Простейший преобразователь напряжения: ПРОСТЕЙШИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ПРОСТЕЙШИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Всё, надоело менять батарейки в мультиметрах! Давно хотел собрать преобразователь от пальчиковой батарейки, но потом подумал, что и их придется менять. Захотелось питать преобразователь от аккумуляторов. Это бОльшая емкость, по сравнению со стандартными кронами, да и затрат поменьше.

Схема инвертора для батарейки тестера

Нашел в сети схему, собрал устройство. Впечатлило. Без нагрузки потребляет около 0.2 мА, а КПД доходит, как там было написано, до 94%. Пробовал запитывать устройство от 1.5 В – напряжение на выходе не понравилось, а перематывать трансформатор лень. Поэтому взял аккумулятор от мобильника, он плоский, емкость для мультиметра хорошая, да и форма тоже.

Конденсаторы на 1000 мкФ не ставил, поставил параллельно керамику и пленку на 120 нФ. На работу они не сильно повлияли. Транзистор взял старый советский. Здесь надо ставить германиевые транзисторы, тогда минимальное напряжение питания снизится.

В источнике написано, что работа начинается с 0.4 вольт и продолжается аж до 0.2 Вольт. Это получается можно питать устройство даже от маленькой солнечной батарейки, картошки, лимона и прочего.

В параллель выходу поставил стабилитрон на 10 В – с целью защиты мультиметра от всплесков питания. Трансформатор мотал на ферритовом колечке. Моточные данные: 10 витков 0.5 мм и 50 витков 0.1 мм проводом – старался витком к витку, а получилось как всегда. Если преобразователь не заработает – меняем местами выводы вторички, что я и сделал после первого запуска, хоть схема и выдавала напряжение чуть больше входного. 

Конденсатор С1, на 80 нФ, можно менять от 1 до 100 нФ, он влияет на выходное напряжение, соответственно и на КПД.

Видео работы преобразователя

Понятно, что этот простейший преобразователь напряжения можно использовать не только для получения 9 вольт на выходе, и не только для запитывания мультиметра – область его применения очень широкая, в том числе и для светодиодных фонариков.

Автор конструкции BFG5000.

   Форум по ИП

   Форум по обсуждению материала ПРОСТЕЙШИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Самый простой инвертор 1,5 В – 220 В

Я не встречал схемы инвертора проще чем эта. Для повторения вам понадобиться минимум деталей – их не более 10 штук. Для получения напряжения на выходе 220 вольт нам понадобиться одна пальчиковая батарейка напряжением 1,5 вольта.

Инверторы необходимы там, где нет возможности подключиться к сети 220 вольт. Инверторы делятся на два типа: одни имеют на выходе синусоидальную напряжение частотой 50 Гц и подходят практически для питания любой нагрузки. Другие модифицированные имеет на выходе высокую частоту, порядка 500-10000 Гц и не всегда синусоидальную форму волны.
Инверторы с синусоидальной частотой 50 Гц дорогостоящие, так как для формирования синусоидального импульса 50 Гц нужен большой трансформатор или имитационный блок электроники.
Простейший инвертор который будем делать мы относится ко второй группе. И подходит для питания различных импульсных блоков питания, таких как зарядник для телефона, энергосберегающая лампочка – люминесцентная или светодиодная.

Требуемые компоненты

Трансформатор 220В – 6В. Можно выдрать из старого магнитофона, приемника, и т.п. или купить тут – aliexpress
Корпус батареи AA – 1 – aliexpress
Переключатель – 1 – aliexpress
Печатная плата – 1 – aliexpress
BC547 транзистор (отечественный аналог КТ3102, КТ315) – 1 – aliexpress
BD140 Транзистор с радиатором (отечественный аналог КТ814, КТ816) – 1 – aliexpress
Конденсатор 0.1 мкФ – 1- aliexpress
30 кОм резистор – 1 – aliexpress

Инструменты:
Паяльник, если вдруг у вас нет возьмите тут – aliexpress

Схема

Знакомство с инвертором начнем со схемы. Это обычный мультивибратор на составном транзисторе. В результате получается генератор на выходе которого стоит повышающий трансформатор.
Собираем схему. Плата макетная, с большим количеством отверстий. Вставляем детали и запаиваем их перемычками по схеме.

Проверка работы

Если все компоненты схемы исправны, и схема собрана без ошибок, то инвертор начинает работать сразу и в настройке не нуждается.


На выход инвертора подключаем энергосберегающую лампу. Вставляем батарейку и замыкаем выключатель. Лампочка загорелась.

Конечно её яркость ниже чем при питании от сети, но то что она работает от элемента напряжением 1,5 вольта — это прорыв!
Естественно, как и везде тут действует закон сохранения энергии. Исходя из которого следует, что ток в цепи батарейки будет в несколько раз выше чем в цепи лампочки. В общем батарейка должна быть обязательно алкалиновая, тогда есть шанс, что она будет работать немного подольше.

При монтаже и работе с инвертором будьте особо осторожны, напряжение 220 вольт опасно для жизни. И, поверьте, батарейки в 1,5 вольта хватит, чтобы нанести человеку поражающий удар током, и даже вызвать остановку сердца. Как известно, для этого достаточно пропустить через человека порядка 100 мА, на что вполне способен данный инвертор.

Простейший преобразователь 12 В – 220В | 1001 Самоделка

Вам нужен простейший преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220?

Самый простой инвертор (преобразователь постоянного напряжения в переменное), можно сконструировать буквально на трёх элементах.

Правда, не стоит ожидать от него стабильности напряжения и особенно частоты. Питать им какую-то дорогостоящую электронику не рекомендуется. Форма сигнала будет не синусоидой, а прямоугольной. Длительности положительной и отрицательной составляющей сигнала, будут зависеть от применяемого реле.

 Тем не менее, схема такая существует  — может кому-то и пригодится.

Итак, вам понадобятся следующие элементы:

— трансформатор напряжения 220/12 В

— электромагнитное реле (напряжение питания катушки – 12В, коммутируемый ток – 10А)

— конденсатор 0,05-0,1 мкФ

 В качестве  нагрузки, можно использовать светодиодную лампу, питание от аккумулятора 12 В.

Итак, катушка электромагнитного реле и вторичная обмотка трансформатора соединены параллельно. Один общий узел сразу подключается к аккумулятору, а другой через нормально замкнутый контакт реле, также идёт на аккумулятор.

Параллельно контакту реле, желательно подключить конденсатор ёмкостью 0,05-0,1 мкФ – чтобы гасить дугу, возникающую между контактами.

Подаём питание на схему. Через нормально замкнутый контакт, ток пойдёт по обмотке катушки и по вторичной обмотке трансформатора. Реле разорвёт контакт, питание схемы прекратится. Контакт тут же замкнётся – на катушку реле и трансформатор снова поступит напряжение. Реле снова разомкнёт контакт.

Как вы понимаете, импульсы поступающие на вторичную обмотку, будут трансформированы на первичной обмотке. Величина напряжения на первичной обмотке – около 220 В. А вот предположить какая будет частота – довольно сложно. Всё зависит от быстродействия реле.

Стоит заметить, что ток проходящий по цепи «аккумулятор – контакт – вторичная обмотка трансформатора», будет больше тока протекающего по цепи «первичная обмотка – лампочка» в 220/12=18,3 раза.

Такая схема не будет долговечной из-за ограниченного ресурса количества коммутаций реле. Наличие конденсатора, подключённого параллельно контакту реле, продлит  службу контакта.

Простой преобразователь напряжение 12 – 220 схема

Наш инвертор или преобразователь предназначен для получения переменного тока 220 вольт с частотой 50 герц с автомобильного аккумулятора или любой батареи 12 вольт. Мощность инвертора составляет 150 Ватт и может быть увеличена до 300, но об этом поговорим попозже.

Схема крайне проста, я уверен, что справится любой, работает схема точно так, как любой двухтактный преобразователь типа «push pull», сердцем инвертора является микросхема CD4047, которая служит в качестве задающего генератора и одновременно управляет полевыми транзисторами.

Транзисторы работают в ключевом режиме, переключаясь, то есть в каждый момент времени открыт только один из транзисторов.

Если вдруг по каким-то причинам оба ключа откроются одновременно, то образуется короткое замыкание и оба транзистора сгорят моментально, это может случиться из-за неверного управления.
Микросхема CD4047 разумеется не заточена для высокоточного управления полевиками, но справляется с этой задачей достаточно неплохо.

Трансформатор в моем случае был взят от старого бесперебойника, если честно от этого бесперебойника уцелел только один трансформатор, он как раз для таких целей, поэтому домотывать или перематывать ничего не нужно.
Трансформатор в моём случае на 250-300 Ватт, имеет первичную обмотку со средней точкой, куда подключается плюс от источника питания.

Вторичных обмоток много и нам нужно найти именно сетевую обмотку на 220 вольт, с помощью мультиметра измеряем сопротивление всех отводов, которые имеются на вторичной цепи и находим отводы или контакты между которыми самое большое сопротивление.

В моём случае это около 17 Ом, как раз эти два контакта и есть выводы вторичной или сетевой обмотки, все остальные выводы можно откусить.
После того, как разобрались с трансформатором переходим к сборки схемы, это занимает очень малое время, особенно когда есть печатная плата. (скачать её можно в конце статьи)

Настоятельно рекомендую проверять все компоненты перед пайкой, подберите транзисторы аналогичных параметров из одной партии. Конденсатор в частотно-задающей цепи должен иметь малую утечку и узкий допуск.

Теперь собираем и паяем саму схему.

Пару слов о возможных заменах в схеме…
К сожалению микросхема CD4047 советских аналогов не имеет, поэтому нужно купить именно её. Полевые транзисторы можно заменить на любые -м- канальные с напряжением от 60 вольт и с током от 35 Ампер.

Если использовать ключи типа IRF 3205, то с инвертора можно стянуть 250-300 ватт чистой выходной мощности.

Кстати схема прекрасно работает также с биполярным транзисторами на выходе, правда мощность будет в разы меньше, чем с полевыми транзисторами.

Затворные, ограничительные резисторы могут иметь сопротивление от 10 до 100 Ом, советую ставить от 22 до 47 Ом, мощность 0,25 ватт.

Частотно-задающую цепь лучше не трогать, она настроена на частоту в 50 герц.

Несколько слов насчёт настройки…. В принципе правильно собранный инвертор заработает сразу, но первый запуск обязательно нужно делать со страховкой, то есть вместо предохранителя на схеме подключить резистор Ом на 5-10 или лампочку на 12 вольт 5 Ватт, чтобы в случае проблем не взорвать транзисторы.

Если инвертор работает нормально, то трансформатор издает своеобразный звук, при этом ключи не должны нагреваться вообще.

Если это так, то можно убрать резистор и питание уже подаём напрямую, но разумеется через предохранитель.

Среднее потребление инвертора может составлять от 150 до 300 миллиампер, но это будет зависеть конкретно от источника питания и от вашего трансформатора, это разумеется холостой ход без выходной нагрузки.

Дальше, нам нужно измерить выходное напряжение предварительно поставив мультиметр в режиме замера переменки на уровне 750 вольт.

В моём случае получилось 220-250 вольт, это в пределах нормы поскольку инвестор не стабилизированной и выходное напряжение может гулять в этом пределе.

Дальше уже можно подключать нагрузку, в моем случае это сетевая лампочка на 60 ватт.

Гоняем инвертор с такой нагрузкой примерно 10 секунд, при этом ключи чуток должны нагреваться, они без теплоотводов и нагрев на обеих ключах должен быть равномерным. Если один ключ нагревается гораздо сильнее ищите свой косяк.

Несколько слов о монтаже…
Корпус был позаимствован у компьютерного блока питания, вся начинка просто отлично в него влезла.

Транзисторы в моем случае были установлены на отдельные радиаторы

В случае использования общего теплоотвода не забываем изолировать корпуса транзисторов от радиатора.

Кулер был подключен непосредственно к шине 12 вольт.

Самый большой недостаток нашего инвертора — это отсутствие защиты в случае короткого замыкания на выходе, транзисторы сгорят,.. поэтому чтобы такого не случилось, на выход я поставил предохранитель на 1 Ампер.

Мало мощная кнопка подаёт плюс от источника питания на плату, то есть запускает инвертор в целом.

Силовые шины от трансформатора цепляются непосредственно к радиатором транзисторов, поэтому радиаторы нужно изолировать от общего корпуса.

Частота в пределах нормы, если же частота отличается от пятидесяти герц, то ее можно подстроить с помощью оборотного, переменного резистора R4, который присутствует на плате.

Отлично всё работает…

Архив к статье; скачать…

Автор; АКА КАСЬЯН

Простой преобразователь напряжение – частота

Если требуется схема простого преобразователя напряжение – частота, то можно воспользоваться оригинальным схемотехническим решением, используя интегральный таймер серии 555 (советский аналог – КР1006ВИ1) и операционный усилитель серии 741 (советский аналог – К140УД7).

В стандартной схеме включения 555-го таймера времязадающий конденсатор заряжается от источника питания через резистор, эта RC цепь является времязадающей. В этой же схеме (рис. 1.) вместо резистора применён источник тока, выполненный на операционном усилителе DA1, так что заряд конденсатора С1 происходит линейно, и при достижении на нём некоторого напряжения конденсатор разряжается.

Поскольку источник тока управляется входным напряжением, то и величина тока имеет линейную зависимость от входного напряжения, поэтому и заряд конденсатора С1, а следовательно, и частота следования импульсов на выходе таймера DD1 будет так же линейно зависеть от входного напряжения. При этом погрешность преобразования будет не более 3%.

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения на интегральном таймере серии 555

График зависимости частоты от напряжения показан на рисунке 2, с теми параметрами резисторов и конденсаторов, что указаны на схеме, частота на выходе таймера будет почти линейно изменяться в диапазоне от 1,8 кГц до 24 кГц при изменении входного напряжения 0,5 до 7 В. При этом крутизна преобразования будет составлять примерно 3,4 кГц/В. На выходе таймера будут присутствовать короткие импульсы отрицательной полярности.

Рис. 2. График частота – напряжение преобразователя.
Ось Х – входное напряжение, вольт; ось Y – частота на выходе преобразователя, кГц.

При входных напряжениях, лежащих ниже 0,5 вольт, линейность преобразователя нарушается, так что это несколько ограничивает диапазон минимальных рабочих напряжений. Верхний диапазон входных напряжений ограничен напряжениями питания (+/-12 В) и особенностями схемотехнических реализаций 555 таймера и составлят примерно 7 вольт.

Стоит отметить, что напряжение на конденсаторе С1 изменяется пилообразно, так что эту схему можно использовать в качестве генератора пилообразного напряжения.

Так же смотрите другую схему преобразователя напряжение – частота на таймере серии 555

BACK MAIN PAGE

Простой повышающий преобразователь напряжения dc dc

Устройствами с батарейным питанием сейчас уже никого не удивишь, всевозможных игрушек и гаджетов питающихся от аккумулятора или батарейки найдется с десяток в каждом доме. Между тем, мало кто задумывался над количеством разнообразных преобразователей, которые используются для получения необходимых напряжений или токов от стандартных батарей. Эти самые преобразователи делятся на несколько десятков различных групп, каждая со своими особенностями, однако в данный момент времени мы говорим про понижающие и повышающие преобразователи напряжения, которые чаще всего называются AC/DC и DC/DC преобразователями. В большинстве случаев для построения таких конвертеров используются специализированные микросхемы, позволяющие с минимальным количеством обвязки построить преобразователь определенной топологии, благо микросхем питания на рынке сейчас великое множество.

Рассматривать особенности применения данных микросхем можно бесконечно долго, особенно с учетом целой библиотеки даташитов и аппноутов от производителей, а также бесчисленного числа условно-рекламных обзоров от представителей конкурирующих фирм, каждая из которых старается представить свой продукт наиболее качественным и универсальным. В этот раз мы будем использовать дискретные элементы, на которых соберем несколько простейших повышающих DC/DC преобразователей, служащих для того, чтобы запитать небольшое маломощное устройство, к примеру, светодиод, от 1 батарейки с напряжением 1,5 вольт. Данные преобразователи напряжения можно смело считать проектом выходного дня и рекомендовать для сборки тем, кто делает свои первые шаги в удивительный мир электроники.

Итак, схема первая:

На данной схеме представлен релаксационный автогенератор, представляющий собой блокинг-генератор со встречным включением обмоток трансформатора. Принцип работы данного преобразователя следующий: при включении , ток протекающий через одну из обмоток трансформатора и эмиттерный переход транзистора – открывает его, в результате чего он открывается и больший ток начинает течь через вторую обмотку трансформатора и открытый транзистор. В результате в обмотке, подключенной к базе транзистора наводится ЭДС, запирающая транзистор и ток через него обрывается. В этот момент энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, в результате явления самоиндукции, высвобождается и через светодиод начинает протекать ток, заставляющий его светиться. Затем процесс повторяется.

Компоненты, из которых можно собрать этот простой повышающий преобразователь напряжения, могут быть совершенно различными. Схема, собранная без ошибок, с огромной долей вероятности будет корректно работать. Мы пробовали использовать даже транзистор МП37Б – преобразователь отлично функционирует! Самым сложным является изготовление трансформатора – его надо намотать сдвоенным проводом на ферритовом колечке, при этом количество витков не играет особой роли и находится в диапазоне от 15 до 30. Меньше – не всегда работает, больше – не имеет смысла. Феррит – любой, брать N87 от Epcos не имеет особого смысла, также как и разыскивать M6000НН отечественного производства. Токи в цепи протекают мизерные, поэтому размер колечка может быть очень небольшим, внешнего диаметра в 10 мм будет более чем достаточно. Резистор сопротивлением около 1 килоома (никакой разницы между резисторами номиналом в 750 Ом и 1,5 КОм обнаружено не было). Транзистор желательно выбрать с минимальным напряжением насыщения, чем оно меньше – тем более разряженную батарейку можно использовать. Экспериментально были проверены: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSh20. Светодиод – любой имеющийся, с оговоркой, что мощный многокристальный будет светиться не в полную силу.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Размер платы 15 х 30 мм, и может быть уменьшен до менее чем 1 квадратного сантиметра при использовании SMD-компонентов и достаточно маленького трансформатора. Без нагрузки данная схема не работает.

Вторая схема – это типовой степ-ап преобразователь, выполненный на двух транзисторах. Плюсом данной схемы является то, что при её изготовлении не надо мотать трансформатор, а достаточно взять готовый дроссель, но она содержит больше деталей, чем предыдущая.

Принцип работы сводится к тому, что ток через дроссель периодически прерывается транзистором VT2, а энергия самоиндукции направляется через диод в конденсатор C1 и отдается в нагрузку. Опять же, схема работоспособна с совершенно различными компонентами и номиналами элементов. Транзистор VT1 может быть BC556 или BC327, а VT2 BC546 или BC337, диод VD1 – любой диод Шоттки, например, 1N5818. Конденсатор C1 – любого типа, емкостью от 1 до 33 мкФ, больше не имеет смысла, тем более, что можно и вовсе обойтись без него. Резисторы – мощностью 0,125 или 0,25 Вт (хотя можно поставить и мощные проволочные, ватт эдак на 10, но это скорее расточительство чем необходимость) следующих номиналов: R1 – 750 Ом, R2 – 220 КОм, R3 – 100 КОм. При этом, все номиналы резисторов могут быть совершенно свободно заменены на имеющие в наличии в пределах 10-15% от указанных, на работоспособности правильно собранной схемы это не сказывается, однако влияет на минимальное напряжение, при котором может работать наш преобразователь.

Самая важная деталь – дроссель L1, его номинал также может отличаться от 100 до 470 мкГн (экспериментально проверены номиналы до 1 мГн – схема работает стабильно ), а ток на который он должен быть рассчитан не превышает 100 мА. Светодиод – любой, опять же с учетом того, что выходная мощность схемы весьма невелика.Правильно собранное устройство сразу же начинает работать и не нуждается в настройке.

Напряжение на выходе можно стабилизировать, установив стабилитрон необходимого номинала параллельно конденсатору C1, однако следует помнить, что при подключении потребителя напряжение может проседать и становиться недостаточным. ВНИМАНИЕ! Без нагрузки данная схема может вырабатывать напряжение в десятки или даже сотни вольт! В случае использования без стабилизируещего элемента на выходе, конденсатор C1 окажется заряжен до максимального напряжения, что в случае последующего подключения нагрузки может привести к её выходу из строя!

Преобразователь также выполнен на плате размером 30 х 15 мм, что позволяет прикрепить его на батарейный отсек типа размера AA. Разводка печатной платы выглядит следующим образом:

Обе простые схемы повышающих преобразователей можно сделать своими руками и с успехом применять в походных условиях, например в фонаре или светильнике для освещения палатки, а также в различных электронных самоделках, для которых критично использование минимального количества элементов питания.

Казалось бы, всё просто как бублик: слепили из простых и доступных ингредиентов генератор, присовокупили к нему повышающий трансформатор, мостик, всякие там дела. Вот, собственно, и всё – дело сделано, сказка сказана, можно закрывать тему.

– Но мы же не можем прямо тут. У нас же есть какие-то морально-этические принципы.
– Так сегодня ж понедельник!
– Понедельник, конечно, но не до такой же степени. Поэтому говорить будем много, нудно и обстоя- тельно.

А обсудим мы на этой странице повышающие преобразователи напряжения, не омрачённые такими редко любимыми в радиолюбительских кругах моточными изделиями, как силовые (или импульсные) трансформаторы.

Начнём с устройств, выполненных на цепях диодно-конденсаторных умножителей напряжения.

Рис.1

Простой преобразователь напряжения на одной К561ЛН2-микросхеме с минимальным числом навесных элементов можно собрать по схеме, приведённой на Рис.1. Преобразователь содержит задающий генератор, реализованный на первых двух инверторах КМОП микросхемы DD1, и буферного выходного каскада, предназначенного для увеличения выходного тока преобразователя и выполненного на включённых параллельно оставшихся элементов ИМС.
Диоды VD1, VD2, а так же конденсаторы С2, С3 образуют цепь удвоения напряжения.
При указанных на схеме номиналах элементов – генератор импульсов, работает на частоте 10 кГц. При напряжении питания 10В – выходное напряжение составляет 17В при токе нагрузки 5мА, 16В при токе 10мА, 14,5В при токе 15мА.
Значение КПД и величину выходного напряжения преобразователя можно увеличить за счёт использования в выпрямителе-умножителе напряжения германиевых диодов, либо диодов Шоттки.
А для получения отрицательного выходного напряжения – элементы удвоителя напряжения следует включить в соответствии с правой частью рисунка Рис.1.

Для увеличения мощности повышающих преобразователей между генератором и умножителем вводятся дополнительные биполярные или полевые транзисторы с максимальным допустимым током, превышающим ток нагрузки.

Рис.2

Устройство, представленное на Рис.2, образуют задающий генератор, собранный на логических элементах DD1.1 и DD1.2, буферные ступени DD1. 3, DD1.4, усилители тока VT1, VT2 и выпрямитель-удвоитель напряжения на диодах VD1, VD2 и конденсаторах С2, СЗ.
При питании преобразователя от источника постоянного тока напряжением 12 В его выходное напряжение при токе нагрузки 30 мА будет около 22 В (напряжение пульсаций — 18 мВ).
При токе нагрузки 100 мА выходное напряжение уменьшается до 21 В, а при 250 мА — до 19,5 В.
Без нагрузки преобразователь потребляет от источника питания ток не более 2 мА.
Транзисторы VT1 и VT2 преобразователя могут быть любыми из указанных на схеме серий, а также ГТ402В или ГТ402Г, ГТ404В или ГТ404Г. С германиевыми транзисторами выходное напряжение преобразователя будет больше примерно на 1 В.

Для получения больших выходных напряжений применяются схемы преобразователей напряжения с многокаскадными умножителями.

Рис.3

На Рис.3 приведена схема экономичного преобразователя напряжения для питания варикапов, опубликованная в журнале Радио №10, 1984, И. Нечаевым.
«Преобразователь не содержит намоточных деталей, экономичен и прост в налаживании. Устройство состоит из генератора прямоугольных импульсов на микросхеме DD1, умножителя напряжения на диодах VD1-VD6 и конденсаторах СЗ-С8, параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах VT1-VT3.
В качестве стабилитронов используются эмиттерные переходы транзисторов. Режим стабилизации наступает при токе 5. 10мкА.
Помимо указанных на схеме, в преобразователе можно использовать микросхемы К176ЛЕ5 и К176ЛА9, транзисторы КТ315, КТ316 с любым буквенным индексом, диоды Д9А, Д9В, Д9Ж. Конденсаторы С1-С7 – КЛС или KM, C8 – К50-6 или К50-3, резисторы МЛТ или ВС.
Налаживание преобразователя сводится к подбору транзисторов VT1 – VT3 с требуемым напряжением стабилизации.
При изменении напряжения питания приёмника от 6,5 до 9В потребляемый преобразователем ток увеличивается с 0,8 до 2,2мА, а выходное напряжение – не более чем на 8. 10мВ.
При необходимости выходное напряжение преобразователя можно повысить, увеличив число звеньев умножителя напряжения и число транзисторов в стабилизаторе».

В последнее время для преобразования напряжения всё чаще применяют импульсные преобразователи с использованием индуктивных накопителей энергии. Такие преобразователи отличаются высоким КПД и обладают возможностью получения повышенного, пониженного или инвертированного выходного напряжения.
Как это работает?

Рис.4

На рисунке Рис.4 (слева) изображён импульсный повышающий преобразователь напряжения, способный повышать выходное напряжение от напряжения источника питания до величины в десятки раз превышающей его.

При замыкании ключа, выполненного на транзисторе Т, через цепь: источник питания – индуктивность – замкнутый ключ начинает протекать ток. При этом, в связи с явлением самоиндукции, ток через индуктивность не может измениться моментально, так как в это время идёт постепенный запас энергии (ЭДС) в магнитном поле катушки.

При размыкании ключа – ток начинает течь по другому контуру: источник питания-индуктивность-диод-нагрузка. Поскольку источник питания и катушка в этой цепи соединены последовательно, то их ЭДС складываются. Таким образом происходит повышение напряжения.

Величина выходного напряжения подобных преобразователей малопредсказуема и зависит от нескольких факторов: сопротивления нагрузки, добротности катушки, и энергии, которая успела запастись в ней за время замыкания ключа. Именно поэтому напряжение в цепи без нагрузки может достигать значительных величин, порой приводящих к пробою ключевого транзистора.

Так как же регулировать напряжение на выходе таких преобразователей?
Очень просто – запасать в дросселе ровно столько энергии, сколько необходимо для того, чтобы создать необходимое напряжение на нагрузке. Производится это посредством регулировки длительности импульсов открывающих транзистор (временем в течении которого открыт транзистор).

Уровень выходного напряжения преобразователя описывается формулой U_вых = K×U_вх/(1-D), где
D – это величина, обратная скважности, и равная отношению периода времени, когда ключ открыт, к общему периоду импульсного сигнала, управляющего ключевым транзистором, а
К – коэффициент, прямо пропорциональный сопротивлению нагрузки и обратно пропорциональный сопротивлению открытого ключа, а также сопротивлению потерь катушки индуктивности.
У данного типа преобразователей полярность выходного напряжения, совпадает с полярностью входного.

На рисунке Рис.4 (справа) приведена упрощённая схема инвертирующего преобразователя напряжения, имеющего полезное свойство – работать как в режиме понижения напряжения, так и в режиме повышения.
Полярность его выходного напряжения противоположна полярности входного.

Так же как и в предыдущем случае, во время замыкания ключа Т происходит процесс накопления энергии катушкой индуктивности. Диод Д препятствует попаданию напряжению от источника питания в нагрузку.
Когда ключ закрывается, энергия индуктивности начинает перетекать в нагрузку. При этом ЭДС самоиндукции, направлена таким образом, что на концах катушки формируется полярность, противоположная первичному источнику питания. Т. е. на верхнем конце обмотки катушки формируется отрицательный потенциал, на противоположном конце – положительный.

Уровень выходного напряжения равен: U_вых = K×U_вх×D/(1-D).

С теорией завязываем, резко переходим к схемам электрическим принципиальным повышающих преобразователей напряжения с индуктивными накопителями на борту.

Рис.5

На Рис.5 приведена очень простая и красивая схема преобразователя напряжения 1,5 в 15 вольт, содержащая всего 2 транзистора, выполняющих как функцию генератора сигнала, управляющего ключевым транзистором, так и самого ключевого транзистора.
Вот что пишет автор конструкции, приведённой в зарубежном издании.

«В качестве источника используется элемент питания напряжением 1,5 В, а на выходе схемы получается напряжение 15 В. Схема ещё хороша тем, что очень проста для повторения и не имеет дефицитных деталей.
Рассмотрим принцип работы. Итак, при замыкании тумблера SA1 на резисторе R1 возникает падение напряжения. Как следствие, через базу транзистора VT1 потечёт ток и оба транзистора (VT1, VT2) будут находится в открытом состоянии. В начальный момент времени, на коллекторе VT2 будет практически нулевое напряжение и через него и катушку L1 потечет нарастающий ток. Этот ток будет непрерывно увеличиваться пока транзистор VT2 не перейдет в режим насыщения. Следствием это будет увеличение напряжения на коллекторе транзистора VT2, что неизменно приведет к возрастанию напряжения на резисторе R2. В результате, транзистор VT1 закроется, после чего закроется и второй транзистор VT2.
После того, как ток прекратит движение через катушку L1, на коллекторе транзистора VT2 образуется большое положительного напряжения, которое двигаясь через диод Шоттки VD1, будет заряжать конденсатор C1. Стабилитрон VD2 в схеме преобразователя напряжения играет роль ограничителя зарядного напряжения на конденсаторе C1 и поддерживает его на уровне 15 В.
После того, как магнитное поле катушки L1 исчезает, напряжение на транзистора VT2 падает до уровня источника питания, т. е. до 1,5 Вольт. После чего оба транзистора переходят в открытое состояние, а через катушку L1 снова потечет нарастающий ток.
Частота работы устройства около 10 кГц. При исправных деталях и правильном монтаже, простой преобразователь напряжения начинает работать сразу. Допускается замена деталей очень близких по характеристикам».

Много разнообразных преобразователей напряжения реализуется на базе интегрального таймера NE555.

Рис.6

Схема одного из вариантов такого преобразователя приведена на Рис.6. Для получения высоковольтных импульсов он использует накопительный дроссель.
«На таймере DA1 собран генератор импульсов с частотой повторения около 40 кГц (она определяется сопротивлением резисторов R1, R2 и емкостью конденсатора С1). Эти импульсы поступают на транзистор VT1, работающий в режиме переключения. Когда он открыт, в катушке индуктивности L1 накапливается энергия за счет протекающего через VTI тока. Когда транзистор закрывается, на катушке L1 возникает импульс напряжения, амплитуда которого в несколько раз превышает напряжение питания (в авторской конструкции она была около 80 В). Эти импульсы напряжения выпрямляются диодом VD1, а выпрямленное напряжение фильтруется, а затем стабилизируется стабилитроном VD2.
Транзистор VT1 желательно подобрать из числа предназначенных для использования в переключающих схемах. Он, в частности, должен иметь высокое допустимое напряжение коллектор-эмиттер (не ниже 100 В). Высокое обратное допустимое напряжение должен иметь и диод VD1.
Стабилитрон VD2 — малой мощности на требуемое выходное напряжение (в авторской конструкции — на 30 В). Таймер DA1 имеет аналог отечественного производства — КР1006ВИ1. Подробной информации о катушке индуктивности в первоисточнике нет. Отмечается лишь, что она выполнена на незамкнутом броневом магнитопроводе из материала с высокой начальной магнитной проницаемостью медным проводом диаметром 0,1 мм.
При налаживании конструкции может возникнуть необходимость подобрать резистор R3 по наибольшему выпрямленному напряжению».

Рис.7

«Ещё одна схема очень простого преобразователя постоянного напряжения с минимумом элементов, обеспечивающего несколько миллиампер тока напряжением 400. 425В при потребляемом токе 80. 90 мА от источника 9 В, приведена на Рис.7.
На таймере NE555 выполнен мультивибратор на частоту 14 кГц. КПД устройства сильно зависит от добротности катушки индуктивностью 1 мГн.
Дроссель имеет индуктивность 1000мкГн. Толщина провода не столь важна, поскольку выходной ток схемы ничтожный. Такое устройство может быть пригодно для тех приборов, где нужно получить повышенное напряжение, но размеры ограничены».

Достаточно часто приходится видеть устройства преобразователей на NE555 со встроенной схемой стабилизации выходного напряжения. Однако, кто интересуется, тот знает, что импульсные преобразователи со стабилизацией гораздо лучше работают на недорогих микросхемах серии UC384x, которые представляют из себя широтно-импульсные контроллеры и специально спроектированы для работы в преобразователях постоянного напряжения. Схема такого устройства приведена на Рис.8.

Рис.8

L1 намотана на кольце из порошкового железа d=24мм и содержит 24 витка провода диаметром 1мм. Выходная частота работы микросхемы при указанных номиналах элементов работы – 75-80 кГц.

Устройство было изготовлено и довольно подробно протестировано в сравнении с аналогичным преобразователем на микросхеме NE555 уважаемым Александром Сорокиным на странице форума https://www. drive2.ru/c/470856784697885156/.
Вот что пишет автор:

«Стабилизация выходного напряжения на микросхеме UC3845 работает прекрасно во всем диапазоне нагрузок. Напряжение холостого хода в пределах нормы (19.2 вольта для ноутбука), при 10Вт на выходе напряжение 18,94в, при 85Вт 18,8в т.е. просадка всего 0,1в и это прекрасно».

Ну и конечно не следует обходить вниманием специализированные микросхемы, представляющие собой практически готовые повышающие DC-DC преобразователи. Примером такой ИМС является TL499A (Рис.9).

Рис.9

С помощью этого импульсного источника питания можно получить напряжение от 1,5 до 15V при выходном токе до 50мА, для питания портативной аппаратуры от источника напряжением ЗV (два элемента «АА» или один литиевый элемент).
В основе схемы DC/DC конвертор на микросхеме TL499A. У микросхемы есть два входа, в данном случае используется только один – вывод 3, для подачи входного напряжения с целью его повышения.
Кстати, это напряжение не обязательно должно быть ЗV, может быть и 5V, а может быть и 1,5V (при работе от одного гальванического элемента), потому что минимальное входное напряжение микросхемы 1,1V, а максимальное 10V. При этом выходное напряжение поддерживается стабильным.
Установка и стабилизация выходного напряжения происходит при помощи компаратора (вывод 2), наблюдающего за выходным напряжением, которое поступает на него через делитель на резисторах R2 и R3. Подстроечным резистором R2 выставляется уровень выходного напряжения в диапазоне от 1,5 до 15V.

Двухтактный генератор импульсов, в котором за счет пропорционального токового управления транзисторами существенно уменьшены потери на их переключение и повышен КПД преобразователя, собран на транзисторах VT1 и VT2 (КТ837К). Ток положительной обратной связи протекает через обмотки III и IV трансформатора Т1 и нагрузку, подключенную к конденсатору С2. Роль диодов, выпрямляющих выходное напряжение, выполняют эмиттерные переходы транзисторов.

Особенностью генератора является срыв колебаний при отсутствии нагрузки, что автоматически решает проблему управления питанием. Проще говоря, такой преобразователь будет сам включаться тогда, когда от него потребуется что-нибудь запитать, и выключаться, когда нагрузка будет отключена. То есть, батарея питания может быть постоянно подключена к схеме и практически не расходоваться при отключенной нагрузке!

При заданных входном UВx. и выходном UBыx. напряжениях и числе витков обмоток I и II (w1) необходимое число витков обмоток III и IV (w2) с достаточной точностью можно рассчитать по формуле: w2=w1 (UВых. – UBх. + 0,9)/(UВx – 0,5). Конденсаторы имеют следующие номиналы. С1: 10-100 мкф, 6.3 В. С2: 10-100 мкф, 16 В.

Транзисторы следует выбирать, ориентируясь на допустимые значения тока базы ( он не должен быть меньше тока нагрузки. ) и обратного напряжения эмиттер – база ( оно должно быть больше удвоенной разности входного и выходного напряжений. ).

Модуль Чаплыгина я собрал для того, чтобы сделать устройство для подзарядки своего смартфона в походных условиях, когда смартфон нельзя зарядить от розетки 220 В. Но увы. Максимум, что удалось выжать, используя 8 батареек соединенных параллельно, это около 350-375 мА зарядного тока при 4. 75 В. выходного напряжения! Хотя телефон Nokia моей жены удается подзаряжать таким устройством. Без нагрузки мой Модуль Чаплыгина выдает 7 В. при входном напряжении 1.5 В. Он собран на транзисторах КТ837К.

На фото выше изображена псевдокрона, которую я использую для питания некоторых своих устройств, требующих 9 В. Внутри корпуса от батареи Крона находится аккумулятор ААА, стерео разъем, через который он заряжается, и преобразователь Чаплыгина. Он собран на транзисторах КТ209.

Трансформатор T1 намотан на кольце 2000НМ размером К7х4х2, обе обмотки наматывают одновременно в два провода. Чтобы не повредить изоляцию об острые наружные и внутренние грани кольца притупите их, скруглив острые края наждачной бумагой. Вначале мотаются обмотки III и IV (см. схему) которые содержат по 28 витков провода диаметром 0,16мм затем, так же в два провода, обмотки I и II которые содержат по 4 витка провода диаметром 0,25мм.

Удачи и успехов всем, кто решится на повторение преобразователя! 🙂

Простой преобразователь своими руками 12-220 Вольт

Преобразователь своими руками 12-220V

В последнее время все больше людей увлекается сборкой инвертеров (преобразователей) своими руками. Предложенная сборка способна выдать мощность до 300Вт.

В качестве задающего генератора задействован старый и добрый мультивибратор. Разумеется, такое решение многим уступает современным высокоточным генераторам на микросхемах, но давайте не забудем, что я стремился максимально упростить схему так, чтобы в итоге получился инвертор, который будет доступен широкой публике. Мультивибратор – не есть плохо, он работает более надежно, чем некоторые микросхемы, не так критичен к входным напряжениям, работает при суровых погодных условиях (вспомним TL494, которую нужно подогревать, при минусовых температурах).

Трансформатор использован готовый, от UPS, габариты сердечника позволяют снять 300 ватт выходной мощности. Трансформатор имеет две первичные обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевую обмотку на 220 Вольт. По идее, подойдут любые трансформаторы от бесперебойников.

Диаметр провода первичной обмотки где-то 2,5мм, как раз то, что нужно.

 

 

Схема устройства:

Основные характеристики схемы

Номинал входного напряжения – 3,5-18 Вольт
Выходное напряжение 220Вольт +/-10%
Частота на выходе – 57 Гц 
Форма выходных импульсов – Прямоугольная 
Максимальная мощность – 250-300 Ватт.

Недостатки

Долго думал какие у схемы недостатки, на счет КПД, оно на 5-10% ниже аналогичных промышленных устройств. 
Схема не имеет никаких защит на входе и на выходе, при КЗ и перегрузке полевые ключи будут перегреваться до тех пор, пока не выйдут из строя. 

Из за формы импульсов, трансформатор издает некий шум, но это вполне нормально для таких схем.

Достоинства

Простота, доступность, затраты, 50 Гц на выходе, компактные размеры платы, легкий ремонт, возможность работы в суровых погодных условиях, широкий допуск используемых компонентов – все эти достоинства делают схему универсальной и доступной для самостоятельного повторения. 

Китайский инвертор на 250-300 ватт, можно купить где-то за 30-40$, на этот инвертор я потратил 5$ – купил только полевые транзисторы, все остальное найдется на чердаке думаю у каждого.

Элементная база

В обвязке минимальное количество компонентов. Транзисторы IRFZ44 можно с успехом заменить на IRFZ40/46/48 или на более мощные – IRF3205/IRL3705, они не критичны.

Транзисторы мультивибратора TIP41 (КТ819) можно заменить на КТ805, КТ815, КТ817 и т.п.

С успехом подключал к этому инвертору телевизор, пылесос и другие бытовые устройства, работает неплохо, если устройство имеет встроенный импульсный БП, то вы не заметите разницы в работе от сети и от преобразователя, в случае запитки дрели – запускается с неким звуком, но работает довольно хорошо.

Плата была нарисована вручную обыкновенным маникюрным лаком.

В итоге инвертор понравился на столько, что решил поместить в корпус от компьютерного блока питания.
Реализована также функция REM, для включения схемы нужно всего лишь подключить провод REM на плюсовую шину, тогда поступит питание на генератор и схема начнет работать.

Скачать печатную плату.

Как сделать простые схемы повышающего преобразователя

В этом посте объясняется пара простых схем повышающего преобразователя, которые могут быть созданы и применены любыми любителями для их собственных конкретных требований.

Что такое повышающий преобразователь

Схема повышающего преобразователя постоянного тока разработана для повышения или повышения небольших уровней входного напряжения до желаемого более высокого уровня выходного напряжения, отсюда и название «повышающий» преобразователь. Поскольку эти схемы в основном повышают низкое напряжение до более высоких уровней, они также известны как повышающие преобразователи.

Хотя схема повышающего преобразователя может включать в себя множество сложных этапов и вычислений, здесь мы увидим, как то же самое можно построить с использованием минимального количества компонентов и с эффективными результатами.

В основном повышающий преобразователь работает путем генерации тока через катушку или катушку индуктивности, при этом индуцированное в катушке индуктивности напряжение преобразуется в повышенное напряжение, величина которого зависит от количества витков и ШИМ частоты колебаний.

Простой повышающий преобразователь с одним BJT

Список деталей

R1 = 1K 1/4 Вт

D1 = 1N4148 или диод Шоттки, такой как FR107 или BA159

T1 = любой NPN power BJT, такой как TIP31, 2N2222, 8050 или BC139 (на радиаторе)

C1 = 0. 0047 мкФ

C2 = 1000 мкФ / 25 В

Индуктор = 20 витков каждого суперэмалированного медного провода на ферритовом тороиде T13. Толщина провода может соответствовать требованиям к выходному току.

Преобразователь от 1,5 В до 30 В

В приведенной выше схеме один BJT и индуктор – все, что нужно для визуализации невероятного повышения с 1,5 В до 30 В.

Схема работает с использованием концепции «похитителя джоулей» и использует индуктор в режиме обратного хода для генерации указанного высокоэффективного выхода.

Использование концепции обратного хода позволяет изолировать две стороны трансформатора и обеспечивает лучшую эффективность, поскольку нагрузка может работать во время выключения BJT, что, в свою очередь, предотвращает перегрузку BJT.

Во время экспериментов я обнаружил, что добавление C1 резко улучшило характеристики схемы, без этого конденсатора выходной ток не выглядел бы слишком впечатляющим.

Преобразователь из 3,7 В в 24 В

Простая схема повышающего преобразователя также может быть построена с использованием схемы IC 555 для повышения USB с 5 В до 24 В или любого другого желаемого уровня. Та же конструкция может использоваться для повышения напряжения от 3,7 В до 24 В от литий-ионного элемента.

Вышеупомянутая схема может регулироваться с помощью обратной связи, как показано ниже:

Идея выглядит довольно простой. IC 555 сконфигурирован как нестабильный мультивибратор, частота которого определяется номиналами резисторов и конденсатора на выводе №7 и выводе №6 / 2.

Эта частота подается на базу задающего транзистора TIP31 (неправильно отображается как BD31). Транзистор колеблется с той же частотой и заставляет ток питания колебаться в подключенной катушке индуктивности с той же частотой.Выбранная частота насыщает катушку и увеличивает напряжение на ней до большей амплитуды, которая по измерениям составляет около 24 В. Это значение можно настроить до еще более высоких уровней, изменив количество витков индуктора и частоту ИС.

Видеосвязи для вышеуказанных схем повышающего преобразователя приведены ниже:

Как выбрать преобразователь напряжения?

Итак, вы определили, что ваше устройство работает с одним напряжением, верно? Теперь вам нужен преобразователь напряжения или трансформатор для питания за границей, потому что для устройств с двойным напряжением требуется только переходник.Итак, чтобы включить ваше устройство с одним напряжением, нужно учесть несколько вещей. Эти устройства, как правило, более мощные, чем обычные гаджеты с двойным напряжением питания, поэтому для них потребуется мощный преобразователь.

Осторожно : Имейте в виду, что многие преобразователи громоздкие и тяжелые по сравнению со штепсельными адаптерами. Обычно их покупают люди, которые собираются в отпуск более чем на неделю или две или переезжают в другую страну, взяв с собой самую ценную и надежную технику, без которой они просто не могут жить.

Вам необходимо знать мощность вашего устройства, чтобы определить подходящий преобразователь напряжения для покупки, поэтому посмотрите на этикетку с индикацией вашего устройства для W, чтобы получить эту информацию. Затем обязательно купите преобразователь с номинальной мощностью, которая в два-три раза выше, чем у устройства, с которым вы планируете работать, чтобы безопасно преобразовать.

Например, если ваше устройство или прибор мощностью 600 Вт, приобретите преобразователь или трансформатор мощностью 1200 Вт.

Если сомневаетесь, купите преобразователь с гораздо большей мощностью.Слишком большое количество ватт не причинит вреда, но ваше устройство не будет работать, если его недостаточно.

Для устройств, которым требуется большой скачок мощности при первом включении (телевизоры, электроинструменты, лазерные принтеры), приобретите преобразователь с мощностью в ТРИ раза большей, чем у вашего устройства. Итак, инструменту мощностью 500 Вт требуется преобразователь мощностью 1500 Вт для безопасного и успешного преобразования.

У разных устройств разные потребности. Например: небольшая электробритва без нагрева подойдет для преобразователя напряжения на 100 Вт.Однако для больших предметов, требующих тепла, таких как утюг, щипцы для завивки или фен, вам понадобится более мощный преобразователь.

Не можете найти мощность в вашем устройстве? Не волнуйтесь; он не всегда присутствует в списке. Вместо этого на некоторых этикетках мощности указаны усилители, которые можно использовать для определения вашей мощности с помощью простого умножения. Итак, сначала найдите напряжение (В). Затем найдите усилители (A). Теперь умножьте их, чтобы получить ватты. В x A = W . Пример 110 В x 5 А = 550 Вт

Далее вам нужно выяснить, нужен ли вам повышающий или понижающий преобразователь.

Step Up Step Down : Итак, когда вы путешествуете из области 110 В с устройствами на 110 В в область 220 В, вам понадобится понижающий преобразователь. Точно так же, если вы путешествуете из страны с напряжением 220 В, скажем, из Америки, страны с напряжением 110 В, вам нужно будет выполнить преобразование, используя, как вы уже догадались, Step Up Converter. Легкий. И что еще лучше, существует множество преобразователей, которые действуют как Step Up Step Down Converter, так что вы можете пойти куда угодно и использовать свое любимое устройство с этим универсальным преобразователем путешествий. См. Также шаг 6, в котором объясняются повышающие и понижающие преобразователи напряжения.Все наши преобразователи PowerSpark соответствуют стандарту Step Up Step Down

Примечание: во многих сушилках для одежды и в сети переменного тока в США используется напряжение 220 В. Наши преобразователи напряжения предназначены для преобразования для устройств на 220 В. других производителей. Не покупайте преобразователь PowerSpark, если вам нужно переделать сушилку 220V американского производства.

Трансформатор или преобразователь напряжения? См. Шаг 7, чтобы узнать, какой из них вам понадобится, а если вам нужно и то, и другое. A

Еще одно примечание по конвертации:

Регулятор напряжения:

В некоторых странах нестабильное напряжение.Если вы скептически относитесь к качеству источника питания в месте назначения, вам понадобится регулятор напряжения (также называемый стабилизатором напряжения или сетевым фильтром), который будет безопасно стабилизировать напряжение во время преобразования. Все эти преобразователи PowerSpark DSR оснащены встроенным регулятором напряжения, поэтому убедитесь, что вы проверяете свои ватты и просматриваете эти безопасные ставки перед следующим приключением, если оно потребует дополнительной стабилизации.

Руководство из 10 шагов по покупке преобразователя напряжения

Часто задаваемые вопросы в базе знаний о преобразователе напряжения

*** ВАЖНО – ПРИ ВЫБОРЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МЫ ПРЕДЛАГАЕМ, ЧТО ВЫ ПОКУПАЕТЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, В 3 РАЗА РАСХОДА ПРОДУКТА, КОТОРЫЙ ВЫ КОНВЕРТИРУЕТЕ ***

Бесконтактные (нагнетательные) преобразователи постоянного тока в постоянный

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Целевые / профилирующие файлы cookie:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Файлы cookie для снижения напряжения

Основные сведения о преобразователе напряжения

Преобразователь напряжения – это своего рода трансформатор, обычно используемый для обеспечения стабильного выходного тока. Эффективность преобразования преобразователя напряжения обычно составляет 70% -90%. Трансформаторы используются почти во всех электронных продуктах, их принцип прост, но в зависимости от случаев использования (различных целей), к процессу намотки трансформатора будут предъявляться разные требования.

Основные функции трансформатора:
Преобразование напряжения, преобразование импеданса, изоляция, регулятор напряжения (трансформатор магнитного насыщения) и другое преобразование обмена. В трансформаторах обычно используются сердечники E и C. Трансформатор – это статическое электрическое устройство, преобразующее переменный ток. Роль трансформатора – изменять напряжение. Он может поднять напряжение на электростанции, чтобы уменьшить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния.Он также может постепенно снижать высокое напряжение для пользователя.

Трансформатор можно разделить по использованию:

• Силовой трансформатор для передачи и распределения, включая повышающий и понижающий трансформаторы и так далее.
• Специальный трансформатор для специального источника питания, включая сварочный трансформатор, выпрямительный трансформатор, печной трансформатор, трансформатор IF и т. Д.
• Трансформатор для измерительных приборов, в том числе трансформатор тока, трансформаторы напряжения, автотрансформатор (регуляторы напряжения) и так далее.
• Трансформатор малой мощности для АСУ.
• Трансформатор импеданса для системы связи и т. Д.

Из-за разницы в электроснабжении в разных странах и регионах существуют различия в напряжении в гражданских сетях, а также в диапазонах напряжения национальных электроприборов. Общие значения напряжений – 220В и 110В. С быстрым прогрессом науки и техники в мире преобразователь напряжения станет незаменимым источником питания при выезде за границу.Устройство принесет людям большое удобство в работе и жизни, а также сэкономит деньги и уменьшит потери энергии. Преобразователь напряжения

можно разделить на три основных назначения:
1. Вход 220 В, выход 110 В.
2. Вход 110 В, выход 220 В.
3. Двойное преобразование, которое включает в себя первые две функции, но общая мощность ниже, чем у первого.

На самом деле мощность представляет собой трансформатор и преобразователь напряжения и соответствующую схему регулятора, состоящую из «встроенного трансформатора».«Интегрированный трансформатор» содержит два основных компонента – «трансформатор» и «преобразователь напряжения». Сами два компонента потребляют электроэнергию, а также цепь вспомогательного регулятора. Следовательно, сама мощность также является «устройством потребления энергии». Энергия на входе не может быть на 100% преобразована в эффективную энергию для различных компонентов хоста, поэтому возникает проблема эффективности преобразования.

Следует обратить внимание на два момента:
1. Для разных силовых продуктов эффективность преобразования разная.
2. Для одних и тех же силовых агрегатов в разных рабочих условиях эффективность преобразования также может быть разной.

Эффективность преобразования обычного преобразователя напряжения составляет 70% -90%, поэтому, когда вы покупаете преобразователь напряжения, помимо поддержки мощности электроприборов, а также эффективности преобразования самого преобразователя напряжения.

Как создать улучшенный понижающий преобразователь для схем преобразования мощности

В другой жизни назад, когда я был молодым инженером, мне пришлось спроектировать систему преобразования энергии.Входная мощность поступала в виде чистой электроэнергии от реактивного двигателя во время полета. Выходная мощность подавалась на чувствительную электронику и системы приборов на самолете.

Первой стадией процесса преобразования энергии была очистка сырых, очень скачкообразных токов и напряжений, исходящих от реактивных турбин. Это потребовало набора изрядных конденсаторов для напряжения и катушек индуктивности для всплесков тока.

Связано: Как создать лучшую автомобильную радарную систему

Следующий этап преобразования был немного более сложным, требуя всех видов преобразователей, от аналогового к цифровому (AC / DC), от цифрового к цифровому (DC / DC) , понижающие преобразователи, повышающие и понижающие преобразователи и множество конденсаторов для защиты от заземления.

Позже я узнал, что наиболее часто используемым типом преобразования является преобразование постоянного тока в постоянный. Для преобразования одного постоянного напряжения в другое используется множество силовых электронных схем. Вероятно, наиболее широко используемым является простой «понижающий» (или понижающий) преобразователь. Понижающий преобразователь преобразует вход с более высоким напряжением (и более низким током) в выход с более низким напряжением (и пропорционально более высоким током).

Связано: Как создать лучшую электронику с помощью кабелей и разъемов

Понижающий преобразователь – это класс импульсных источников питания (SMPS), которые обычно содержат как минимум два полупроводника, например диод и транзистор.Современные понижающие преобразователи часто заменяют диод вторым транзистором, используемым для синхронного выпрямления). Кроме того, имеется по крайней мере один элемент накопления энергии, конденсатор, катушка индуктивности или оба вместе.

Фильтры на основе конденсаторов, иногда в сочетании с катушками индуктивности (например, RCL), включаются в цепи выхода (на стороне нагрузки) и входа (на стороне питания) преобразователя для уменьшения пульсаций напряжения.

Импульсные преобразователи, такие как понижающие устройства, в качестве преобразователей постоянного тока в постоянный обеспечивают гораздо больший КПД, чем линейные регуляторы, которые представляют собой более простые схемы, которые снижают напряжение за счет рассеивания мощности в виде тепла без увеличения выходного тока.

Понижающие преобразователи

могут быть высокоэффективными и, следовательно, очень полезными для таких задач, как преобразование напряжения питания компьютера (часто 12 В) в более низкие напряжения, необходимые для USB, DRAM и процессора (5 В, 3,3 В или 1,8 В). Видео Texas Instruments ниже дает хороший обзор конструкции понижающего преобразователя с компонентными системами.

Проектирование с понижающими преобразователями

Проектирование и моделирование понижающих преобразователей может показаться простым в теории, но часто может оказаться сложной и трудоемкой задачей.

Вместо того, чтобы прыгать к физическому испытательному стенду, чтобы создать прототип своего следующего понижающего преобразователя, попробуйте использовать облачный виртуальный рабочий стол для моделирования схемы. Вы сможете проектировать, моделировать, просматривать результаты и настраивать до тех пор, пока не будете удовлетворены – и все это будет моделироваться в облаке.

Вот один пример, в котором моделирование используется для иллюстрации потенциальных переходных процессов в конструкции понижающей схемы. Схема использует выбор компонентов силового каскада. Результаты моделирования с использованием Mentor-Siemens SystemsVision точно соответствуют не только ожидаемым напряжениям и токам, но и расчетным уровням рассеиваемой мощности компонентов.Эффективность – ключевой показатель эффективности всей современной силовой электроники.

Эта конструкция включает контроллер, состоящий из идеальных нефизических блоков, представляющих функцию компенсации, генератор широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и драйвер затвора полевого МОП-транзистора. Эти математические элементы управления позволяют разработчикам проверять характеристики схемы с обратной связью перед проектированием реальных схем реализации.

Преимущество облачного интерактивного дизайна в том, что дизайнер может изменять ключевые параметры и сразу наблюдать за результатами.Например, можно настроить значение сопротивления нагрузки, что изменит выходной ток нагрузки. Или можно изменить значения L и C выходного фильтра, а также их паразитные сопротивления. Напряжение питания аккумулятора, а также частоту ШИМ также можно регулировать.

Изменяя эти параметры и выполняя новые модели, разработчик лучше понимает их влияние на пусковые характеристики схемы и КПД в установившемся режиме.

SystemsVision, Mentor-Siemens

Облачные инструменты моделирования схем.

Джон Блайлер – старший редактор журнала Design News, освещающий электронику и передовые производственные площади. Имея степень бакалавра инженерной физики и степень магистра электротехники, он имеет многолетний опыт работы в области аппаратных, программных и сетевых систем в качестве редактора и инженера в области передового производства, Интернета вещей и полупроводников. Джон является соавтором книг по системной инженерии и электронике для IEEE, Wiley и Elsevier.

Преобразователи мощности

с изоляцией и без изоляции

В чем разница между изолированными и неизолированными источниками питания?

Короче говоря, изолированный силовой преобразователь изолирует вход от выхода, электрически и физически разделяя схему на две части, предотвращая прохождение постоянного тока между входом и выходом, что обычно достигается с помощью трансформатора.Неизолированный преобразователь мощности имеет единственную цепь, в которой ток может течь между входом и выходом. Для тех, кто не знаком с источниками питания, возникают дополнительные вопросы: каковы преимущества изолированных источников питания по сравнению с неизолированными? И как мне узнать, какой из них мне нужен для моего приложения?

Основы изоляции

Гальваническая развязка (обычно упрощенная до изоляции) – это физическое и электрическое разделение между одним участком цепи и другим. Результатом изоляции является то, что каждая из изолированных цепей имеет свой собственный возврат или заземление.В неизолированном преобразователе, как показано в левой части рисунка 1, вход и выход имеют общую землю, и между ними может протекать ток. Однако в изолированном преобразователе, как показано на правой стороне рисунка 1, вход и выход возвращаются на свою независимую землю, и нет пути для постоянного тока от одного к другому.

Рисунок 1: Неизолированный понижающий преобразователь (слева), изолированный обратноходовой преобразователь (справа)

Несмотря на то, что ток не может течь между входом и выходом в изолированных преобразователях, мощность и информация все равно должны передаваться с одной стороны на другую.Есть несколько способов сделать это, но преобразователи мощности обычно используют два; мощность передается через электромагнитные поля с помощью трансформаторов или связанных катушек индуктивности, а сигналы пересекают изоляцию с помощью сигнальных трансформаторов или оптически через оптоизоляторы.

Изоляция не абсолютная. При достаточно высоком напряжении изоляция выйдет из строя и потечет ток. В таблицах данных обычно указывается напряжение изоляции, то есть напряжение, которое может быть приложено к изоляции в течение короткого времени без протекания тока.Номинал изоляции не следует путать с рабочим напряжением, которое представляет собой максимальное напряжение, которое может непрерывно подаваться на изоляцию без нарушения изоляции.

Плагин

!

Будьте в курсе последних продуктов CUI, технических ресурсов и инструментов.

Преимущества изоляции

Есть несколько случаев, когда изолированный источник питания может потребоваться или обеспечить некоторые преимущества в приложении. К ним относятся соблюдение требований безопасности, разрыв контуров заземления и смещение уровня.

Соответствие требованиям безопасности

Требования безопасности являются частой причиной использования изолированного преобразователя питания. Для преобразователей, питаемых от высоких и потенциально опасных напряжений (таких как преобразователи переменного тока в постоянный, питаемые от сети переменного тока), изоляция отделяет выход от опасных напряжений на входе.

Если важна безопасность, необходимо также учитывать класс изоляции. Стандарты безопасности следует пересмотреть, чтобы определить, какой уровень изоляции требуется для конкретного применения.Класс изоляции делится на несколько категорий, включая функциональную, базовую, дополнительную и усиленную.

• Функциональная изоляция: является наиболее простой и, хотя и обеспечивает изоляцию, не обеспечивает никакой защиты от поражения электрическим током.
• Основная изоляция: обеспечивает однослойную защиту от ударов.
• Дополнительная изоляция: – это основная изоляция плюс один дополнительный барьер для резервирования.
• Усиленная изоляция: представляет собой одинарный барьер, эквивалентный двум слоям основы.

Разрыв заземления

Поскольку вход и выход изолированных источников питания не имеют общего заземления, их можно использовать для размыкания контуров заземления. Цепи, чувствительные к шуму, могут извлечь выгоду из этого, если их заземление будет разорвано и отделено от зашумленных цепей, которые могут вызвать проблемы.

Плавающие выходы и смещение уровня

Еще одним преимуществом изолированных преобразователей является плавающий выход.Изолированные выходы, имея фиксированное напряжение между выходными клеммами, не имеют определенного или фиксированного напряжения относительно узлов напряжения в цепях, от которых они были изолированы, и называются плавающими. Однако у плавающего выхода один из выводов может быть подключен к другому узлу схемы, чтобы зафиксировать его на этом напряжении. Этот факт можно использовать для сдвига или инвертирования выходного сигнала относительно другой точки в цепи.

Например, на Рисунке 2 показано, как подключение клеммы + Vout к клемме входного заземления заставит выходное заземление опуститься ниже входного заземления на величину, равную Vout.До создания этого соединения напряжение между Vin и Vout не было определено, теперь это соединение обеспечивает общий потенциал, с которым теперь связана каждая сторона.

Рисунок 2: Инвертирующее соединение

При подключении выходной клеммы заземления к клемме + Vin, как показано на рисунке 3, клемма + Vout будет равна (Vin + Vout) относительно входной земли. И в этом, и в предыдущем случае изоляция между входом и выходом была потеряна, поскольку обе стороны теперь имеют прямое соединение.

Рисунок 3: Аддитивная конфигурация

Несколько изолированных преобразователей с плавающими выходами также могут быть подключены последовательно для увеличения выходного напряжения или создания шин +/-, как показано на рисунке 4.

Рис. 4: +/- шины, созданные с использованием двух изолированных одиночных выходов.

Следует позаботиться о том, чтобы выходы были действительно плавающими. Например, если выходные клеммы заземления двух изолированных преобразователей были подключены к шасси, они больше не были бы плавающими относительно друг друга, а если бы выходы были подключены последовательно, это привело бы к короткому замыканию на одном из преобразователей, поскольку обе клеммы будет подключен к шасси. В преобразователях переменного тока в постоянный иногда случается, что выходной вывод заземления соединен с землей, что означает, что он больше не является плавающим, даже если он изолирован.

Преимущества неизолированного

Несмотря на то, что изоляция дает много преимуществ, есть также причины для использования неизолированного преобразователя, включая стоимость, размер и производительность.

Экономия затрат

Изолированные преобразователи обычно дороже неизолированных. Основной причиной разницы в стоимости является использование трансформатора вместо катушки индуктивности. Трансформаторы, как правило, изготавливаются по индивидуальному заказу, в отличие от катушки индуктивности в неизолированном преобразователе, которую можно купить с полки.Если требуется более высокий уровень изоляции (например, необходимый для обеспечения безопасности), стоимость будет еще больше увеличиваться. В дополнение к трансформатору есть компоненты, такие как оптопары, которые могут быть добавлены к изолированной конструкции, которые не были бы необходимы в неизолированной. Все это увеличивает стоимость по сравнению с неизолированной конструкцией.

Меньший размер

Неизолированные преобразователи обычно меньше изолированных. Компоненты, увеличивающие стоимость, упомянутые ранее, занимают больше места, чем компоненты, используемые в неизолированной конструкции.В дополнение к замене трансформатора на индуктор, неизолированные преобразователи, как правило, работают на более высоких частотах переключения, что еще больше уменьшает размер магнитных компонентов и конденсаторов.

КПД

Эффективность и регулирование неизолированных преобразователей также обычно лучше, чем у изолированного преобразователя. Трансформатор и оптопары снова вносят основной вклад в разницу в производительности. Отсутствие изолирующего барьера позволяет напрямую определять и строго контролировать выходной сигнал для лучшего регулирования и переходных характеристик.Их небольшой размер также позволяет размещать их ближе к нагрузке, чтобы уменьшить влияние линии передачи.

Заключение

Выбор между изолированными и неизолированными преобразователями зависит от многих факторов. Для некоторых приложений требуется изоляция по соображениям безопасности, а для других может быть полезен плавающий выход за счет размыкания контуров заземления или сдвига опорных напряжений. Однако там, где изоляция не требуется, неизолированный преобразователь может обеспечить снижение стоимости, размера и / или повышение эффективности.Понимание затрат и преимуществ изоляции важно при выборе правильного преобразователя для оптимизированной конструкции.

Категории: Основы , Выбор продукта

Вам также может понравиться

---

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.ком

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный? – x-engineer.org

Преобразователь постоянного тока – это электрическая система (устройство), которая преобразует источники постоянного тока (DC) из одного уровня напряжения в другой. Другими словами, преобразователь постоянного тока в постоянный принимает входное напряжение постоянного тока и выдает другое напряжение постоянного тока. Выходное напряжение постоянного тока может быть на выше, на или на ниже, чем на , чем входное напряжение постоянного тока.Как следует из названия, преобразователь постоянного тока работает только с источниками постоянного тока (DC), а не с источниками переменного тока (AC).

Преобразователь постоянного тока в постоянный также называется преобразователем постоянного тока , стабилизатором напряжения или .

Изображение: Принцип работы преобразователя постоянного тока в постоянный

Если у нас есть две электрические системы, работающие на разных уровнях напряжения, одна с высоким уровнем (140 В), а другая с низким уровнем (14 В), DC-DC преобразователь может преобразовывать напряжение между ними из высокого в низкий или из низкого в высокое.Преобразование с одного уровня напряжения на другой рычаг напряжения выполняется с потерями мощности . В зависимости от рабочей точки преобразователя постоянного тока в постоянный (напряжение и ток) и типа преобразователя КПД может составлять от 75% до 95% или более.

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток в электромобиле с аккумуляторной батареей (BEV) используется для преобразования высокого напряжения аккумулятора (например, 400 В) в низкое напряжение постоянного тока (например, 12 В) для обычных нагрузок 12 В (свет, мультимедиа, питание окна и т. д.).

Преобразователь постоянного тока в постоянный – это преобразователь мощности, который преобразует источник постоянного тока (DC) с одного уровня напряжения на другой, временно сохраняя входную энергию и затем высвобождая эту энергию на выход с другим напряжением. Хранение электрической энергии может осуществляться либо в компонентах хранения магнитного поля (индукторы, трансформаторы), либо в компонентах хранения электрического поля (конденсаторы).

КПД преобразователей постоянного тока

Электрическая мощность P [Вт] – это произведение напряжения U [В] и электрического тока I [A] .

\ [P = U \ cdot I \ tag {1} \]

Если, например, входное напряжение U _в = 120 В и максимальный ток I _в = 5 A , это будет задайте входную мощность:

\ [P_ {in} = 120 \ cdot 5 = 600 \ text {W} \]

Поскольку электрическая мощность сохраняется ( P _out = P _in ), и мы предполагаем что преобразователь DC-DC не имеет потерь (КПД 100%), для выходного напряжения U _out = 14 В , мы можем рассчитать выходной ток как:

\ [I_ {out} = \ frac {P_ { out}} {U_ {out}} = \ frac {600} {14} = 42.86 \ text {A} \]

В действительности при преобразовании будут возникать некоторые потери, а максимальный выходной ток будет меньше, чем рассчитанный для 100% эффективности.

КПД преобразователя постоянного тока рассчитывается как:

\ [\ eta \ text {[%]} = \ frac {P_ {out}} {P_ {in}} \ cdot 100 \]

Там есть несколько типов преобразователей постоянного тока в постоянный. Наиболее распространенная классификация основана на соотношении входного и выходного напряжения:

• повышающие преобразователи постоянного тока
• понижающие преобразователи постоянного тока

В повышающем преобразователе постоянного тока , выходное напряжение выше входного.Из-за энергосбережения (если не учитывать потери) выходной ток будет ниже входного.

Изображение: Принцип работы повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный

Для этого примера эффективность повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный составляет:

\ [\ eta = \ frac {780} {840} \ cdot 100 = 92,86 \ text {[%]} \]

В понижающем DC-DC преобразователе выходное напряжение ниже входного. Из-за энергосбережения (если не учитывать потери) выходной ток будет выше входного.

Изображение: Принцип работы понижающего преобразователя постоянного тока

Для этого примера эффективность понижающего преобразователя постоянного тока составляет:

\ [\ eta = \ frac {770} {840} \ cdot 100 = 91,67 \ text {[%]} \]

Классификация преобразователей постоянного тока в постоянный

Существует несколько типов преобразователей постоянного тока в постоянный. Простейшей формой преобразователя постоянного тока в постоянный является линейный преобразователь, также называемый линейным регулятором напряжения .

Линейный регулятор напряжения может работать только как понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный, что означает, что он будет только понижать более высокий уровень напряжения.Являясь регулятором, он также гарантирует, что выходное напряжение поддерживается на определенном уровне, даже если выходная нагрузка является переменной.

Более эффективным типом преобразователей постоянного тока является импульсный преобразователь постоянного тока . Существует несколько топологий коммутации DC-DC преобразователей, наиболее распространенная из которых представлена ​​на изображении ниже.

Изображение: Классификация преобразователей постоянного тока в постоянный

До импульсных преобразователей постоянного тока в постоянный обычно использовались линейные преобразователи. Линейный стабилизатор напряжения (преобразователь постоянного тока в постоянный) имеет две основные топологии: шунтирующий стабилизатор напряжения и регулятор напряжения серии .В регуляторах напряжения этого типа транзисторы работают в активной области как зависимые источники тока с относительно высокими падениями напряжения при больших токах, рассеивая большое количество энергии. Из-за большой рассеиваемой мощности КПД линейного регулятора напряжения обычно невысокий. Линейные регуляторы, как правило, тяжелые и большие, но обладают тем преимуществом, что имеют низкий уровень шума и подходят для аудиоприложений.

Изображение: Простой шунтирующий регулятор напряжения

Изображение: Простой последовательный регулятор напряжения

В _с – напряжение питания (входное)
R ₁ – резистор
R 903 – нагрузочный резистор (напряжение на его выводе является выходным напряжением)
DZ – стабилитрон
Q – транзистор

Простой шунтирующий регулятор напряжения , просто называемый шунтирующим регулятором, представляет собой тип регулятора напряжения, в котором регулирующий компонент шунтирует ток на земля.Шунтирующий регулятор работает, поддерживая постоянное напряжение на своих выводах, и он принимает дополнительный ток для поддержания напряжения на электрической нагрузке. Один из наиболее распространенных элементов шунтирующего регулятора содержит простую схему стабилитрона, в которой стабилитрон играет роль шунтирующего элемента.

Простой последовательный стабилизатор напряжения , также называемый последовательным стабилизатором напряжения, является наиболее распространенным подходом для обеспечения окончательного регулирования напряжения в линейно регулируемом источнике питания.Последовательный линейный стабилизатор характеризуется высокими характеристиками выходного напряжения с точки зрения низких пульсаций и шума.

Изображение: Линейный преобразователь постоянного тока в постоянный
Кредит: Microchip

Линейный преобразователь постоянного тока в постоянный преобразует только более высокие напряжения в более низкие напряжения. Что касается рассеиваемой мощности, давайте рассмотрим пример. Если входное напряжение составляет 42 В, выходное напряжение 12 В и выходной ток 5 А, рассеиваемая мощность P [Вт] рассчитывается как:

\ [P = I_ {out} \ cdot (V_ {in} – V_ {out}) = 150 Вт \]

Вся рассеиваемая мощность будет преобразована в тепло.Без надлежащего охлаждения линейный преобразователь постоянного тока в постоянный может перегреться и разрушиться. По этой причине линейные преобразователи постоянного тока в постоянный обычно используются для приложений с низким энергопотреблением.

В импульсных DC-DC преобразователях транзисторы работают как переключатели, что означает, что они рассеивают гораздо меньше энергии, чем транзисторы, работающие как зависимые источники тока. Падение напряжения на транзисторах очень низкое, когда они проводят большой ток, и транзисторы проводят почти нулевой ток, когда падение напряжения на них велико.Следовательно, потери проводимости низкие, а КПД импульсных преобразователей высокий, обычно выше 80% или 90%. Однако коммутационные потери снижают эффективность на высоких частотах, чем выше частота коммутации, тем выше потери мощности.

Преобразователи постоянного тока в постоянный импульсного типа имеют более высокий КПД по сравнению с линейными преобразователями, поскольку они не рассеивают мощность непрерывно.

Изображение: Схема понижающего преобразователя постоянного тока

Понижающий преобразователь постоянного тока , также называемый понижающим преобразователем постоянного тока, представляет собой преобразователь питания постоянного тока, который снижает выходное напряжение, одновременно увеличивая выход Текущий.Он состоит как минимум из четырех компонентов:

• силовой транзистор, используемый как переключающий элемент (S)
• выпрямительный диод (D)
• индуктор (L) как элемент накопления энергии
• конденсатор фильтра (C)

Соотношения между входным и выходным напряжением, током и мощностью следующие:

• U _out in
• I _out > I _in
• P _out = P _in – P _потеря

В электромобилях понижающие преобразователи постоянного тока используются для снижения высокого напряжения основной батареи (например,грамм. 400 В) до более низких значений (12-14 В), необходимых для вспомогательных систем автомобиля (мультимедиа, навигация, радио, освещение, датчики и т. Д.).

Изображение: Схема повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный

Повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный , также называемый повышающим преобразователем постоянного тока в постоянный, представляет собой силовой преобразователь постоянного тока, который увеличивает выходное напряжение и снижает выходной ток. Он содержит те же компоненты, что и понижающий преобразователь постоянного тока, но имеет другую топологию.

Соотношения между входным и выходным напряжением, током и мощностью следующие:

• U _out > U _in
• I _out in
• P _out = P _in – P _потеря

В некоторых приложениях для гибридных электромобилей (HEV) повышающие преобразователи постоянного тока используются для повышения напряжения от аккумулятора с 202 В до 500 В.Напряжение аккумулятора в приложении гибридного электромобиля (HEV) ограничено количеством последовательно соединенных элементов аккумулятора. Из-за ограниченного пространства количество аккумуляторов ограничено, поэтому ограничено и выходное напряжение. Используя повышающие преобразователи постоянного тока в постоянный, напряжение батареи может быть увеличено до более высокого напряжения, необходимого для электрической машины.

Изображение: Схема DC-DC преобразователя Buck-Boost (инвертирующая топология)

В DC-DC преобразователях Buck выходное напряжение всегда меньше входного.С другой стороны, в преобразователях DC-DC Boost выходное напряжение всегда больше входного. Понижающий-повышающий преобразователь постоянного тока сочетает в себе эти два и может иметь выходное напряжение как выше, так и ниже по сравнению с входным напряжением, в зависимости от продолжительности включения, приложенной к переключателю.

Понижающий-повышающий преобразователь постоянного тока с инвертирующей топологией выдает напряжение с противоположной полярностью по сравнению с входным напряжением. Выходное напряжение регулируется функцией рабочего цикла переключающего элемента (транзистора).

Изображение: Схема преобразователя постоянного тока uk

Преобразователь постоянного тока Ćuk – это еще один тип повышающего преобразователя, который выводит ток с нулевой пульсацией. Преобразователь uk можно рассматривать как комбинацию повышающего преобразователя и понижающего преобразователя, имеющую одно переключающее устройство и общий конденсатор для передачи энергии. Подобно повышающему-понижающему преобразователю с инвертирующей топологией, выходное напряжение неизолированного понижающего преобразователя обычно инвертируется с более низкими или более высокими значениями по сравнению с входным напряжением.Обычно в преобразователях постоянного тока в постоянный ток индуктивность используется в качестве основного элемента накопления энергии, а в преобразователе Жук основным элементом накопления энергии является конденсатор [8].

Изображение: Схема преобразователя постоянного тока SEPIC

Односторонний первично-индукторный преобразователь (SEPIC) постоянного тока преобразователя позволяет электрическому потенциалу (напряжению) на его выходе (U _out ) быть больше или меньше чем входное напряжение (U _в ). Выходной сигнал преобразователя постоянного тока в постоянный SEPIC регулируется рабочим циклом переключателя управления (S).

SEPIC состоит из повышающего преобразователя, за которым следует инвертированный понижающий-повышающий преобразователь, поэтому он аналогичен традиционному понижающе-повышающему преобразователю, но имеет преимущества наличия неинвертированного выхода (выход имеет ту же полярность напряжения, что и входной). ), использующий последовательный конденсатор для передачи энергии от входа к выходу (и, таким образом, может более изящно реагировать на выход короткого замыкания), и способность к истинному отключению: когда переключатель S выключен достаточно, выход (U _из ) падает до 0 В после довольно значительного временного сброса заряда [9].

Изображение: Схема преобразователя постоянного тока в постоянный ток Zeta

Подобно топологии преобразователя постоянного тока в постоянный ток SEPIC, топология преобразователя постоянного тока Zeta обеспечивает положительное выходное напряжение от входного напряжения, которое изменяется выше и ниже выходного напряжения. Преобразователю Zeta также требуются две катушки индуктивности и последовательный конденсатор, иногда называемый летающим конденсатором. В отличие от преобразователя SEPIC, который сконфигурирован со стандартным повышающим преобразователем, преобразователь Zeta сконфигурирован из понижающего контроллера, который управляет полевым транзистором PMOS высокого уровня.Конвертер Zeta – еще один вариант для регулирования нерегулируемого источника питания на входе [10].

В преобразователе постоянного тока в постоянный переключающие устройства (S) должны размыкать и замыкать электрическую цепь. Следовательно, они выполняют две роли: как электрический проводник для замыкания цепи, а также как электрический изолятор для размыкания / размыкания цепи. Эта двойная функция определяет, что такое полупроводник: устройство, способное эффективно проводить ток, а также блокировать его.

Полупроводники рассчитаны на максимальное напряжение, с которым они могут работать и при этом вести себя как изолятор, а также на максимальный ток, который может проходить через них без повреждения устройства.Максимально допустимый ток зависит не только от номинала модуля, но и от тепловых свойств полупроводника. Таким образом, в зависимости от упаковки силового модуля и используемого радиатора максимально допустимый ток может варьироваться для одного и того же устройства.

Для автомобильных приложений преобразователь постоянного тока в постоянный должен соответствовать нескольким конструктивным требованиям, например:

• легкий вес
• высокая эффективность
• малый объем
• отклонение электромагнитных помех
• низкая пульсация выходного тока

В следующих статьях мы собираемся обсудить режимы работы DC-DC преобразователей, вывести их математические модели и выполнить моделирование с использованием Scilab / Xcos.

Ссылки :

[1] Али Эмади, Advanced Electric Drive Vehicles, CRC Press Taylor & Francis Group, 2015.
[2] Шереф Сойлу, Моделирование и моделирование электромобилей, IntechOpen, 2011.
[3] Бранко Л. Докич, Бранко Блануша, Преобразователи и регуляторы силовой электроники, 3-е издание, Springer, 2015.
[4] Мариан К. Казимерчук, Силовые преобразователи постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией, 2-е издание, Wiley, 2016.
[5] Нараянасвами П.