Mga Converter ng DC-DC

Upang mabigyan ng kapangyarihan ang iba't ibang mga elektronikong kagamitan, ang mga nagko-convert ng DC / DC ay malawak na ginagamit. Ginagamit ang mga ito sa mga aparato ng computing, aparato sa komunikasyon, iba't ibang mga control at automation circuit, atbp.

Mga supply ng koryente ng Transformer

Sa tradisyonal na mga supply ng kapangyarihan ng transpormer, ang boltahe ng mga mains ay na-convert gamit ang isang transpormer, madalas na ibinaba, sa nais na halaga. Pagkabawas naayos ng isang tulay ng diode at na-clear ng isang filter ng capacitor. Kung kinakailangan, ang isang semiconductor stabilizer ay inilalagay pagkatapos ng rectifier.

Ang mga power supply ng transformer ay karaniwang nilagyan ng mga linear stabilizer. Mayroong hindi bababa sa dalawang bentahe ng naturang mga stabilizer: ito ay isang maliit na gastos at isang maliit na bilang ng mga bahagi sa gamit. Ngunit ang mga kalamangan na ito ay natupok ng mababang kahusayan, dahil ang isang makabuluhang bahagi ng boltahe ng input ay ginagamit upang mapainit ang control transistor, na kung saan ay ganap na hindi katanggap-tanggap para sa pag-powering ng mga portable electronic na aparato.

Mga Converter ng DC / DC

Kung ang kagamitan ay pinalakas ng mga galvanic cells o baterya, kung gayon ang conversion ng boltahe sa nais na antas ay posible lamang sa tulong ng mga nagko-convert ng DC / DC.

Ang ideya ay medyo simple: isang palagiang boltahe ay na-convert sa alternatibong boltahe, bilang isang panuntunan, na may dalas ng ilang sampu o kahit na daan-daang kilohertz, tumataas ito (bumababa), at pagkatapos ito ay naayos at pinapakain sa pag-load. Ang ganitong mga nagko-convert ay madalas na tinatawag na pulso.

Ang isang halimbawa ay ang pagpapalakas ng pagpapalakas mula sa 1.5V hanggang 5V, lamang ang boltahe ng output ng isang computer USB. Ang isang katulad na converter ng kapangyarihan ay ibinebenta sa Aliexpress.

Fig. 1. 1.5V / 5V converter

Ang mga nagko-convert ng pulso ay mahusay na mayroon silang mataas na kahusayan, sa loob ng 60..90%. Ang isa pang bentahe ng mga nag-convert ng pulso ay isang malawak na hanay ng mga boltahe ng input: ang boltahe ng input ay maaaring mas mababa kaysa sa boltahe ng output o mas mataas. Sa pangkalahatan, ang mga nagko-convert ng DC / DC ay maaaring nahahati sa ilang mga pangkat.

Pag-uuri ng mga nag-convert

Hakbang-down o buck

Ang boltahe ng output ng mga nagko-convert, bilang isang panuntunan, ay mas mababa kaysa sa pag-input: nang walang mga espesyal na pagkalugi para sa pagpainit ng control transistor, makakakuha ka ng isang boltahe ng lamang ng ilang volts sa isang input boltahe ng 12 ... 50V. Ang output kasalukuyang ng naturang mga nagko-convert ay nakasalalay sa hinihingi ng load, na kung saan ay tinutukoy ang circuitry ng converter.

Ang isa pang pangalan ng Ingles para sa converter ng chopper buck. Ang isa sa mga pagpipilian para sa pagsasalin ng salitang ito ay isang breaker. Sa teknikal na panitikan, ang koneksyon ng buck ay kung minsan ay tinatawag na "chopper". Sa ngayon, tandaan lamang ang term na ito.

Hakbang-up o mapalakas sa English terminology

Ang output boltahe ng mga converters ay mas mataas kaysa sa input. Halimbawa, na may isang boltahe ng input ng 5V, maaaring makuha ang isang output hanggang 30V, at posible ang maayos na regulasyon at pag-stabilize nito. Ang mga nag-convert ng boost ay madalas na tinatawag na mga boosters.

Mga Universal Converters - SEPIC

Ang output boltahe ng mga convert na ito ay gaganapin sa isang paunang natukoy na antas na may isang boltahe ng input na parehong mas mataas kaysa sa pag-input at mas mababa. Inirerekomenda ito sa mga kaso kung saan maaaring mag-iba nang malaki ang input boltahe. Halimbawa, sa isang kotse, ang boltahe ng baterya ay maaaring mag-iba sa pagitan ng 9 ... 14V, at kailangan mong makakuha ng isang matatag na boltahe ng 12V.

Pag-convert ng mga nag-convert - pag-convert ng converter

Ang pangunahing pag-andar ng mga convert na ito ay upang makuha ang output boltahe ng reverse polarity na nauugnay sa pinagmulan ng kuryente. Tunay na maginhawa sa mga kaso kung saan kinakailangan ang nutrisyon ng bipolar, halimbawa upang mabigyan ng kapangyarihan ang op-amp.

Ang lahat ng mga nagko-convert na ito ay maaaring maging matatag o hindi matatag, ang output boltahe ay maaaring galvanically konektado sa input o magkaroon ng galvanic paghihiwalay ng mga boltahe. Ang lahat ay nakasalalay sa tukoy na aparato kung saan gagamitin ang converter.

Upang magpatuloy sa karagdagang talakayan ng mga nagko-convert ng DC / DC, ang isa ay dapat na hindi bababa sa pakikitungo sa teorya.

Chopper down converter - uri ng converter ng buck

Ang functional diagram nito ay ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang mga arrow sa mga wire ay nagpapahiwatig ng direksyon ng mga alon.

Larawan 2. Functional diagram ng stabilizer ng chopper

Ang boltahe ng input Uin ay inilalapat sa input filter - capacitor Cin. Ang VT transistor ay ginagamit bilang isang pangunahing elemento; nagdadala ito ng mataas na dalas ng paglipat. Maaari itong MOSFET istraktura transistor, IGBT alinman maginoo bipolar transistor. Bilang karagdagan sa mga bahaging ito, ang circuit ay naglalaman ng isang naglalabas diode VD at isang filter ng output - LCout, mula sa kung saan ang boltahe ay pumapasok sa load Rн.

Madaling makita na ang pag-load ay konektado sa serye kasama ang mga elemento na VT at L. Samakatuwid, ang circuit ay pare-pareho. Paano nangyayari ang undervoltage?

Module ng Pulse Width - PWM

Ang control circuit ay bumubuo ng mga hugis-parihaba na pulses na may palaging dalas o palagiang panahon, na mahalagang bagay din. Ang mga pulses na ito ay ipinapakita sa Figure 3.

Larawan 3. Kontrolin ang mga pulses

Narito ang oras ng pulso, ang transistor ay bukas, ang tp ay ang oras ng pag-pause, at ang transistor ay sarado. Ang ratio ng ti / T ay tinawag na cycle ng tungkulin ng duty cycle, na tinukoy ng letrang D at ipinahayag sa%% o simpleng sa mga numero. Halimbawa, kasama ang D na katumbas ng 50%, lumiliko na ang D = 0.5.

Sa gayon, ang D ay maaaring mag-iba mula 0 hanggang 1. Sa isang halaga ng D = 1, ang pangunahing transistor ay nasa isang estado ng buong pagpapadaloy, at sa D = 0 sa isang cut-off na estado, simpleng nagsasalita, sarado ito. Madaling hulaan na sa D = 50% ang output boltahe ay magiging katumbas sa kalahati ng input.

Ito ay lubos na halata na ang regulasyon ng boltahe ng output ay nangyayari dahil sa isang pagbabago sa lapad ng control pulse t at, sa katunayan, isang pagbabago sa koepisyent D. Ang prinsipyong ito ng regulasyon ay tinatawag na lapad ng pulso modulated PWM (PWM). Sa halos lahat ng paglilipat ng mga suplay ng kuryente, tiyak na sa tulong ng PWM na ang output boltahe ay nagpapatatag.

Sa mga diagram na ipinakita sa Mga figure 2 at 6, ang PWM ay "nakatago" sa mga parihaba na may inskripsyon na "Control circuit", na gumaganap ng ilang mga karagdagang pag-andar. Halimbawa, maaari itong maging isang maayos na pagsisimula ng output boltahe, remote na paglipat o proteksyon ng converter laban sa maikling circuit.

Sa pangkalahatan, ang mga nagko-convert ay napakalawak na ginamit na ang mga kumpanya na gumagawa ng mga elektronikong sangkap na nakaayos para sa mga PWM Controller para sa lahat ng okasyon. Ang saklaw ay napakalaki na upang ilista lamang ang mga ito kakailanganin mo ang isang buong libro. Samakatuwid, hindi nangyayari sa sinuman na mag-ipon ng mga nagko-convert sa mga hiwalay na elemento, o tulad ng madalas nilang sabihin sa "maluwag na pulbos".

Bukod dito, ang mga handa na mga convert ng maliit na kapasidad ay maaaring mabili sa Aliexpress o Ebay para sa isang maliit na presyo. Kasabay nito, para sa pag-install sa isang disenyo ng amateurish, sapat na upang ibenta ang input at output wires sa board, at itakda ang kinakailangang boltahe ng output.

Ngunit bumalik sa aming figure 3. Sa kasong ito, ang koepisyent D ay tinutukoy kung gaano karaming oras ang magiging bukas (phase 1) o sarado (phase 2) pangunahing transistor. Para sa dalawang phase na ito, maaari mong isipin ang diagram sa dalawang figure. Ang mga figure AY HINDI IPakita ang mga sangkap na hindi ginagamit sa yugtong ito.

Larawan 4. Phase 1

Kapag ang transistor ay nakabukas, ang kasalukuyang mula sa mapagkukunan ng kuryente (galvanic cell, baterya, rectifier) ​​ay dumaan sa isang inductive choke L, isang load Rн, at isang singilin na capacitor Cout. Kasabay nito, ang isang kasalukuyang daloy sa pag-load, ang capacitor Cout at ang inductor L ay nagtipon ng enerhiya. Ang kasalukuyang iL ay unti-unting tumaas, nakakaapekto ang epekto ng pag-agaw ng inductor. Ang phase na ito ay tinatawag na pumping.

Matapos maabot ang boltahe sa pag-load sa itinakdang halaga (natukoy ng mga setting ng control aparato), ang transistor VT ay nagsara at ang aparato ay gumagalaw sa pangalawang yugto - ang phase ng paglabas. Ang saradong transistor sa figure ay hindi ipinapakita sa lahat, na parang hindi ito umiiral. Ngunit nangangahulugan lamang ito na sarado ang transistor.

Fig. 5. Phase 2

Kapag ang transistor VT ay sarado, walang muling pagdadagdag ng enerhiya sa inductor, dahil ang pinagmulan ng kuryente ay na-disconnect. Ang Inductance L ay may posibilidad na maiwasan ang isang pagbabago sa kadakilaan at direksyon ng kasalukuyang (self-induction) na dumadaloy sa pamamagitan ng paikot-ikot na inductor.

Samakatuwid, ang kasalukuyang hindi maaaring tumigil agad at magsara sa pamamagitan ng circuit ng diode-load. Dahil dito, ang VD diode ay tinatawag na kaunti. Bilang isang patakaran, ito ay isang high-speed Schottky diode. Matapos ang panahon ng kontrol ng phase 2, ang circuit ay lumipat sa phase 1, ang proseso ay paulit-ulit. Ang maximum na boltahe sa output ng isinasaalang-alang na circuit ay maaaring maging katumbas ng input, at wala na. Upang makakuha ng isang boltahe ng output na mas malaki kaysa sa boltahe ng pag-input, ginagamit ang mga nagko-convert.

Dapat pansinin na sa katunayan, hindi lahat ay kasing simple ng nakasulat sa itaas: ipinapalagay na ang lahat ng mga sangkap ay perpekto, i.e. ang pag-on at off ay nangyayari nang walang pagkaantala, at ang aktibong pagtutol ay zero. Sa praktikal na paggawa ng naturang mga scheme, maraming mga nuances ang dapat isaalang-alang, dahil ang isang marami ay nakasalalay sa kalidad ng mga sangkap na ginamit at ang parasitiko kapasidad ng pag-install. Lamang tungkol sa tulad ng isang simpleng detalye bilang isang throttle (well, isang coil of wire!), Maaari kang sumulat ng higit sa isang artikulo.

Sa ngayon, kinakailangan lamang na alalahanin ang halaga ng inductance mismo, na tumutukoy sa dalawang mga mode ng operating chopper. Sa hindi sapat na pag-iingat, ang converter ay magpapatakbo sa hindi mapigil na kasalukuyang mode, na ganap na hindi katanggap-tanggap para sa mga mapagkukunan ng kuryente.

Kung ang inductance ay sapat na malaki, kung gayon ang gawain ay naganap sa patuloy na kasalukuyang mode, na nagbibigay-daan sa paggamit ng mga output filter upang makakuha ng isang palaging boltahe na may katanggap-tanggap na antas ng ripple. Sa patuloy na kasalukuyang mode, gumagana din ang mga step-up convert, na ilalarawan sa ibaba.

Para sa ilang pagtaas sa kahusayan, ang VD discharge diode ay pinalitan ng isang MOSFET transistor, na binuksan sa tamang oras ng control circuit. Ang ganitong mga nagko-convert ay tinatawag na kasabay. Ang kanilang paggamit ay makatwiran kung ang lakas ng converter ay sapat na malaki.

Hakbang-up o mapalakas ang mga convert ng convert

Ang mga nag-convert ng boost ay pangunahing ginagamit para sa supply ng kuryente ng mababang boltahe, halimbawa, mula dalawa hanggang tatlong baterya, at ang ilang mga sangkap ay nangangailangan ng 12 ... 15 V na may mababang kasalukuyang pagkonsumo. Madalas, ang pagpapalakas ng pagpapalakas ay maikli at malinaw na tinatawag na salitang "booster".

Larawan 6. Functional diagram ng pagpapalakas ng converter

Ang boltahe ng input na Uin ay inilalapat sa input filter Cin at inilapat sa mga koneksyon sa serye induktor L at paglilipat ng transistor VT. Ang isang diode VD ay konektado sa koneksyon ng koneksyon ng coil at alisan ng tubig ng transistor. Ang isang load Rн at isang shunt capacitor Cout ay konektado sa iba pang mga terminal ng diode.

Ang transistor VT ay kinokontrol ng isang control circuit na bumubuo ng isang matatag na signal ng kontrol ng dalas na may naaakma na cycle ng tungkulin D, sa parehong paraan tulad ng inilarawan sa itaas sa paglalarawan ng circuit ng chopper (Fig. 3). Ang VD diode sa tamang oras ay hinarangan ang pag-load mula sa pangunahing transistor.

Kapag nakabukas ang key transistor, ang kanang bahagi ng coil L ay konektado sa negatibong poste ng power supply na Uin. Ang pagtaas ng kasalukuyang (ang epekto ng inductance ay nakakaapekto) mula sa pinagmulan ng kuryente na dumadaloy sa likid at isang bukas na transistor, ang enerhiya ay naipon sa likid.

Sa oras na ito, hinarang ng VD diode ang pag-load at ang output kapasitor mula sa key circuit, sa gayon pinipigilan ang paglabas ng output kapasitor sa pamamagitan ng isang bukas na transistor. Ang pag-load sa sandaling ito ay pinalakas ng enerhiya na nakaimbak sa capacitor Cout. Naturally, bumababa ang boltahe sa kabuuan ng output kapasitor.

Sa sandaling ang bahagyang boltahe ng output ay nagiging bahagyang mas mababa kaysa sa tinukoy na (tinukoy ng mga setting ng control circuit), ang susi ng transistor VT ay nagsasara, at ang enerhiya na nakaimbak sa inductor ay muling nag-recharge ng capacitor Cout sa pamamagitan ng diode VD, na pinapakain ang pagkarga. Sa kasong ito, ang self-induction EMF ng coil L ay idinagdag sa input boltahe at inilipat sa pagkarga, samakatuwid, ang output boltahe ay mas malaki kaysa sa boltahe ng pag-input.

Kapag naabot ang output boltahe sa itinakdang antas ng pag-stabilize, bubukas ang control circuit ng transistor VT, at ang proseso ay paulit-ulit mula sa yugto ng pag-iimbak ng enerhiya.

Universal converters - SEPIC (solong natapos na pangunahing-inductor converter o converter na may asymmetrically load pangunahing inductance).

Ang ganitong mga nagko-convert ay ginagamit pangunahin kapag ang pag-load ay may mababang lakas, at ang pagbabago ng boltahe ng input na nauugnay sa output sa mas malaki o mas kaunting lawak.

Larawan 7. Functional diagram ng SEPIC converter

Ito ay halos kapareho sa pagpapalakas ng converter circuit na ipinapakita sa Larawan 6, ngunit may mga karagdagang elemento: kapasitor C1 at likid na L2. Ito ang mga elementong ito na matiyak ang pagpapatakbo ng converter sa mode ng pagbabawas ng boltahe.

Ang mga nag-convert ng SEPIC ay ginagamit sa mga kaso kung saan nag-iiba-iba ang input ng boltahe. Ang isang halimbawa ay ang 4V-35V hanggang 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up / Down Converter Regulator. Sa ilalim ng pangalang ito ang isang converter ay ibinebenta sa mga tindahan ng Tsino, ang circuit kung saan ay ipinapakita sa Figure 8 (mag-click sa larawan upang palakihin).

Larawan 8. Scograpikong diagram ng SEPIC converter

Ipinapakita ng Figure 9 ang hitsura ng board na may pagtatalaga ng mga pangunahing elemento.

Fig. 9. Ang hitsura ng SEPIC Converter

Ipinapakita ng figure ang mga pangunahing bahagi alinsunod sa Larawan 7. Dapat mong bigyang pansin ang pagkakaroon ng dalawang coils L1 L2. Batay sa tampok na ito, matutukoy na ito ay tiyak na SEPIC converter.

Ang boltahe ng input ng board ay maaaring nasa hanay ng 4 ... 35V. Sa kasong ito, ang output boltahe ay maaaring nababagay sa loob ng 1.23 ... 32V. Ang dalas ng operating ng converter ay 500KHz. Gamit ang isang maliit na sukat ng 50 x 25 x 12mm, ang board ay nagbibigay ng kapangyarihan hanggang sa 25 watts. Pinakamataas na output kasalukuyang hanggang sa 3A.

Ngunit narito ang dapat gawin. Kung ang output boltahe ay nakatakda sa 10V, kung gayon ang output kasalukuyang ay hindi maaaring mas mataas kaysa sa 2.5A (25W). Sa isang boltahe ng output ng 5V at isang maximum na kasalukuyang ng 3A, ang lakas ay magiging 15W lamang. Ang pangunahing bagay dito ay hindi dapat labis na labis ito: alinman ay hindi lalampas sa maximum na pinapayagan na kapangyarihan, o huwag lumampas sa pinapayagan na kasalukuyang.

Tingnan din: Ang paglipat ng mga suplay ng kuryente - prinsipyo ng operasyon

Boris Aladyshkin