразователи реализуются на основе применения электрических машин и в настоящее время находят относительно редкое применение в электроприводах. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

В современных автоматизированных электроприводах применяются главным образом полупроводниковые тиристорные и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока.

Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и КПД, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого электрического привода, так и технологического оборудования.

Вместе с тем, для полупроводниковых преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Выпрямителем называется преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока.

Неуправляемые выпрямители не обеспечивают регулирование напряжения на нагрузке и выполняются на полупроводниковых неуправляемых приборах односторонней проводимости – .

Управляемые выпрямители выполняются на управляемых диодах – тиристорах и позволяют регулировать свое выходное напряжение за счет соответствующего управления .

Управляемый выпрямитель

Выпрямители могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные выпрямители позволяют изменять полярность выпрямленного напряжения на своей нагрузке, а нереверсивные – нет. По числу фаз питающего входного напряжения переменного тока выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные, а по схеме силовой части – на мостовые и с нулевым выводом.

Называется преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются в составе преобразователей частоты в случае питания электропривода от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании электропривода от источника постоянного напряжения.

В схемах электроприводов наибольшее применение нашли автономные инверторы напряжения и тока, реализуемые на тиристорах или транзисторах.

Автономные инверторы напряжения (АИН) имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Тем самым инвертор напряжения по отношению к нагрузке ведет себя как .

Автономные инверторы тока (АИТ) имеют «мягкую» внешнюю характеристику и обладают свойствами источника тока. Тем самым инвертор тока по отношению к нагрузке ведет себя как источник тока.

Преобразователем частоты (ПЧ) называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Полупроводниковые преобразователи частоты подразделяются на две группы: преобразователи частоты с непосредственной связью и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Преобразователи частоты с непосредственной связью позволяют изменять частоту напряжения на нагрузке только в сторону ее уменьшения по сравнению с частотой напряжения источника питания. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока не имеют подобного ограничения и находят более широкое применение в электроприводе.

Промышленный преобразователь частоты для управления электроприводом

Регулятором напряжения переменного тока называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в регулируемое напряжение переменного тока той же частоты. Они могут быть одно- и трехфазными и используют в своей силовой части, как правило, однооперационные тиристоры.

Регулятором напряжения постоянного тока называется преобразователь нерегулируемого напряжения источника постоянною тока в регулируемое напряжение на нагрузке. В таких преобразователях используются силовые полупроводниковые управляемые ключи, работающие в импульсном режиме, а регулирование напряжения в них происходит за счет модуляции напряжения источника питания.

Наибольшее распространение получил , при котором изменяется длительность импульсов напряжения при неизменной частоте их следования.

Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть. Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (ипи по западной терминологии DC-AC преобразователь).

На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей. В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1…VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4. Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4. Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2. В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.

Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8. От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго – через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1…VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока (“супербета”), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.

В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку. Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.

Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:

Т(ч) = (0,7WU)/P, где W – емкость аккумулятора, Ач; U – номинальное напряжение аккумулятора, В; Р – мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85…0,9.

Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 10…12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.

Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.

В таблице: S – площадь сечения магнитопровода; W1, W2 – количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 – диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.

Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.

Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1…VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее. Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора. При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность – 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.

Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках. Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит. Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром). Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ. При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U. Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02…0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2…5%.

Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3. Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает. Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает “пищать”. Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.

После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В. Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.

В. Д. Панченко, г.Киев

принципы работы и уникальные решения Maxim Integrated

17 декабря 2019

Александр Русу (г. Одесса)

Общий КПД импульсного преобразователя в электронных приборах малой мощности с автономным питанием снижается в основном за счет тока утечки схемы управления. Свести этот ток практически к нулю помогут интегральные DC/DC из новой серии nanoPower производства Maxim Integrated.

На сегодняшний день найти или изготовить самостоятельно высококачественный преобразователь постоянного напряжения мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт не представляет особой сложности. Однако питание оборудования, потребляемая мощность которого измеряется микроваттами, уже является серьезной технической проблемой, ведь при таких уровнях потребления увеличивается относительная величина «накладных расходов» в виде затрат энергии на работу схемы управления, что приводит к ощутимому снижению КПД преобразователя в целом. Кроме этого, практически во всех современных устройствах, питающихся от батарей, активно используются энергосберегающие режимы, в которых все неиспользуемые в данный момент системы отключаются от источника энергии. А это еще больше ужесточает требования к узлам питания, ведь теперь они должны иметь еще и минимально возможный ток утечки в выключенном состоянии.

При этом количество устройств с батарейным питанием с каждым годом постоянно увеличивается, а требования к ним ужесточаются. Поэтому большинство ведущих производителей электронных компонентов регулярно предлагают инженерам новые решения в этой области.

Не осталась в стороне и компания Maxim Integrated, которая не так давно представила линейку микросхем nanoPower, отличающихся сверхмалым энергопотреблением. На сегодняшний день в этой линейке присутствуют малопотребляющие операционные усилители, компараторы, датчики температуры и другие узлы, активно использующиеся в самых разнообразных радиотехнических устройствах. Конечно же, Maxim Integrated не оставил без внимания и сектор DC/DC преобразователей напряжения, разработав в рамках данного направления целые семейства специализированных микросхем с ультрамалым энергопотреблением.

Сравнение линейного и импульсного способов преобразования

Самой популярной схемой преобразователей постоянного напряжения можно назвать понижающую, ведь в реальной аппаратуре задача уменьшения напряжения возникает намного чаще, чем увеличения или изменения его полярности. Но уменьшить входное напряжение можно двумя способами: импульсным и линейным. Поскольку каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки, а значит – и свои области применения, то разработчику необходимо их изучить.

Фундаментальную разницу между линейным и импульсным способами уменьшения напряжения можно понять из рисунка 1. Линейный стабилизатор работает по принципу резистивного делителя напряжения. Его регулирующий элемент (транзистор VT1) функционирует в активном режиме, обеспечивая такое падение напряжения между выводами коллектора и эмиттера, чтобы выходное напряжение V_OUT на нагрузке R_LOAD находилось в заданных пределах. Поскольку через транзистор VT1 протекает весь ток нагрузки I_OUT, КПД данной схемы будет напрямую зависеть от разницы напряжений между входом и выходом (формула 1):

$$\eta =\frac{P_{OUT}}{P_{IN}}=\frac{I_{OUT}\times V_{OUT}}{I_{OUT}\times V_{IN}}=\frac{V_{OUT}}{V_{IN}},\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

где Р_IN и P_OUT – соответственно, входная и выходная мощности преобразователя.

Рис. 1. Сравнение линейного и импульсного способов уменьшения напряжения

И теперь становится очевидным главный недостаток линейных стабилизаторов – чем больше разница напряжений между входом и выходом, тем меньше его КПД, причем практически вся «лишняя» мощность выделяется на регулирующем элементе VT1, что требует установки его на радиатор, размеры которого порой превосходят размеры всех остальных элементов устройства.

До недавнего времени линейные стабилизаторы строились на основе биполярных кремниевых транзисторов, у большинства из которых падение напряжения между коллектором и эмиттером физически не могло быть меньше 1 В. Для стабилизаторов с относительно высоким выходным напряжением (более 5 B) такое падение напряжения было еще вполне приемлемым, однако в современных микроконтроллерных устройствах напряжение питания которых может быть меньше 1 В, использование биполярных транзисторов в таком режиме недопустимо.

В свое время это привело к созданию линейных стабилизаторов, использующих в качестве регулирующих элементов полевые транзисторы, которые, как известно, лишены такого ограничения. Эти стабилизаторы в русскоязычной литературе получили название «стабилизаторы с низким падением напряжения», или LDO-стабилизаторы/регуляторы (Low-Drop Out Regulator). Поскольку при малой разнице напряжений между входом и выходом КПД LDO-стабилизаторов не уступает импульсным преобразователям, а их масса, габариты и уровень электромагнитных помех при этом намного меньше, они до сих пор активно используются в современной технике.

В импульсных преобразователях активный режим полупроводниковых компонентов не используется принципиально. В рассматриваемом примере (рисунок 1) транзистор VT1 работает в ключевом режиме, периодически подключая нагрузку R_LOAD к источнику питания на время t_ON. Это означает, что выделение мощности на силовых полупроводниковых компонентах теоретически может быть сколько угодно малым и не зависит от соотношения напряжений между входом и выходом, что является главным преимуществом данных схем. К сожалению, от такого способа преобразования появляется и главный недостаток – пульсирующий характер выходного напряжения с высоким содержанием высокочастотных гармоник.

Поскольку использовать подобное напряжение для питания потребителей в большинстве случаев не представляется возможным, то на выходе импульсных преобразователей необходимо устанавливать фильтры, уменьшающие пульсации выходного напряжения. Причем в этих фильтрах должны обязательно использоваться реактивные элементы, способные накапливать энергию (активный фильтр на полупроводниковых транзисторах для этой цели не подойдет). А это означает, что импульсный преобразователь просто физически не может быть миниатюрным, ведь энергетическая емкость реактивных компонентов прямо пропорциональна массе и объему использованного в них магнитного или диэлектрического материала.

Если сравнить достоинства и недостатки линейных и импульсных преобразователей (таблица 1), то окажется, что они взаимно компенсируют друг друга. Поэтому на практике очень часто используются гибридные системы: импульсный преобразователь формирует некоторое промежуточное напряжение невысокой стабильности с относительно высоким уровнем пульсаций, а окончательная точная регулировка уже осуществляется с помощью линейных LDO-стабилизаторов.

Таблица 1. Сравнение импульсного и линейного способов преобразования

Метод	Импульсный	Линейный
Соотношение входного и выходного напряжений	Любое	Выходное напряжение не может быть больше входного
Точность стабилизации выходного напряжения	Из-за того что энергия преобразуется «порциями», точность выходного напряжения зависит от характера переходных процессов и метода стабилизации	Теоретически не ограничена. Практически определяется уровнем шумов и стабильностью характеристик используемых компонентов
Уровень пульсаций выходного напряжения	Высокий. При использовании некоторых методов управления (гистерезисных) принципиально не может быть низким	Теоретически может быть сколь угодно малым. Практически ограничен быстродействием используемых компонентов
Уровень электромагнитных помех	Высокий из-за высоких скоростей изменения напряжений и токов	Теоретически может быть сколь угодно малым
КПД	Высокий	Определяется разностью напряжений между входом и выходом
Масса и габариты	Зависят от частоты преобразования. Обычно больше, чем у линейных преобразователей	Зависят от уровня рассеиваемой мощности. При малых мощностях могут быть микроскопическими
Сложность схемы	Сложная	Относительно простая
Стоимость	Относительно высокая	Низкая
Основная сфера применения	Преобразователи с высоким соотношением входного и выходного напряжений, преобразователи рода тока, многоканальные преобразователи и прочие	Стабилизаторы для узлов, требующих прецизионного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций и электромагнитных помех

В современном оборудовании линейные преобразователи в основном используются для питания маломощных узлов, требующих высококачественного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций, а также в приложениях, чувствительных к уровню электромагнитных помех, а импульсные – во всех остальных случаях (по возможности).

Однако у линейных преобразователей есть один серьезный недостаток, который в ряде случаев делает их использование невозможным – выходное напряжение линейного преобразователя принципиально не может быть больше входного. А это означает, что в случаях, когда напряжение необходимо увеличить или изменить его полярность, импульсный способ преобразования является практически безальтернативным. 

Принцип работы импульсных преобразователей

На сегодняшний день существует множество импульсных преобразователей постоянного напряжения, отличающихся количеством и типом реактивных компонентов, алгоритмами преобразования и прочими характеристиками. Однако наиболее простыми, а следовательно, и наиболее популярными являются всего четыре схемы: понижающая, повышающая, инвертирующая и обратноходовая (рисунок 2). Эти преобразователи используют одинаковый принцип работы, имеют идентичное количество компонентов и отличаются лишь способом коммутации накопительного дросселя L₁, от режима работы которого и зависят все характеристики схемы.2\times L_{1}}{2}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

Рис. 3. Диаграммы напряжения и тока дросселя различных преобразователей

Поскольку на первом этапе энергия в дросселе увеличивается, то его очень часто называют этапом накопления или заряда дросселя.

После размыкания ключа S₁ на выводах всех обмоток дросселя формируется ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна полярности, присутствовавшей на первом этапе, это означает, что дроссель L₁ теперь становится не потребителем, а источником электрической энергии. Изменение полярности напряжения на обмотках приводит к открытию диода VD1, который и обеспечивает путь протекания тока на втором этапе, называемом этапом возврата, или разряда дросселя.

Поскольку количество энергии в дросселе в момент коммутации ключей не изменяется, то ток в его активной обмотке сразу после размыкания ключа S₁ также будет максимальным, однако его величина I_MAX2 может измениться, ведь он теперь может протекать уже по другому количеству витков (формула 4):

$$E=\frac{I_{MAX2}^2\times L_{2}}{2},\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

где L₂ – индуктивность обмотки, активной на втором этапе.2\times A_{L},\qquad{\mathrm{(}}{6}{\mathrm{)}}$$

где A_L – конструктивный параметр магнитопровода.

После открытия диода напряжение на обмотке дросселя фиксируется на уровне V_L2, под действием которого ток дросселя за время t_OFF уменьшится на величину dI₂ (формула 7):

$$dI_{2}=\frac{V_{L2}}{L_{2}}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{7}{\mathrm{)}}$$

В квазиустановившемся режиме, когда отсутствуют какие-либо переходные процессы как в цепях питания, так и в цепях нагрузки, дроссель на втором этапе преобразования должен отдать всю энергию, накопленную на первом интервале. Это означает, что к моменту начала следующего цикла его ток должен быть таким же, как и в начале предыдущего. Для схем с однообмоточным дросселем dI₁ = -dI₂, но в общем случае (для обратноходового преобразователя) изменения токов обмоток определяются Законом полного тока (формула 8):

$$dI_{1}\times N_{1}=-dI_{2}\times N_{2}\qquad{\mathrm{(}}{8}{\mathrm{)}}$$

Подставляя в формулу 8 соотношения 2 и 7, с учетом 6, можно получить основное уравнение 9, связывающее величины напряжений на выводах обмоток дросселя с отношением длительностей основных этапов преобразования:

$$\frac{V_{L1}}{N_{1}}\times t_{ON}=-\frac{V_{L2}}{N_{2}}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{9}{\mathrm{)}}$$

Формула 9 является основой для получения регулировочной характеристики преобразователя – зависимости выходного напряжения от относительной длительности первого этапа преобразования D = t_ON/(t_ON + t_OFF). Однако для того чтобы получить эти зависимости, далее необходимо рассматривать каждую схему в отдельности.

Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь (Step-Down Converter, Buck Converter) обычно имеет только одну обмотку, поэтому N₁ = N₂. На первом этапе преобразования к дросселю приложена разница входного и выходного напряжений (V_L1 = V_IN – V_OUT), а на втором – только выходное напряжение (V_L2 = V_OUT), как показано на рисунке 4. Подставляя эти значения в формулу 9, получим формулу 10:

$$\left(V_{IN}-V_{OUT} \right)\times t_{ON}=-V_{OUT}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{10}{\mathrm{)}}$$

Следовательно (формула 11):

$$V_{OUT}=V_{IN}\times \frac{t_{ON}}{t_{ON}+t_{OFF}}=V_{IN}\times D\qquad{\mathrm{(}}{11}{\mathrm{)}}$$

Рис. 4. Принцип работы понижающего преобразователя

Из формулы 11 видно, что выходное напряжение V_OUT понижающего преобразователя не может превышать входное V_IN, иначе левая часть уравнения станет отрицательной, к дросселю на обоих этапах преобразования будет приложено однополярное напряжение, и схема работать не будет. 

Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь (Step-Up Converter, Boost Converter) также обычно строится на основе однообмоточного дросселя (N₁ = N₂). На первом этапе преобразования, когда ключ S₁ замкнут, к обмотке дросселя приложено полное напряжение питания (V_L1 = V_IN), а вот на втором есть разница между входным и выходным напряжениями (V_L1 = V_OUT – V_IN), как показано на рисунке 5. Подставляя эти значения в формулу 9, получим формулу 12:

$$V_{IN}\times t_{ON}=-\left(V_{OUT}-V_{IN} \right)\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{12}{\mathrm{)}}$$

Из формулы 12 теперь можно получить уравнение для регулировочной характеристики (формула 13):

$$V_{OUT}=V_{IN}\times \frac{t_{ON}+t_{OFF}}{t_{OFF}}=V_{IN}\times \frac{1}{1-D}\qquad{\mathrm{(}}{13}{\mathrm{)}}$$

Рис. 5. Принцип работы повышающего преобразователя

Как и в понижающем преобразователе, формула 13 накладывает ограничения на соотношение напряжений V_IN и V_OUT. При V_OUT < V_IN правая часть формулы 13 изменит свой знак, и дроссель перестанет отдавать энергию. Поэтому повышающий преобразователь может только увеличивать входное напряжение.

Инвертирующий и обратноходовой преобразователи

И в инвертирующем (Inverting Converter), и в обратноходовом (Flyback Converter) преобразователях к обмоткам дросселя на первом этапе прикладывается полное входное (V_L1 = V_IN), а на втором – полное выходное напряжение (V_L2 = V_OUT), как показано на рисунок 6. Поэтому базовое уравнение для определения их регулировочных характеристик одинаково (формула 14):

$$\frac{V_{IN}}{N_{1}}\times t_{ON}=-\frac{V_{OUT}}{N_{2}}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{14}{\mathrm{)}}$$

Рис. 6. Принцип работы инвертирующего и обратноходового преобразователей

Но, поскольку инвертирующие преобразователи обычно строятся на основе однообмоточных дросселей, для которых N₁ = N₂, то их регулировочная характеристика при работе во всех режимах, кроме разрывного, несколько проще (формула 15):

$$V_{OUT}=-V_{IN}\times \frac{t_{ON}}{t_{OFF}}=-V_{IN}\times \frac{D}{1-D}\qquad{\mathrm{(}}{15}{\mathrm{)}}$$

Ключевой особенностью обратноходового преобразователя является возможность обеспечения гальванической развязки между входом и выходом. В этом случае обмотки дросселя могут иметь разное количество витков (формула 16):

$$V_{OUT}=-V_{IN}\times \frac{t_{ON}}{t_{OFF}}\times \frac{N_{2}}{N_{1}}=-V_{IN}\times \frac{D}{1-D}\times \frac{N_{2}}{N_{1}}\qquad{\mathrm{(}}{16}{\mathrm{)}}$$

Для инвертирующего преобразователя, вход и выход которого имеют один общий провод, выходное напряжение V_OUT по абсолютному значению может быть как больше, так и меньше входного V_IN. Однако оно обязательно должно иметь обратную полярность, ведь ни продолжительность первого t_ON, ни второго t_OFF этапов преобразования не могут быть отрицательными. Для обратноходового преобразователя обеспечение двухполярного напряжения на обмотке осуществляется правильной фазировкой обмоток и включением диода VD1. Если это правило будет нарушено, то обратноходовой преобразователь работать не будет (фактически он превратится в прямоходовой, который имеет несколько иной принцип работы).

При использовании в понижающей, повышающей и инвертирующей схемах дросселя с одной обмоткой наибольшая эффективность преобразователя будет в диапазоне 0,1 ≤ V_IN…V_OUT ≤ 10. Если же входное напряжение отличается от входного больше чем в 10 раз, тогда, в соответствии с формулой 9, длительность одного из этапов преобразования (t_ON или t_OFF) будет значительно меньше другого (рисунок 7).

Рис. 7. Зависимости соотношения напряжения на входе и выходе преобразователей (VOUT/VIN) от соотношения длительностей первого и второго этапов (tON/tOFF)

При этом становится сложно как регулировать выходное напряжение, так и фильтровать его, поскольку при малых длительностях t_ON или t_OFF увеличиваются пульсации токов, что в конечном итоге приводит к катастрофическому уменьшению КПД, вплоть до физической невозможности реализации данного режима (необходимая длительность t_ON или t_OFF может оказаться меньше чем время включения/выключения полупроводникового компонента). Поэтому при большой разнице напряжений между входом и выходом используют автотрансформаторное включение дросселей, при котором транзистор или диод подключаются к части обмотки (рисунок 8). В этом случае N₁ ≠ N₂ и формулы 10…15 придется выводить заново из базового соотношения формулы 9.

Рис. 8. Понижающий преобразователь с автотрансформаторным включением дросселя, работающий при большой разнице напряжений (VIN >>VOUT)

Особенности преобразователей nanoPower

Как видно из принципа работы, максимальное значение КПД импульсных преобразователей теоретически не ограничено. Но на практике всегда будут потери из-за неидеальности элементной базы, поэтому реальное значение КПД силовой части у наилучших представителей импульсных преобразователей находится на уровне 98…99%.

Однако при расчете КПД преобразователя в целом следует учитывать также и затраты энергии на работу схемы управления. Если рассмотреть структурные схемы контроллеров, реализующих два наиболее популярных на сегодняшний день метода управления – по напряжению (рисунок 9) и по току (рисунок 10), – то можно увидеть, что для обеспечения выходного напряжения необходимого качества требуется достаточно большое количество узлов. И хоть на сегодняшний день технологии изготовления полупроводниковых микросхем находится на очень высоком уровне, тем не менее, когда мощность силовой части преобразователя ничтожно мала, ток потребления узлов управления может оказаться соизмеримым с током нагрузок.

Рис. 9. Контроллер преобразователя с методом управления по напряжению

Рис. 10. Контроллер преобразователя с методом управления по току

У контроллеров преобразователей постоянного напряжения можно выделить три основных тока, на которые следует обращать внимание при выборе: ток, потребляемый от входной I_QINT, выходной I_QOUT цепи в активном режиме и ток утечки I_SDT, потребляемый микросхемой в выключенном состоянии (рисунок 11). Эти токи, по возможности, должны быть минимальными, ведь чем они меньше – тем выше КПД преобразователя.

Рис. 11. Пути протекания токов IQINT, IQOUT и ISDT микросхемы MAX17222

Из этих параметров наиболее важным для устройств с батарейным питанием является ток утечки I_SDT. И связано это с их спецификой работы, ведь как показывает практика, большую часть времени они находятся либо в спящем (дежурном), либо в выключенном состоянии. Поскольку физически отключить схему управления преобразователя от источника питания в большинстве случаев не представляется возможным, ток утечки I_SDT будет напрямую влиять на время автономной работы.

В интегральных преобразователях постоянного напряжения nanoPower основной технологией уменьшения токов I_QINT, I_QOUT и I_SDT является тщательная проработка схемотехники внутренних узлов контроллера и процессов изготовления интегральных компонентов. Из других методов уменьшения собственного энергопотребления можно также выделить отключение резистивного делителя выходного напряжения, используемого в цепи обратной связи. Все это позволило добиться впечатляющих значений собственного энергопотребления этих узлов. Так, например, для микросхем повышающих преобразователей MAX17220/21/22/23/24/25 ток, потребляемый от цепей нагрузки (I_QOUT), не превышает 300 нА, а токи, потребляемые от источника питания (I_QINT, I_SDT) равны всего 0,5 нА.

Кроме этого, повышающие преобразователи имеют одну специфическую особенность, на которую также необходимо обращать внимание. При использовании в качестве верхнего ключа полупроводниковых диодов или n-канальных MOSFET становится невозможным полное отключение выходного напряжения – при остановке преобразователя на его выходе присутствует напряжение питания, которое приводит к увеличению энергопотребления. Поэтому в микросхемах nanoPower реализована также технология True Shutdown, блокирующая появление напряжения на выходе преобразователей при их отключении.

На сегодняшний день в линейку малопотребляющих преобразователей nanoPower входят микросхемы для наиболее популярных схем преобразователей: понижающего и повышающего типов (таблица 2). Линейка повышающих преобразователей MAX17220…25 (рисунок 12) позволяет обеспечить нагрузку выходным напряжением 1,8…5 В, устанавливаемым путем выбора внешнего резистора R_SEL с шагом 0,1 В. Входное напряжение при этом может находиться в диапазоне 0,4…5,5 В.

Высокая степень интеграции позволила использовать для микросхем MAX17220…25 миниатюрные шестивыводные корпуса WLP и µDFN и обойтись минимальным количеством внешних компонентов. Как видно из рисунка 12, кроме обязательных внешних реактивных элементов – конденсаторов C_IN, C_OUT и накопительного дросселя, которые, во-первых технологически сложно изготовить в интегральном исполнении, а во-вторых, их параметры зависят от конкретного приложения, для работы микросхем требуется единственный внешний прецизионный (с точностью 1%) резистор R_SEL, отвечающий за величину выходного напряжения.

Таблица 2. Характеристики микросхем nanoPower

Наименование	Ток, потребляемый от выходных цепей IQOUT, нА	Ток, потребляемый в выключенном состоянии ISDT, нА	Максимальный ток накопительного дросселя, мА	Выходной ток, мА	Корпус	Отладочная плата
MAX38640A	330	5	250	160	WLP/6	MAX38640EVKIT
MAX17220	300	0,5	225	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT
MAX17222	300	0,5	500	200	WLP/6	MAX17222EVKIT
MAX17223	300	0,5	500	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT
MAX17224	300	0,5	1000	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT
MAX17225	300	0,5	1000	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT

Рис. 12. Структурная схема микросхем MAX17220…25

В микросхемах MAX17220…25 реализован метод управления по току, поэтому величина индуктивности накопительного дросселя во многом определяет величину рабочей частоты преобразователя. Для большинства приложений на основе данных микросхем можно использовать малогабаритные дроссели в корпусе 0603 индуктивностью 2,2 мкГн с максимальным током 225 мА, 500 мА или 1 А. Все это позволяет реализовывать ультракомпактные повышающие преобразователи, занимающие на печатной плате площадь, не превышающую 6,75 мм².

Аналогичными характеристиками обладают и микросхемы понижающих преобразователей MAX38640/41/42/43 (рисунок 13), позволяющие понижать входное напряжение 1,8…5,5 В до величины 0,7…3,3 В (микросхемы с суффиксом А) или до 0,5… 5,0 В (с суффиксом B). Так же, как и в рассмотренных выше повышающих преобразователях, для установки выходного напряжения MAX38640…43 используется единственный прецизионный резистор R_SEL, а сами микросхемы требуют всего четырех внешних компонентов.

Рис. 13. Структурная схема микросхем MAX38640…43

Для ускорения выхода продуктов на рынок компания Maxim Integrated предлагает разработчикам максимальную поддержку, не ограничивающуюся только предоставлением всей необходимой технической документации. Так, например, на официальном сайте компании присутствуют математические модели, с помощью которых можно изучить электрические процессы разрабатываемых схем в специализированных средах разработки: автономной EE-Sim® OASIS Simulation Tool на основе ядра SIMPLIS® и онлайновой EE-Sim Design And SimulationTool. Обе среды ориентированы на разработку импульсных источников питания и позволяют на основе предлагаемых шаблонов собрать виртуальный аналог разрабатываемой схемы менее чем за 5 минут.

Кроме этого, для оценки реальных возможностей микросхем nanoPower компания Maxim Integrated предлагает специализированные отладочные платы. Так, например, для микросхем MAX17220…25 доступна отладочная плата MAX17222EVKIT (рисунок 14), состоящая из двух независимых частей, содержащих одну и ту же микросхему MAX17222, но изготовленную в разных корпусах: µDFN и WLP. В каталогах Maxim Integrated присутствует также аналогичная отладочная плата MAX17220EVKIT с установленными микросхемами MAX17220 (в двух вариантах корпусов) и MAX38640EVKIT с установленной микросхемой MAX38640A в корпусе WLP.

Рис. 14. Внешний вид отладочной платы MAX17222EVKIT

Заключение

Питание от батарей является далеко не тривиальной задачей, ведь для обеспечения максимально возможного времени автономной работы необходима тщательная проработка не только силовой части, но и узлов управления. Однако, как показывает практика, эти задачи целиком и полностью ложатся на плечи производителей электронных компонентов, ведь, как видно из материалов данной статьи, конечным разработчикам остается лишь адаптировать готовые решения под конкретное приложение.

Дополнительные материалы:

Статьи:

1. Технология Maxim Integrated nanoPower: когда малый IQ имеет преимущества
2. Контроль в спящем режиме: повышение КПД батарейного питания с помощью DC/DC MAX17225 nanoPower
3. Один дроссель для всей системы: многоканальные преобразователи Maxim с технологиями SIMO и nanoPower
4. Измерение мощности в режиме реального времени с помощью ИС регистратора потребляемой мощности
5. Увеличение времени работы портативной электроники с помощью преобразователя на основе SIMO
6. Борцы SIMO: особенности применения SIMO-преобразователей Maxim
7. Выбор SIMO PMIC-преобразователя для проекта портативного устройства
8. Увеличение энергоэффективности портативных устройств при помощи SIMO PMIC-преобразователей

Новости

1. MAX17222 — длинная жизнь для маленьких вещей
2. MAX38640/1/2/3 – понижающие конвертеры семейства NanoPower с ультранизким током потребления
3. MAX17270 – преобразователь NanoPower SIMO PMIC для IoT с ультранизким потреблением

 

•••

Наши информационные каналы

Преобразователи, блокирующие короткие замыкания в сетях постоянного тока | Подстанции

 

Сегодня все преобразователи с питанием от источника напряжения (VSC), используемые в сетях постоянного тока высокого напряжения (HVDC), не способны блокировать короткие замыкания со стороны постоянного тока.
Для большинства ситуаций, где применялись такие преобразователи (например, двухточечные соединения с использованием только кабелей постоянного тока), данное ограничение не является слишком серьезным. Этот недостаток легко перевешивается преимуществами технологии VSC. Однако, когда рано или поздно, появятся сети постоянного тока с большим количеством терминалов, или покрывающие континент, эти ограничения больше не будут приемлемыми, так как короткое замыкание в одной линии или кабеле заблокирует всю сеть. В таких случаях, сеть требует применения либо выключателей постоянного тока, либо преобразователей VCS специального типа, которые могут подавить ток, вызванный коротким замыканием в сети постоянного тока.
К наиболее распространенным типам используемых сегодня VSC для сетей постоянного тока высокого напряжения (HVDC), относится “полумостовой” вариант модульного многоуровневого преобразователя (HB-MMC). В данной схеме, преобразователь состоит из большого количества идентичных подмодулей, каждый из которых содержит конденсатор большой емкости и два полупроводниковых выключателя (БТИЗ). Поскольку HB-MMC не могут устранить ток, возникающий при коротких замыканиях на стороне DC, то обычным методом устранения таких коротких замыканий сегодня является использование выключателей переменного тока, соединяющих преобразователь с сетью переменного тока. Однако такое решение считается, с точки зрения силовой электроники, медленным – оно требует 60-100 мс. Выключатели постоянного тока должны быть намного быстрее. Устойчивое положение в технологии таких выключателей постоянного тока заняла компания Alstom, и основанные на этой технологии решения должны стать коммерчески доступными уже в ближайшем будущем.
Альтернативным решением могло бы стать изменение самого преобразователя, чтобы выключатель постоянного тока не требовался совсем. Именно это и делает “полномостовой” вариант модульного многоуровневого преобразователя (FB-MMC).

Строительные блоки гибридных преобразователей

Рассматриваемый сегодня в качестве жизнеспособного временного варианта, в случае использования в многотерминальной сети DC преобразователя VSC, подмодуль FB-MMC может, фактически, использоваться не только для сетей HVDC, но и в модифицированном компенсаторе STATCOM компании Alstom. Однако FB-MMC не относятся к оптимальным типам блокировки коротких замыканий в преобразователях VSC, из-за того, что стоимость и потери энергии для них значительно выше, чем в HB-MMC.
Для устранения этого недостатка, Alstom разрабатывает улучшенный преобразователь с блокировкой короткого замыкания, который получил название Alternate Arm Converter (AAC).
Преобразователи, блокирующие короткие замыкания, такие как FB-MMC или AAC, могли бы стать неплохим решением для относительно небольших сетей постоянного тока с тремя или четырьмя терминалами. Они также пригодны для двухточечных соединений, использующих воздушные линии, в которых могут часто возникать короткие замыкания из-за попаданий молнии. Восстановление постоянного тока в таких цепях будет требовать, чтобы все преобразователи, поставляющие постоянный ток, блокировались на короткий период времени.
Затем преобразователи могут быть снова разблокированы для проверки того, сохраняется ли ток короткого замыкания. Если замыкания уже нет, то сеть может быть запущена в работу. Однако если замыкание имеет постоянный характер (обычно это связано с отказом кабеля), то вся сеть будет оставаться отключенной до тех пор, пока обслуживающий персонал не устранит неисправность кабеля – что может длиться несколько недель. Но, если сеть постоянного тока покрывает большую географическую область или имеет значительное число терминалов, она становится критическим элементом всей системы передачи энергии, и, в качестве таковой, не может быть выведена из строя на продолжительное время. Поэтому возникает потребность в дополнительных средствах быстрого изолирования вышедшей из строя секции сети, что остальные, рабочие части сети DC могли возобновить работу.
Для этого не требуется выключатель постоянного тока, поскольку преобразователь уже прервал ток короткого замыкания. Нужен только “быстрый разъединитель”, который может быстро изолировать отказавший участок.
Традиционным разъединителям для размыкания цепи требуется несколько секунд, и в ряде случаев это может оказаться неприемлемым. Однако существуют два известных способа увеличения скорости.
Во-первых, в качестве разъединителя можно применить традиционный выключатель переменного тока. Время его срабатывания составляет 60-100 мс. Второй способ, который можно назвать сверхбыстрым разъединителем, заключается в использовании механического выключателя, входящего в состав полного выключателя цепи постоянного тока.
Несмотря на то, что второй способ может потребовать больше затрат, чем первый, он работает намного быстрее (требует менее 5 мс), и будет значительно дешевле, чем установка полноценного выключателя переменного тока.
Выбор между этими двумя способами будет зависеть от того, насколько критичным является требование к минимизации времени простоя сети постоянного тока. Например, сеть постоянного тока обслуживает плотно населенный городской район, и использует, в основном, подземные кабели. Здесь скорость, скорее всего, является наиболее важным фактором. С другой стороны сеть постоянного тока может использоваться для передачи электроэнергии на большие расстояния посредством воздушных линий, где скорость может быть менее критичной.
Управление размыканием таких быстрых разъединителей требует довольно умных алгоритмов.
Общей характеристикой всех замыканий и всех типов оборудования HVDC является то, что в стабильном состоянии сумма токов на концах кабеля должна быть равна нулю. Это связано с тем, что к кабелю не подключена никакая нагрузка, и ток, который поступает в кабель с одного его конца, должен покинуть кабель через другой конец. Если происходит короткое замыкание, то внутри сбойной ветви появляются дополнительные пути для прохождения тока, и, следовательно, сумма токов в кабеле становится не равной нулю – фактически, она всегда положительна. С другой стороны, в неповрежденной ветви, в которой существует только две точки (концы кабеля), через которые может поступать и уходить ток, сумма токов в кабеле остается равной нулю.
Однако, поскольку длина линий электропередачи, обычно находится в диапазоне от десятков до сотен километров, распространение задержки по кабелю может достичь нескольких миллисекунд, и на переходной период, в рабочих частях кабеля сумма токов может стать отрицательной. В связи с этим возможно обнаружить, где находиться короткое замыкание внутри кабеля, анализируя знак мгновенной суммы токов кабеля. Если такая сумма отрицательна, то короткое замыкание не находится в данной ветви. Если она положительна, то в данном участке кабеля имеется короткое замыкание.
Такой алгоритм обнаружения уже был проверен в реальной сети переменного тока высокого напряжения с четырьмя терминалами и сетчатой структурой. Такая сеть представляет одну из наиболее сложных топологий с точки зрения защиты в связи с существованием нескольких путей, по которым может следовать ток короткого замыкания.

Преобразователь с альтернативным плечом (AAC)

Что привело к разработке AAC?

В отличие от модульного многоуровневого преобразователя типа полумост (HB-MMC), который может получать напряжение постоянного тока только одной полярности, MMC с полным мостом может создавать как положительное, так и отрицательное напряжение постоянного тока. Эта способность получать как отрицательное, так и положительное напряжение постоянного тока, лежит в основе его способности подавлять постоянный ток короткого замыкания. Но FB-MMC может создавать намного большее отрицательное напряжение постоянного тока, чем, фактически, необходимо для устранения неисправности. Именно поэтому и была разработана новая концепция, ААС, направленная на предоставление более эффективной возможности устранения неисправностей с использованием меньшего количества подмодулей.

Как работает AAC?

В MMC, каждый из шести “вентилей” должен содержать достаточное количество подмодулей, чтобы независимо обеспечить нужное напряжения постоянного тока. Но в течение большей части времени эта полная возможность не требуется. AAC позволяет избежать этой ситуации, имея отдельный “главный выключатель”, подключенный последовательно с подмодулями. Этот главный выключатель состоит из нескольких последовательно соединенных БТИЗ, что позволяет почти вдвое уменьшить количество подмодулей. Это означает, что потери энергии значительно снижаются по сравнению с традиционным преобразователем FB-MMC, и становятся близкими к тем, которые достигаются в HB-MMC – но при этом добавляется возможность устранения постоянного тока короткого замыкания.

Последовательные цепи для разной формы волны на стороне постоянного тока

Существуют ли другие положительные моменты?

Еще один положительный момент заключается в том, что все БТИЗ в главном выключателе намного менее массивны, чем подмодули, которые ими заменяются (в состав подмодулей входят большие конденсаторы). Поэтому, за счет минимизации количества подмодулей можно уменьшить занимаемое пространство. Более того, главные выключатели могут быть устроены таким образом, что при нормальной работе они включаются и выключаются, когда и напряжение и ток равны нулю (так называемое, “мягкое выключение”). Это означает, что главный выключатель не имеет потерь при выключении, а проблемы с одновременной правильной поочередной работой большого количества БТИЗ, намного упрощаются.

Преобразователь постоянного тока

– обзор

36.2.3 Передаточные функции преобразователя

Использование уравнения. (36.20) в уравнении. (36.21), входные U к выходным Y установившиеся отношения (36.25), необходимые для разомкнутого контура и управления с прогнозированием, могут быть получены.

(36,25) YU = -CavAav-1Bav + Dav

Применение преобразований Лапласа к уравнению. (36.23) с нулевыми начальными условиями и, используя теорему суперпозиции, коэффициент заполнения малого сигнала δ˜ для вывода передаточных функций y˜ (36.26), можно получить с учетом возмущений нулевой линии ( ũ = 0).

(36,26) y˜ (s) δ˜ (s) = Cav [sI-Aav] -1 [(A1-A2) X + (B1-B2) U] + [(C1-C2) X + (D1-D2 ) U]

Линия вывода передаточной функции (или передаточной функции восприимчивости звука), уравнение. (36.27) выводится с использованием того же метода с учетом теперь нулевых малосигнальных возмущений рабочего цикла (δ˜ = 0).

(36,27) y˜ (s) u˜ (s) = Cav [sI-Aav] -1Bav + Dav

Пример 36.2 Передаточные функции понижающего / повышающего преобразователя постоянного / постоянного тока

Из уравнений.(36.14) и (36.15) примера 36.1 и уравнения. (36,23), что составляет X = [ I _L , V ₀ ] ^T , Y = [ V ₀ , I _L ] ^T , и U = [ V _DC ], линеаризованная модель в пространстве состояний пониженно-повышающего преобразователя для слабого сигнала составляет

(36,28) [i˜˙Lv˜˙o] = [0- 1-Δ1 / Li1-Δ1 / Co-1 / RoCo] [i˜Lv˜o] + [Δ1 / Li0] [v˜DC] + [0δ˜ / Li-δ˜ / Co0] [ILVo] + [VDC / Li0] [δ˜] [v˜oi˜L] = [0110] [i˜Lv˜o] + [00] [v˜DC]

Из уравнений(36.24) и (36.28) идентифицируются следующие матрицы:

(36.29) Aav = [01 (1-δ1) / Li1-δ1 / Co-1 / RoCo]; Bav = [δ1 / Li0]; Cav = [0110]; Dav = [00]

Усредненная линейная эквивалентная схема, полученная из уравнения. (36.28) или из линеаризации усредненной эквивалентной схемы (рис. 36.2), полученной из уравнений. (36.14) и (36.15), теперь включает в себя источник тока слабого сигнала Δ˜IL, параллельный источнику тока Δ1 i˜L, и источник напряжения слабого сигнала Δ˜ (VDC + Vo), включенный последовательно с источником напряжения. Δ1 (v˜dc + v˜o).Источник напряжения питания V¯DC заменяется источником напряжения v˜DC.

Используя уравнение. (36.29) в уравнении. (36.25), между входом U и выходом Y установившиеся отношения равны

(36,30) ILVDC = Δ1Ro (Δ1-1) 2

(36,31) VoVDC = δ11-δ1

Эти соотношения являются хорошо известными установившиеся передаточные отношения понижающе-повышающего преобразователя [2, 5, 6]. Для разомкнутого управления выходом В, _или , зная номинальное значение источника питания В _{постоянного тока} и требуемые В _или , , значение Δ ₁ может быть отключено. линия, рассчитанная по формуле.(36.31), (Δ ₁ = В _o / (В _o + В _DC )). Модулятор, подобный описанному в разделе 36.2.4, с сигналом модуляции, пропорциональным Δ ₁ , будет генерировать сигнал Δ ( t). Управление без обратной связи для фиксированных выходных напряжений возможно, если напряжение питания В, _{постоянного тока,} , почти постоянно, а нагрузка преобразователя существенно не изменяется. Если значение V _DC представляет помехи, то можно использовать управление с прогнозированием, вычисляя Δ ₁ в режиме онлайн, так что его значение всегда будет в соответствии с уравнением.(36.31). Правильное значение В, _или будет достигнуто в установившемся режиме, несмотря на колебания входного напряжения. Однако из-за паразитных реактивных сопротивлений преобразователя, которые здесь не моделируются (см. Пример 36.3), на практике может появиться установившаяся ошибка. Более того, переходная динамика, навязанная преобразователем, будет приводить к выбросам, которые часто не подходят для требовательных приложений.

Из уравнения. (36.27) строка для вывода передаточных функций :

(36.32) i˜L (s) v˜DC (s) = Δ1 (1 + sCoRo) S2 LiCoRo + sLi + Ro (1-Δ1) 2

(36,33) v˜o (s) v˜DC (s) = RoΔ1 (1-Δ1) S2 LiCoRo + sLi + Ro (1-Δ1) 2

Из уравнения. (36.26), рабочий цикл δ˜ слабого сигнала для вывода y˜ передаточные функции равны

(36,34) i˜ (s) Δ˜ (s) = VDC (1 + Δ1 + sCoRo) / ( 1-Δ1) S2 LiCoRo + sLi + Ro (1-δ1) 2

(36,35) v˜o (s) δ˜ (s) = VDC (Ro + sLiδ1 / (1-δ1) 2) S2 LiCoRo + sLi + Ro (1-δ1) 2

Эти передаточные функции позволяют выбирать и проектировать цепь обратной связи компенсационной сети.Обратите внимание на положительный ноль в v˜o (s) / δ˜ (s), указывающий на неминимально-фазовую систему. Эти уравнения также могут быть получены с использованием эквивалентной схемы слабого сигнала, полученной из уравнения. (36.28) или из линеаризованной модели переключающей ячейки (рис. 36.3b), заменив источник тока Δ1 i¯L на источники тока Δ1 i˜L и δ˜IL параллельно, а источник напряжения δ1 v˜s на источники напряжения δ1 (v˜DC + v˜o) и δ (VDC + Vo) последовательно.

Пример 36.3 Передаточные функции прямого преобразователя постоянного / постоянного тока

Рассмотрим прямой (понижающий) преобразователь, показанный на рис.36,4 переключения при f _S = 100 кГц ( T = 10 мкс) при V _DC = 300 V, n = 30, V _o = 5 V, L _i = 20 мкГн, r _L = 0,01 Ом, C _o = 2200 мкФ, r _C = 0,005 Ом, R _o = 0,1 Ом.

Предполагая, что x = [ i _L , v _C ] ^T , δ ( t ) = 1, когда оба Q ₁ и D ₁ «включены» и D ₂ «выключено» (0 ≤ t ≤ δ ₁ T ) и δ ( t ) = 0, когда оба Q ₁ и D ₁ являются « выкл. »и D ₂ « включен »( δ ₁ T ≤ t ≤ T ), модель коммутируемого пространства состояний прямого преобразователя, рассматриваемая как выходной вектор y = [ i _L , v _o ] ^T , is

РИСУНОК 36.4. (a) Базовая схема прямого преобразователя постоянного / постоянного тока и (b) основные формы сигналов схемы.

(36,36) diLdt = -RorC + RorL + rLrCLi (Ro + rC) iL-RoLi (Ro + rC) vc + δ (t) nVDCdvCdt = Ro (Ro + rC) CoiL-1 (Ro + rC) CovCvo = rC1 + rC / RoiL + 11 + rC / RovC

Изготовление r _см = r _C / (1 + r _C / R _o ), R _oc = R _o + r _C , k _oc = R _o / R _oc , r _P = r _L + r _cm и сравнивая уравнение.(36.36) с уравнениями. (36.2) и (36.3) можно выделить следующие матрицы:

A1 = A = [- rp / Li-Koc / LiKoc / Co-1 / (RocCo)]; B1 = [1 / (nLi), 0 ] T; B2 = [0,0] T; u = [В постоянного тока] C1 = C2 = [10rcmkoc]; D1 = D2 = [0,0] T

Теперь, применяя уравнение. (36.7) точная (начиная с A ₁ = A ₂ ) усредненная модель в пространстве состояний, уравнения. (36,37) и (36,38), получается:

(36,37) [i¯˙Lv¯˙C] = [- rp / Li-koc / Likoc / Co-1 / (Roc Co)] [i¯Lv¯ C] + [δ1nLi0] [V¯DC]

(36,38) [i¯˙Lv¯˙o] = [10rcmkoc] [i¯Lv¯o] + [00] [V¯DC]

С A ₁ = A ₂ , эта модель действительна для ω _max > 2 πf _s . Собственные значения преобразователя с _{f 1,2} , равны

(36,39) sf1,2 = -Li + CoRocrp ± -4 Roc LiCo (Roc koc2 + rp) + (Li + CoRocrp) 22RocLiCo

Эквивалентная схема, вытекающая из Ур. (36.37) и (36.38) представлены на рис. 36.5. Это также может быть получено с помощью концепции эквивалентной схемы коммутационной ячейки (рис. 36.3) из примера (36.1).

РИСУНОК 36.5. Эквивалентная схема усредненной модели прямого преобразователя в пространстве состояний.

Изготовление X = [ I _L , V _C ] ^T , Y = [ I _L , V _o , и U = [ V _{] DC} ], из уравнения.(36.23) усредненная по пространству состояний модель слабого сигнала:

(36,40) [i˜˙Lv˜˙C] = [- rp / Li-koc / Likoc / Co-1 / (RocCo)] [i˜Lv ˜C] + [δ1 / nLi0] [v˜DC] + [VDC / nLi0] [δ˜]

(36,41) [i˙˙Lv˙o] = [10rcmkoc] [i˜Lv˜C] + [ 00] [v˜DC]

Из уравнения. (36,25) вход U для выхода Y установившиеся отношения равны

(36,42) ILVDC = Δ1n (koc2Roc + rp)

(36,43) VoVDC = Δ1 (koc2Roc + rcm) n (koc2Roc + rp )

Делая r _C = 0, r _L = 0 и n = 1, первые соотношения дают хорошо известные отношения передачи постоянного тока понижающего преобразователя постоянного / постоянного тока.Отношения, показанные в уравнениях. (36.42) и (36.43) позволяют управлять преобразователем без обратной связи и с прямой связью, как обсуждалось в примере 36.2, при условии, что все моделируемые параметры не зависят от времени и достаточно точны.

Из уравнения. Из (36.27) выводятся выходные передаточные функции:

(36.44) i˜L (s) v˜DC (s) = (Δ1 / n) (1 + sCoRoc) S2LiCoRoc + s (Li + CoRocrp) + koc2Roc + rp

(36,45) v˜o (s) v˜DC (s) = (δ1 / n) (koc2Roc + rcm + sCoRocrcm) S2LiCoRoc + s (Li + CoRocrp) + koc2Roc + rp

Используя уравнение.(36.26) рабочий цикл δ˜ слабого сигнала для вывода передаточных функций γ˜ равен

(36,46) i˜L (s) δ (s) = (VDC / n) (1 + sCo Roc) s2LiCoRoc + s (Li + CoRocrp) + koc2Roc + rp

(36,47) v˜o (s) δ (s) = (VDC / n) (koc2Roc + rcm + sCoRocrcm) s2LiCoRoc + s (Li + CoRocrp) + koc2Roc + rp

Настоящий ноль уравнения. (36,47) связано с r _C , эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) выходного конденсатора. Аналогичный ноль имел бы место в повышающем-понижающем преобразователе (Пример 36.2), если бы в моделирование было включено ESR выходного конденсатора.

Преобразователи постоянного тока в постоянный | Лучшие технические стандарты

VPT предлагает несколько линий преобразователей постоянного тока в постоянный, преобразователей нагрузки с понижающим регулированием и дополнительных устройств для питания вашей авионики, военной, космической, промышленной или высокотемпературной программы. Наше основное внимание уделяется разработке и производству модулей преобразования энергии для высоконадежных программ, когда и где бы то ни было, эффективность и надежность имеют решающее значение.

VPT предлагает несколько линеек высоконадежных преобразователей постоянного тока в постоянный, включая изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный и неизолированные преобразователи точки нагрузки, а также вспомогательные продукты для космических, авионических, военных и промышленных приложений, основанные на десятилетиях проверенного наследия. .Наши отмеченные наградами блоки питания постоянного и переменного тока служат источником питания для систем многих крупнейших организаций и программ мирового уровня с использованием эффективных и надежных технологий.

Мы производим и поставляем радиационно-стойкие и радиационно стойкие преобразователи мощности для критически важных космических программ с диапазоном уровней TID и SEE, подходящих для LEO, MEO, GEO, дальнего космоса и программ запуска. Гибридные преобразователи
VPT с толстой пленкой подходят для критически важных приложений, требующих экстремальных температур, а наша специализированная линейка преобразователей постоянного тока в постоянный для высокотемпературных сред была охарактеризована во всем диапазоне рабочих температур от -55 ° C до 155 ° C с высокой производительностью. гарантировано.

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

COTS и промышленного уровня также основаны на проверенном опыте компании VPT в области космической продукции.

Обширная линейка преобразователей постоянного тока в постоянный ток

VPT:

• Диапазон входного постоянного напряжения 9-80 (В)
• Одиночный, двойной и тройной выход
• Диапазон выходного напряжения до 28 (В
• Диапазон максимальной мощности 1-400 (Вт)
• Доступны толстопленочные гибридные преобразователи со встроенным фильтром электромагнитных помех
• Полностью залитый эпоксидный пакет доступен на некоторых моделях
• DLA SMDS доступен для многих моделей
• MIL-PRF-38534 Класс H и Класс K
• MIL-STD-461, MIL-STD-704A, DO-160, MIL-STD-883, ISO-9001
• Многие товары на складе для немедленной доступности и быстрой доставки

Наши преобразователи спроектированы, изготовлены и испытаны для того, чтобы выдерживать суровые условия авионики, высоких температур, военных и космических миссий – доказали, что они могут решать многие задачи вашей критически важной миссии.

заряженных электромобилей | Краткое руководство по тестированию автомобильных преобразователей постоянного тока

При поддержке Chroma Systems Solutions

Автомобильный преобразователь постоянного тока в постоянный получает высокое напряжение от аккумулятора и преобразует его в более низкое для питания бортовых устройств, таких как приборная панель, развлекательная система, датчики, светодиодное освещение и любые другие бортовые устройства, требующие питания постоянного тока низкого напряжения. . Стратегии производителя при разработке преобразователей постоянного тока включают уменьшение размеров и повышение эффективности для предоставления преимуществ своим клиентам.Это развитие требует более тщательного тестирования. Опыт Chroma в области испытательного оборудования, программного обеспечения и приспособлений для преобразования энергии обеспечивает точное и всестороннее тестирование автомобильных силовых компонентов, включая преобразователи постоянного тока в постоянный.

В этой статье представлены описания испытаний, а также оборудование, необходимое для подтверждения того, что преобразователи постоянного тока в постоянный работают в установленных пределах. Эти испытания могут использоваться для проверки конструкции, производства, входного контроля или квалификационных испытаний.Эти тесты могут выполняться вручную с помощью автономного оборудования или могут быть автоматизированы путем интеграции оборудования в автоматизированную тестовую систему (ATS) со специальным программным обеспечением.

Тесты включения, выключения входа и времени включения

Преобразователи DC-DC

имеют указанный рабочий диапазон входного напряжения. Чтобы убедиться, что преобразователь постоянного тока в постоянный работает правильно во всем диапазоне входных напряжений, они испытываются с использованием программируемого источника постоянного тока для обеспечения входного напряжения и мощности.Электронная нагрузка постоянного тока используется на выходе преобразователя постоянного тока в постоянный для имитации устройства, которое будет получать питание от преобразователя постоянного тока.

Для проверки минимального уровня включения входного напряжения преобразователь постоянного тока в постоянный включается с использованием номинального входного напряжения и подачи максимального номинального выходного тока с использованием электронной нагрузки. Затем входное напряжение снижается до тех пор, пока выходная мощность блока не начнет падать или пока не будет достигнуто минимальное значение входного напряжения.

Чтобы убедиться, что преобразователь постоянного тока в постоянный будет включаться с максимальной нагрузкой на выходе, входное напряжение должно быть установлено на минимум и включаться и выключаться при измерении выходного напряжения и тока.Выходное напряжение, пульсации и шум измеряются, чтобы увидеть, влияет ли установка более низкого входного напряжения на стабильность или пульсации на выходе.

Важно использовать провода дистанционного считывания от источника питания постоянного тока и нагрузки постоянного тока, чтобы обеспечить правильную настройку напряжения на преобразователе постоянного тока и точное измерение выходного напряжения. (См. Блок-схему на рис. 1)

Рисунок 1

Эта установка также проверяет и измеряет время включения, время выключения и время удержания (см. Рис. 2 и 3) .Осциллограф используется для измерения пульсаций и PARD. Chroma 63600 DC Load может отображать и измерять формы сигналов для приложенного напряжения и тока с частотой дискретизации всего 2 мксек, используя функцию измерения оцифровки.

Время включения указывает время от момента достижения минимального входного напряжения до момента, когда выходное напряжение находится в пределах регулируемых выходных значений. Время выключения указывает, когда входное напряжение падает ниже указанного минимума, а выход выключается или падает до нуля вольт (см. Рисунок 2).

Рисунок 2

Тест удержания показывает время с момента, когда входное напряжение падает ниже минимального входного напряжения, а выходное напряжение падает ниже минимального регулируемого выходного допуска (см. Рисунок 3) . Это также показывает, насколько хорошо выходной сигнал преобразователя постоянного тока обрабатывает короткие прерывания и падения входного напряжения. Если преобразователь постоянного тока в постоянный имеет сигнал обнаружения неисправности на входе, его можно использовать для запуска теста. Нагрузка постоянного тока Chroma 63600 может использовать этот триггер для захвата и измерения времени задержки без необходимости в осциллографе.

Рисунок 3

Регулировка выходной линии

Этот тест подтверждает, что выходное напряжение остается в указанных пределах регулирования, когда входное напряжение изменяется от минимального до максимального рабочего напряжения. Во время этого испытания контролируется выходное напряжение и регистрируется общее отклонение напряжения при изменении входного напряжения от минимального до максимального пределов. Блок-схема на рис. 1 показывает типичную испытательную установку.

Если точность измерения выходной нагрузки и входного источника постоянного тока достаточна, то внешнее измерительное устройство не требуется.Нагрузки Chroma 63600 и источники питания постоянного тока 62000P обеспечивают точные измерения напряжения, тока и мощности, поэтому внешний цифровой мультиметр не требуется.

Регулировка выходной нагрузки:

Для обеспечения того, чтобы выходное напряжение преобразователя постоянного тока оставалось в пределах указанного допуска регулирования, нагрузка изменяется от минимального до максимального тока в соответствии со спецификацией, и вычисляется абсолютное дельта-напряжение. Используя дельта-напряжение, рассчитывается процент отклонения и сравнивается с указанными пределами регулирования нагрузки.

Отклонение переходного процесса на выходе и время

Этот тест определяет, как выходное напряжение реагирует на внезапное изменение тока. Измерение включает максимальное отклонение выходного напряжения и время, необходимое для восстановления напряжения до регулируемого отклонения номинального выходного напряжения. На рисунке 4 показаны импульсный ток и отклонение напряжения. Нагрузка постоянного тока устанавливается для минимального и максимального тока, а затем устанавливается для скорости нарастания и спада тока перехода.Частоту и рабочий цикл также можно установить для импульсного тока. Нагрузки Chroma 63600 и 63200A могут быть запрограммированы для всех настроек, необходимых для динамической нагрузки и частоты до 50 кГц с программируемым рабочим циклом от 1 до 99%.

Рисунок 4

Выходные пульсации и шумовое напряжение

Выходная пульсация и шум или периодическое и случайное отклонение (PARD) отражает выходное напряжение преобразователя постоянного тока и его способность фильтровать пульсации и шум.Различные топологии, используемые в преобразователях постоянного тока в постоянный, имеют разные внутренние частоты переключения, которые отражаются на частоте пульсаций на выходе. Высокочастотный шум может быть вызван переходными процессами в цепи внутреннего прерывателя. Выходной шум и пульсации можно измерить с помощью осциллографа, однако электронная нагрузка Chroma 63600 DC может отображать пульсации на выходе, используя функцию измерения оцифровки. На рис. 5 показан снимок экрана осциллографа с пульсациями выходного напряжения DC-DC преобразователя.

Чтобы избежать ошибочного шума, важно минимизировать длину заземляющего провода на пробнике напряжения.

Рисунок 5

Защита от перегрузки по току на выходе

Выход защиты от перегрузки по току преобразователя постоянного тока в постоянный предназначен для защиты преобразователя постоянного тока и устройства, которым он управляет, когда нагрузка превышает максимальный номинальный ток преобразователя постоянного тока. Существуют различные методы защиты от перегрузки по току, но обычно это ограничение тока FOLD BACK и ограничение импульсного тока, также называемое ограничением тока HICCUP.

Различия между двумя методами:

FOLD BACK Current Limit: когда ток нагрузки превышает заданное значение ограничения тока, выходное напряжение начинает уменьшаться и ограничивает выходной ток, подаваемый на нагрузку.

HICCUP Ограничение по току: выключает выход, когда выходной ток превышает точку ограничения номинального тока, а затем снова включает выход. Если нагрузка по-прежнему превышает заданное значение ограничения тока, выход будет продолжать включаться и выключаться, отсюда и название «икота». (См. Рисунок 6)

Рисунок 6

Защита от перенапряжения на выходе:

Большинство преобразователей постоянного тока в постоянный имеют встроенную схему защиты, называемую защитой от перенапряжения (OVP), которая отключает выход устройства, когда обнаруживается, что выходное напряжение превышает максимальный предел напряжения. Это необходимо для защиты преобразователя постоянного тока от внешнего чрезмерного напряжения, приложенного к его выходу. Если преобразователь постоянного тока в постоянный имеет регулируемое выходное, регулируемое или программируемое выходное напряжение, можно увеличивать выходное напряжение до тех пор, пока не будет превышена точка OVP и не сработает схема защиты.Если у него нет регулируемого выхода, то внешний источник напряжения может быть приложен к выходной клемме, увеличен до точки срабатывания OVP, а затем удален, чтобы увидеть, сработал ли выход и отключился ли. Если преобразователь постоянного тока в постоянный имеет сигнал неисправности OVP, это можно использовать для определения того, обнаружил ли выход OVP, и отключения выхода. Выходное напряжение контролируется, чтобы определить, когда произошло OVP, а затем сравнивается с заданными пределами OVP.

Имитация пользовательской формы волны нагрузки или имитация реальной нагрузки

Некоторые преобразователи постоянного тока в постоянный могут применяться в особых случаях, когда нагрузка может иметь необычные динамические изменения и формы волны.Необходимо использовать электронную нагрузку, которая может воспроизводить фактические формы волны нагрузки, для проверки преобразователя постоянного тока в постоянный ток в реальных условиях. Электронные нагрузки постоянного тока Chroma оснащены сигналами, определяемыми пользователем (UDW), с частотой до 50 кГц и скоростью нарастания до 10 А / мкс. Формы сигналов можно сохранять в памяти нагрузки и вызывать вручную или удаленно. На рис. 7 показан снимок экрана программного обеспечения Chroma, которое позволяет загружать и воспроизводить кривые тока на нагрузке 63600 и нагрузках постоянного тока 63200A высокой мощности.

Рисунок 7

Проверка эффективности

КПД определяет внутреннюю мощность, рассеиваемую преобразователем постоянного тока в постоянный, и насколько эффективно он передает входную мощность на выход преобразователя. Это испытание обычно проводится при номинальном входном напряжении и выходной нагрузке, установленной на номинальные или максимальные указанные значения. Измеряется как входное, так и выходное напряжение, ток и мощность, и по приведенной ниже формуле определяется процент эффективности.Затем его эффективность сравнивается со спецификацией преобразователя постоянного тока в постоянный, чтобы определить, находится ли он в указанных пределах. Этот тест также может фиксировать эффективность на различных уровнях мощности, и данные могут быть нанесены на график, чтобы показать кривую зависимости эффективности от выходного тока. Данные могут быть получены либо от многоканального измерителя мощности, либо от источника входного питания и выходной нагрузки.

Eff% = ((Vout x Iout) / (Vin x Iin)) x 100

Настройки обрезки выхода

Для преобразователей постоянного тока в постоянный с регулируемыми выходами или настройками подстройки регулировка может выполняться вручную или автоматически с помощью программируемого потенциометра или программируемой резисторной матрицы.Тест проводится для проверки диапазона регулировки выхода. Все вышеупомянутые тесты могут быть выполнены для проверки правильности работы преобразователя постоянного тока при различных напряжениях подстройки.

Испытание на безопасность: выдерживаемое диэлектрическое напряжение ACWV / DCWV (Hipot)

Если преобразователь постоянного тока в постоянный имеет каскад изоляции между входом и выходом, то требуется проверка функциональной изоляции. Обычно, если входное напряжение превышает 60 В постоянного тока, преобразователю постоянного тока может потребоваться пройти базовое испытание изоляции.Кроме того, если устройство подключено к защитному заземлению, необходимо выполнить испытание на выдерживаемое напряжение или испытание на высоковольтное напряжение. Конкретные испытания выдерживаемого напряжения указаны в соответствующем стандарте.

Топ-10 преобразователей постоянного тока в постоянный для компактных приложений

Высокоинтегрированные и миниатюрные преобразователи постоянного тока в постоянный доступны практически для всех приложений, от центров обработки данных до медицинских изделий

Прогнозируется, что рынок преобразователей постоянного тока в постоянный достигнет 19 долларов.Согласно отчету MarketsandMarkets , к 2025 году он составит 8 миллиардов долларов по сравнению с 8,5 миллиардами долларов в 2019 году, при совокупном годовом росте в 15%. Преобразователи постоянного тока в постоянный используются в различных областях, от бытовой электроники и телекоммуникаций до промышленных и медицинских. Общим знаменателем является необходимость разработки технологий и архитектур, обеспечивающих более высокую эффективность, экономию места на плате и снижение общей стоимости системы без ущерба для производительности. Кроме того, им часто приходится работать в суровых или суровых условиях.Один из способов, которым производители могут решить эти проблемы, – это более тесная интеграция и меньшая упаковка.

Вот обзор преобразователей постоянного тока в постоянный, выпущенных за последний год, которые решают эти проблемы. Начнем с пары интегрированных устройств.

Texas Instruments, UCC12050
Ранее в этом году компания Texas Instruments (TI) представила высокоэффективный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный с новой запатентованной технологией интегрированного трансформатора , оптимизированной для электромагнитных помех.TI утверждает, что высокоэффективный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный ток мощностью 500 мВт обеспечивает самые низкие в отрасли электромагнитные помехи (EMI).

Кроме того, микросхема UCC12050 с высотой 2,65 мм позволяет разработчикам уменьшить объем своего решения питания на 80% по сравнению с дискретными решениями и на 60% по сравнению с модулями питания, при этом эффективность в два раза выше, чем у конкурирующих устройств. в компанию. UCC12050 обеспечивает усиленную изоляцию 5 кВ среднеквадратического значения и рабочее напряжение 1,2 кВ среднеквадратичное значение для защиты от скачков высокого напряжения в таких системах, как промышленный транспорт, сетевая инфраструктура и медицинское оборудование.Усиленная изоляция с длиной пути утечки 8 мм и зазором используется для защиты от разности потенциалов земли.

Решение также исключает внешние компоненты фильтра, такие как регуляторы с малым падением напряжения и ферритовые шарики, которые обычно требуются для соответствия сертификации EMI, что сокращает выбор компонентов, время разработки и стоимость. Высокая эффективность устройства в сочетании с расширенным диапазоном рабочих температур от -40 ° C до 125 ° C обеспечивает большую мощность в экстремальных условиях. TI также предлагает UCC12040, который обеспечивает все те же преимущества с базовой изоляцией 3 кВ среднеквадратичного значения.

Murata Manufacturing Co. Ltd., MYTNA1R86RELA2RA
Еще один высокоинтегрированный и крошечный преобразователь постоянного тока в постоянный поступает от Murata Manufacturing Co., Ltd. Основываясь на успехе продукта первого поколения, выпущенного в прошлом году, Murata еще раз заявила, что самый компактный, наиболее эффективный, полностью интегрированный понижающий стабилизатор на 6 А с введением преобразователя постоянного тока в постоянный ток MYTNA1R86RELA2RA . Площадь основания устройства на 30% меньше, чем у ближайшего конкурентного решения с уменьшенным на 25% профилем и размером 9 × 10.5 × 2,1 мм. Целевые приложения включают базовые станции, сетевые коммутаторы, маршрутизаторы, микросерверы, твердотельные накопители, дополнительные карты PCIE и высокопроизводительные мобильные вычислительные платформы.

Кроме того, понижающему регулятору требуется меньше дополнительных внешних компонентов для соответствия жестким требованиям к переходным процессам, что делает его примерно на 50% меньше, чем у других альтернативных решений на рынке. По словам Мурата, это устройство также обеспечивает более чем на 10% более высокий КПД, чем конкурирующие продукты.

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток MYTNA1R86RELA2RA разработан для приложений с двумя, тремя и 12 В в точке нагрузки (POL), которые требуют высокой эффективности, низкого профиля и небольшого размера решения.По словам Мураты, модуль объединяет все пассивные компоненты, включая объемную выходную емкость, для точного соответствия требованиям переходной нагрузки, что означает, что для большинства приложений требуется меньше дополнительных внешних компонентов.

Основные характеристики включают диапазон входного напряжения 6,0–14,4 В и программируемый выход 0,7–1,8 В при напряжении до 6 А. Пиковая эффективность понижающего стабилизатора превышает 90% для входного напряжения 12–1,8 В.

Устройство основано на уникальной архитектуре двухступенчатого преобразования энергии, разработанной полупроводниковым подразделением компании pSemi в результате приобретения компании Arctic Sand, дочерней компании Массачусетского технологического института.Преимущества архитектуры питания включают более высокую эффективность и уменьшение размеров пассивных компонентов. Архитектура также предлагает примерно 5-кратное снижение входной пульсации, более низкие кондуктивные и излучаемые электромагнитные помехи и широкий диапазон температур от –40 ° C до 150 ° C со снижением номинальных характеристик.

Texas Instruments, TPS546D24A
TI также предлагает наращиваемое устройство питания, заявляя о первой в своем роде возможности наращивания до четырех интегральных схем (ИС), а также экономии места для максимальной плотности мощности в сильноточных ПЛИС и блоки питания процессора.Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток TPS546D24A 40-A SWIFT может обеспечивать до 160 А выходного тока при температуре окружающей среды 85 ° C, что в 4 раза больше тока, чем у конкурирующих ИС, сообщает TI.

Понижающий преобразователь TPS546D24A PMBus также демонстрирует наивысшую эффективность из всех преобразователей постоянного / постоянного тока на 40 А, что позволяет инженерам снизить потери мощности на 1,5 Вт в таких приложениях, как высокопроизводительный центр обработки данных и корпоративные вычисления, медицина, беспроводная инфраструктура. и проводные сети.

Благодаря возможности наращивания понижающий преобразователь TPS546D24A может уменьшить размер блока питания при оптимизации тепловых характеристик. Он поставляется с интерфейсом PMBus, который предлагает выбираемую внутреннюю компенсационную сеть, устраняя до шести внешних компонентов компенсации с платы и уменьшая общий размер решения источника питания более чем на 10% (или 130 мм2) для более мощных FPGA / приложений. -специфические ИС (ASIC) по сравнению с дискретными многофазными контроллерами.

Устройство обеспечивает частоту коммутации 1,5 МГц, обеспечивая ток 40 А на микросхему, при этом уменьшая индуктивность и емкость на одну треть по сравнению с аналогичными преобразователями. Однако высокие частоты коммутации обычно имеют негативное влияние на КПД, которое TI смягчает за счет включения полевого МОП-транзистора с низким сопротивлением 0,9 мОм, что на 3,5% выше, чем у конкурирующих понижающих преобразователей постоянного тока в постоянный.

Другие особенности включают тепловое сопротивление 8,1 ° C на ватт и более низкую температуру на 13 ° C по сравнению с конкурирующими преобразователями постоянного / постоянного тока, что помогает повысить надежность электроники, работающей в горячих, суровых условиях, включая блоки основной полосы частот и автоматизированное испытательное оборудование.

Analog Devices Inc., LTM4668 / LTM4668A
Analog Devices Inc. предлагает несколько продуктов питания постоянного и постоянного тока с высокой степенью интеграции. Некоторые из последних – это высокоинтегрированные регуляторы µModule LTM4668 и LTM4668A. Эти регуляторы постоянного / постоянного тока с четырьмя выходами и выходной мощностью до 4,8 А включают в себя контроллеры переключения, силовые полевые транзисторы, катушки индуктивности и вспомогательные компоненты. Высокая степень интеграции помогает упростить процесс проектирования при одновременном снижении энергопотребления и пространства на плате. Эти устройства могут использоваться в таких приложениях, как телекоммуникации, сети и промышленные приложения.

Работая в диапазоне входного напряжения от 2,7 В до 17 В, понижающие стабилизаторы LTM4668 и LTM4668A , размещенные в корпусах BGA 6,25 × 6,25 × 2,1 мм, поддерживают диапазон выходного напряжения от 0,6 В до 5,5 В. Они также поддерживают синхронизацию частоты, режим PolyPhase, выбираемый пакетный режим, 100% рабочий цикл и работу с низким IQ. По заявлению ADI, их высокая частота переключения и архитектура с текущим режимом обеспечивают очень быструю переходную реакцию на изменения линии и нагрузки без ущерба для стабильности.

TDK Corp., серия FS
Другие средства экономии места включают преобразователи µPOL DC / DC серии FS от TDK Corp. Когда компания была представлена ​​в прошлом году, TDK заявила, что серия FS является самым маленьким и высокопроизводительным POL-решением для таких приложений, как большие данные, машинное обучение, искусственный интеллект, ячейки 5G, IoT и вычислительные предприятия. Вместо использования отдельно стоящей дискретной ИС и дискретной катушки индуктивности, серия FS объединяет ИС и катушку индуктивности в небольшом корпусе для приложений с ограниченным пространством, при этом минимизируя необходимые внешние компоненты.

Серия FS, имеющая размеры 3,3 × 3,3 × 1,5 мм, может обеспечивать решение с высокой плотностью 1 Вт / мм ³ , предлагая при этом размер раствора на 50% меньше, чем у других продуктов этого класса, согласно TDK. Преимущества включают более низкую стоимость системного решения, меньший размер платы и меньшую стоимость материалов, печатных плат и сборки. Он работает в диапазоне температур перехода от –40 ° C до 125 ° C и рассчитан на промышленное применение.

Технология µPOL была разработана Faraday Semi, входящей в группу TDK.Эти решения включают высокоэффективные полупроводники в передовые технологии упаковки. К ним относятся полупроводники, встроенные в подложку (SESUB), и современные электронные компоненты для устройств меньшего размера и более низкого профиля.

Silanna Semiconductor, SZPL8216A
Еще одно семейство устройств POL и компактных устройств постоянного / переменного тока принадлежит компании Silanna Semiconductor. Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток SZPL8216A сокращает пространство на печатной плате за счет интеграции контроллера постоянного / постоянного тока (COT), драйверов выходных затворов и блоков выходной мощности в корпусе QFN размером 3 × 4 мм.

По словам компании, с этими синхронными понижающими преобразователями на 12 В разработчикам не нужно выбирать между размером и энергоэффективностью. Они обеспечивают ток до 12 А с пиковым КПД 94% при преобразовании с номинального входного напряжения 12 В в диапазон выходного напряжения от 0,6 В до 5,5 В.

Эти устройства предназначены для обеспечения высокой плотности мощности и эффективности, а также низких потерь мощности для требовательных приложений в корпоративных серверах, телекоммуникационном и сетевом оборудовании.Понижающие преобразователи с возможностью выбора частоты переключения от 600 кГц до 1 МГц позволяют разработчикам принимать конструктивные решения для оптимизации размеров компонентов по сравнению с эффективностью. Кроме того, возможность работы на частоте 1 МГц позволяет разработчикам использовать выходной фильтр меньшего размера, что еще больше уменьшает размер печатной платы.

Recom Power Gmbh, RBBA3000
Ищете повышающий преобразователь с повышенным КПД? Recom Power Gmbh предлагает повышающий DC / DC преобразователь мощностью 3 кВт с КПД 98% в корпусе с охлаждением на опорной плите.

Понижающе-повышающий неизолированный DC / DC преобразователь RBBA3000 обеспечивает полную мощность при рабочей температуре от –40 ° C до 85 ° C при надлежащем охлаждении.

Основные характеристики

включают входной диапазон от 9 до 60 В постоянного тока, а выходное напряжение и максимальный ток могут быть запрограммированы пользователем от 0 до 60 В постоянного тока и от 0 до 50 А, соответственно. Программирование может осуществляться с помощью одного резистора или внешнего напряжения. Повышенно-понижающая топология позволяет устанавливать выходное напряжение ниже или выше входного.

Ток нагрузки можно контролировать с вывода распределения тока, который также можно использовать для параллельного подключения двух модулей, чтобы обеспечить выход до 100 А с активной балансировкой нагрузки.

Преобразователь соответствует стандарту ЭМС EN 55024, а также EN 55032, класс A и B с внешним фильтром. Типичные применения включают преобразование энергии батареи 48 В в 24 В или 12 В в 24 В, регуляторы напряжения электромобилей, стабилизаторы напряжения батареи и мощные лабораторные источники питания постоянного тока.

CUI, VXO78-500-M
В области высокой эффективности CUI Inc.недавно представила свой первый четырехконтактный неизолированный преобразователь постоянного тока в постоянный для поверхностного монтажа, предназначенный для оборудования информационных технологий, средств управления и электронных устройств с широким входом. Сверхкомпактный VXO78-500-M предлагает удаленный контакт включения / выключения и высокую эффективность до 95%, что делает устройство питания подходящим для приложений с ограниченным пространством, требующих максимальной энергоэффективности.

Основные характеристики включают выходной ток 500 мА, входной ток холостого хода всего 0,2 мА, ток 4.Диапазон входного напряжения от 75 до 36 В постоянного тока и широкий диапазон температур от –40 ° C до 85 ° C. Устройства сертифицированы UL / EN / IEC 62368.

Силовые модули Flex, серия PUC-2B
Для проектировщиков, которые сталкиваются как с пространством, так и с суровыми условиями окружающей среды, Flex Power Modules расширил линейку миниатюрных преобразователей постоянного тока в постоянный ток для промышленного применения. Серия PUC-2B, размещенная в компактном корпусе SIP7 размером 19,7 × 7,1 × 11,5 мм, доступна в вариантах с одним или двумя выходами и обеспечивает выходную мощность до 2 Вт без минимальной нагрузки.

Изолированные, нерегулируемые модули преобразователя постоянного тока в постоянный ток обеспечивают высокий КПД, обычно до 85% с выходным напряжением 12 В при полной нагрузке. Другие особенности включают защиту от короткого замыкания и усиленную изоляцию.

Преобразователи могут работать в диапазоне температур от –40 ° C до 95 ° C и подходят для тяжелых промышленных условий. Среднее время наработки на отказ (MTBF) устройств составляет 12,9 миллиона часов. Они соответствуют требованиям безопасности EN / UL 62368-1.

Polytron Devices, MTWA2 и MTWA4
Преобразователи постоянного тока в постоянный для медицинских изделий также должны соответствовать высоким стандартам безопасности. Polytron Devices предлагает семейство преобразователей постоянного тока в постоянный ток мощностью 2 и 3,5 Вт для медицинских приложений с низким током утечки 2 мкА, изоляцией входа и выхода на 5000 В переменного тока и защитой пациента 2 × MOPP, что является наивысшим уровнем в соответствии со стандартами безопасности IEC 60601-1 для медицинских электрических изделий.

Входной диапазон 2: 1 MTWA2 и MTWA4 DC / DC преобразователи предлагают очень широкий входной диапазон 4.Входные диапазоны от 5 до 12 В постоянного тока, а также от 9 до 18 В постоянного тока, от 18 до 36 В постоянного тока и от 36 до 75 В постоянного тока. Они также предлагают КПД до 82%, дистанционное включение / выключение и большую рабочую высоту до 5000 метров. Функции защиты включают перенапряжение, короткое замыкание и пониженное напряжение без требований к минимальной нагрузке.

Благодаря низкому току утечки, доступности в миниатюрных корпусах DIP16 (0,95 × 0,57 × 0,41 дюйма) и SMD16 (0,95 × 0,57 × 0,40 дюйма), а также эффективности процесса, обеспечивающей более низкую стоимость, можно использовать MTWA2 и MTWA4 в портативных устройствах с низкой потребляемой мощностью.Доступны также устройства с входами 4: 1 – MTWB2 (2 Вт) и MTWB4 (3,5 Вт).

Узнайте больше об Analog DevicesCUI IncFlex Power ModulesInc.Murata Power SolutionsPolytron DevicesRecom PowerSilanna SemiconductorTDK AmericaTexas Instruments

Artesyn Embedded Power | Преобразователи постоянного тока в постоянный

Artesyn Embedded Power широко признан лидером отрасли в области распределенных источников питания и производит исключительно широкий спектр продуктов для преобразования постоянного тока в постоянный под торговыми марками Astec и Artesyn.Эти преобразователи постоянного тока известны своей выдающейся производительностью, надежностью и экономичностью. Они широко используются производителями оборудования и системными интеграторами для различных приложений в здравоохранении (биология, стоматология, визуализация, лаборатории, медицина), телекоммуникациях, вычислениях, хранении, тестировании и измерениях, контрольно-измерительных приборах и промышленном оборудовании.

Наш портфель продуктов для преобразования постоянного тока в постоянный включает чрезвычайно широкий диапазон изолированных преобразователей постоянного тока в постоянный для телекоммуникационных приложений, охватывающих стандартные отраслевые стандарты форм-фактора шестнадцатый кирпич в полукирпич и номинальную мощность от 35 до 1300 Вт.Мы также производим полукирпичные и полнокирпичные модели для специализированных ВЧ-приложений с номинальной мощностью от 100 до 800 Вт.

Наш ассортимент неизолированных преобразователей постоянного тока в постоянный – один из самых обширных в отрасли. Он включает в себя большое количество моделей общего назначения, совместимых с POLA, а также три семейства продуктов, оптимизированных для применения, и покрывает выходные токи от 3 до 80 ампер.

Для промышленных приложений с низким энергопотреблением в таких областях, как автоматизация, испытания и измерения, контрольно-измерительные приборы и телекоммуникации, мы предлагаем большой и постоянно расширяющийся ассортимент преобразователей постоянного тока в постоянный ток в металлическом корпусе, разработанных специально для жестких условий эксплуатации.Эти преобразователи включают модели с одним и двумя выходами с номинальной мощностью от 2 до 50 Вт.

Мы также производим высоковольтные модули преобразователей постоянного тока в постоянный, состоящий из четверти, полукирпича и полного кирпича для специализированных источников питания на специализированных рынках, таких как авионика и железнодорожный подвижной состав, вместе с дополнительным диапазоном коррекции коэффициента мощности (PFC ) модули.

На

меньше

Узнайте, как правильно выбрать преобразователи постоянного тока в постоянный

Как и в случае с большинством источников питания, при выборе преобразователя постоянного тока в первую очередь необходимо определить требования к выходной мощности нагрузки системы.Требования к выходу преобразователя постоянного тока включают в себя выходное напряжение и ток, подаваемые преобразователем. Выходное напряжение может иметь допуски, зависящие от условий окружающей среды, таких как входное напряжение, выходной ток нагрузки, температура окружающей среды и т. Д. Требования к току нагрузки должны включать минимальные, максимальные и типичные значения.

Требования к приложениям для преобразователей постоянного и постоянного тока уникальны по сравнению с источниками переменного / постоянного тока в том, что входные напряжения не стандартизированы, как для источников питания переменного-постоянного тока.При выборе преобразователя постоянного тока необходимо указать диапазон входных напряжений, которые будут подаваться на преобразователь.

Изолированные и неизолированные конфигурации

Преобразователи постоянного / постоянного тока доступны в изолированной или неизолированной конфигурации. Изолированные преобразователи имеют гальваническую развязку входных и выходных цепей; между входом и выходом нет пути постоянного тока. Эти преобразователи часто используются для разделения входных и выходных цепей для изоляции от электрических помех или опасного напряжения.Изолированные преобразователи доступны с несколькими выходными напряжениями от одного преобразователя.

Рекомендовано для вас: Превращение электронных отходов в возможность

Неизолированные преобразователи имеют соединение постоянного тока между входом и выходом через общую землю между входными и выходными цепями. Преобразователи этого класса можно сделать меньше по размеру и дешевле, чем изолированные преобразователи. Некоторые неизолированные преобразователи способны создавать отрицательное выходное напряжение из положительного входного напряжения.

Регулируемое и нерегулируемое выходное напряжение

Большинство преобразователей постоянного / постоянного тока вырабатывают строго регулируемое выходное напряжение, подобное источникам переменного / постоянного тока. Преобразователи меньшего размера или менее дорогие могут использоваться в приложениях, которые могут выдерживать нерегулируемое выходное напряжение. Выбор регулируемого или нерегулируемого выходного напряжения часто доступен только на преобразователях малой мощности.

Варианты комплектации и монтажа

Преобразователи постоянного тока доступны в различных корпусах и стилях монтажа.В приложениях, где преобразователь будет установлен непосредственно на печатной плате, есть выбор: поверхностный монтаж (SMT) или монтаж в сквозное отверстие (THM), а также одиночный линейный вывод (SIP) или двойной линейный вывод ( DIP) конфигурации. Для приложений, требующих такого типа монтажа, доступны преобразователи, устанавливаемые на шасси. Многие преобразователи доступны в конфигурациях для монтажа на DIN-рейку для промышленного применения. Преобразователи с открытой рамой и герметизированные преобразователи можно найти в большинстве конфигураций корпуса и монтажа.

Проблемы EMI и EMC

Большинство электронных продуктов, предлагаемых для продажи, должны соответствовать нормативным требованиям EMI и EMC (электромагнитные помехи и электромагнитная совместимость). Целью нормативных требований является обеспечение того, чтобы продукты не мешали работе других продуктов и чтобы внешний электрический шум не мешал правильной работе сертифицированных продуктов. Преобразователи постоянного тока в постоянный могут быть сертифицированы в соответствии с нормативными требованиями, но готовая система сертифицирована для большинства приложений, а внутренние подсхемы не требуют сертификации.

Вам также может понравиться: 5 вопросов о питании интеллектуальных устройств Интернета вещей

Требования безопасности

Подобно нормативным требованиям EMI и EMC, большинство продаваемых электронных продуктов должны соответствовать нормативным требованиям безопасности. Как и в случае нормативной сертификации EMI и EMC, продукты получают сертификат безопасности для конечного продукта, и сертификация часто не требуется для внутренних компонентов, но может быть получена при необходимости.Следует отметить, что преобразователи постоянного тока в постоянный ток, продаваемые в ЕС и Великобритании с номинальным входным напряжением 75 В или выше, требуют сертификатов безопасности. Будьте уверены в своих требованиях для других географических регионов. Сертификаты безопасности для преобразователей также должны быть получены, если преобразователи постоянного тока используются для изоляции пользователей продукции от опасного напряжения.

Дополнительные функции

В дополнение к характеристикам преобразователей постоянного тока, описанных выше, в конструкции продукта могут быть полезны или необходимы другие функции.Некоторые преобразователи позволяют конструктору регулировать выходное напряжение с помощью внешних резисторов. Преобразователи большой мощности часто включают в себя клеммы измерения напряжения нагрузки, чтобы преобразователь мог компенсировать падения напряжения в проводниках между выходом преобразователя и нагрузкой преобразователя. Возможность дистанционного включения-выключения позволяет разработчику включать или отключать выходное напряжение преобразователя с помощью электронного сигнала.
Знание фундаментальных вопросов, связанных с преобразователями постоянного тока, может помочь упростить процесс выбора этих компонентов.При выборе преобразователей могут быть другие соображения в дополнение к рассмотренным выше. Сотрудничая с опытной компанией по энергоснабжению, такой как CUI, можно свести к минимуму усилия, необходимые для завершения процесса выбора, и определить оптимальные преобразователи постоянного тока в постоянный.

Райан Декмар (Ryan Dekmar) – менеджер по продукции линейки межсоединений CUI. Его опыт варьируется от адаптеров ac-dc до преобразователей dc-dc, обеспечивая гармоничное и глубокое знание отрасли.

Промышленные преобразователи постоянного тока в постоянный ток QUINT

Регулируемые блоки питания для DIN-рейки

• Выходное напряжение: 12, 24 или 48 В постоянного тока
• Ампер: 5, 8, 10 или 20
• Вт: 96, 120, 240 или 480 Вт
• Широкий диапазон входного напряжения постоянного тока от 9 В до 154 В постоянного тока

Если вам необходимо эффективно производить регулируемое выходное напряжение от источника, который может или не может быть хорошо управляемым, до нагрузки, которая может быть или не быть постоянной, преобразователи постоянного тока в постоянный ток QUINT для вас.Эти преобразователи постоянного тока в постоянный обеспечивают регулируемое напряжение постоянного тока. Они изменяют уровень напряжения, восстанавливают напряжение на концах длинных кабелей или позволяют создавать независимые системы питания с помощью гальванической развязки. Обладая всеми необходимыми сертификатами безопасности для поддержки ITE (оборудования информационных технологий), прочной упаковкой, расширенными рабочими температурами, высокими пиковыми нагрузками и высокими изоляционными напряжениями, промышленный преобразователь постоянного тока в постоянный ток QUINT разработан для удовлетворения потребностей вашего промышленного применения.Преобразователи постоянного тока в постоянный ток QUINT используют передовые технологии для повышения безопасности и надежности:

• Превентивный контроль функций предупреждает о критических рабочих состояниях до возникновения ошибок.
• Статический резерв мощности позволяет надежно запускать сложные нагрузки с током в 1,25 раза превышающим номинальный (POWER BOOST).
• Быстрое отключение стандартных автоматических выключателей с номинальным током, в шесть раз превышающим номинальный, в течение 12 мс (технология SFB).

Диапазон регулируемого выходного напряжения от 5 до 56 В постоянного тока

С помощью поворотного потенциометра на передней панели источника питания QUINT можно оптимально отрегулировать выходное напряжение в соответствии с требованиями конкретной среды применения. Например, вы можете легко отрегулировать, чтобы компенсировать падение напряжения, вызванное большой длиной кабеля.

• 12 В постоянного тока: от 5 до 18 В постоянного тока
• 24 В постоянного тока: от 18 до 29,5 В постоянного тока
• 48 В постоянного тока: от 30 до 56 В постоянного тока

POWER BOOST: надежный запуск тяжелых нагрузок

Для настройки, оптимизации и расширения больших систем требуется высокая степень гибкости.Чтобы оптимально адаптировать систему или машину к вашим требованиям, крайне важен запас мощности в блоке питания. С функцией QUINT Power Boost статическое усиление будет непрерывно обеспечивать до 125% номинального тока . Это полезно, когда невозможно предсказать, какие нагрузки будут включены одновременно, или если необходимо поглощать высокие токи включения емкостных нагрузок без провалов напряжения.

Превентивный мониторинг функций сообщает о критических рабочих состояниях до их возникновения

В промышленном блоке питания QUINT происходит постоянный контроль выходного напряжения и выходного тока.Профилактический функциональный мониторинг визуализирует критические рабочие состояния и сообщает о них контроллеру локально и удаленно следующим образом:

• Через светодиод
• Через беспотенциальный релейный контакт
• Через активный переключающий выход

Для использования в экстремальных условиях окружающей среды

Оборудование, используемое в системах управления дорожным движением, нефте- и газопроводах, слежении за погодой, промышленных и наружных применениях, должно работать при температурах, которые не могут поддерживаться коммерческими источниками питания.Промышленный источник питания QUINT с рабочей температурой от -25 ° C до + 70 ° C и надежным запуском устройства при -40 ° C идеально подходит для использования с оборудованием, работающим в суровых условиях окружающей среды и суровых температурах.

Высокая эффективность и низкое энергопотребление без нагрузки

По сравнению с другими продуктами на рынке, промышленный блок питания QUINT обеспечивает отличную экономию энергии. Благодаря очень низкому энергопотреблению без нагрузки и высокой эффективности при номинальной нагрузке, лишь небольшое количество электроэнергии преобразуется в нежелательную тепловую энергию, что делает эти источники питания очень экологичными.

Технология SFB (селективное размыкание предохранителей)

Технология

SFB может использоваться для быстрого и надежного отключения автоматических выключателей и предохранителей, подключенных на вторичной стороне. В случае короткого замыкания на вторичной стороне QUINT подает в 6 раз больше номинального тока в течение 12 мс. Неисправные токопроводы выборочно отключаются, неисправность локализуется, а важные части системы остаются в работе. Нагрузки, подключенные параллельно, по-прежнему получают энергию, обеспечивающую непрерывную работу этих частей системы.

• Отключение автоматических выключателей: автоматический выключатель обычно отключается высоким током SFB в течение 3-5 мс. В результате исключаются провалы напряжения на нагрузках, подключенных параллельно.
• Срабатывание предохранителя: предохранители срабатывают путем плавления заданной точки разрыва внутри капсулы предохранителя. Характеристика срабатывания предохранителя описывается интегралом плавления (I²t). Для достижения очень короткого времени отключения крайне важен высокий ток.

Идеальная среда для источников питания QUINT на DIN-рейку

• Железные дороги: Все модели имеют допуски для железных дорог
• машиностроение
• автоматизированный производственный процесс
• промышленное оборудование для контроля, автоматизации, сборки и испытаний
• Системы управления зданием, безопасности и наблюдения, а также системы климат-контроля.