Принцип роботи та різновиди DC-DС перетворювачів, ТЕРРАТЕЛ
Все про DC/DC перетворювачі
Перетворювачі живлення DC/DC широко застосовуються в різних електронних приладах, обчислювальної техніки, пристрої телекомунікації, автоматизованих системах управління (АСУ), мобільних пристроях і т.д. DC/DC перетворювачі застосовуються для зміни вихідної напруги як у більшу, так і меншу сторону, щодо напруги на вході.
Типи DC DC перетворювачів
Сьогодні на ринку є різні типи DC/DC конвертерів, які використовуються споживачами.
- DC/DC перетворювачі без індуктивності.
Для живлення малопотужних навантажень вигідно використовувати перетворювачі на конденсаторах, що комутуються. Використання таких пристроїв не потребує наявності дорогих моточних компонентів, тому вони дозволяють створити дешеві та компактні модулі живлення. Подібні перетворювачі можуть бути як з фіксованою напругою, так і регульовані.
- DC/DС перетворювачі з індуктивністю.
Великою популярністю користуються перетворювачі без гальванічної розв'язки між входом та виходом. У цьому конвертері знаходиться одиничне ізольоване джерело живлення. Залежно від положення ключа напруга може підвищуватися, знижуватися або інвертуватися в напругу зі зворотною полярністю. Ключовими елементами часто є біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT) і польові транзистори різного типу (FET).
Серед конвертерів з індуктивністю можна зустріти такі типи:
- Знижувальний імпульсний перетворювач. У ролі ключа виступає транзистор, який керується за допомогою широтно-імпульсного модулятора.
- Підвищує імпульсний DC-DCперетворювач. Його особливості ми розглянемо нижче.
- Перетворювач з регульованою вихідною напругою. Такі пристрої дозволяють отримати як підвищену, так і знижену напругу на виході. Навіщо це потрібно? Наприклад, для використання в пристроях, де напруга задається Li-іонною батареєю. З часом, коли батарея слабшає, її зменшується напруга, але використання такого перетворювача дозволяє завжди підтримувати задане значення на виході.
- Перетворювач з будь-якою вихідною напругою. Вони здатні виробляти як підвищену, так і знижену напругу на виході. Навіщо вони потрібні? Наприклад, для використання у схемах, де напруга задається Li-іонною батареєю. Вони мають напругу 3,3 В. Згодом експлуатації її напруга зменшується, і тому є сенс перетворювати її до 3,3 на виході. Прикладом такого єBuck-boost DC DC перетворювач від Террател.
- DC/DC перетворювач з гальванічною розв'язкою.
У таких перетворювачах застосовуються імпульсні трансформатори з кількома обмотками, завдяки чому відсутня зв'язок між вхідним та вихідним ланцюгами. Для таких пристроїв характерна велика різниця потенціалів між вхідною та вихідною напругою. Наприклад, вони використовуються в блоках живлення імпульсних фотоспалахів, які мають вихідну напругу близько 400В.
Принцип роботи DC-DC перетворювача
Отже, у нас є 5 вольт, з яких нам необхідно отримати більшу напругу. Існує кілька варіантів для досягнення мети. Наприклад, паралельно заряджати конденсатори, а потім послідовно їх перемикати. Причому робити це треба дуже швидко, кілька разів на секунду. Звичайно, на практиці це нереально, томуіснують спеціальні DC/DC перетворювачі на вирішення цього завдання.
Щоб зрозуміти, як працює цей конвертер, уявімо себе сантехніками.
Етап 1 – Розгін турбіни. Для початку нам необхідно розігнати турбіну. Для цього відкривається заслінка, вода швидко зливається, передаючи частину своєї енергії турбіні, завдяки чому остання починає розкручуватися.
Етап 2 – Заповнення ємності-накопичувача тиску.
Заслінка закривається. Порція води, що штовхається розкрученою турбіною-маховиком, відкриває клапан і наповнює ємність-накопичувач. Інша частина води прямує до споживача, тільки з підвищеним тиском від ємності-накопичувача. При цьому клапан перешкоджає зворотному ходу води.
Етап 3 – Отримання енергії з ємності-накопичувача тиску та розгін турбіни.
Швидкість турбіни починає падати. Вода вже не може продавлювати клапан, а енергії в ємності-накопичувачі накопичено достатньо. Потім заслінка відкривається знову, і вода починає швидко розкручувати турбіну. Потік енергії до споживача, тим часом, не припиняється, оскільки він отримує її з ємності-накопичувача.
Далі цикл повторюється.
Що ж, принцип зрозумілий. Тепер перейдемо від сантехніки до електроніки.
Замість турбіни ми маємо індуктивний дросель. Транзистор застосовується замість заслінки, яка керує потоком води. Роль клапана виконує діод, а конденсатор є ємністю-накопичувачем тиску.
Ось так і виглядає DC DC перетворювач. Як він працює? Все аналогічно.
Етап 1 – Накопичення заряду індуктивністю.
Ключ замкнутий. Індуктивність, отримуючи струм джерела, накопичує енергію.
Етап 2 - Передача енергії вконденсатор.
Ключ розмикається, при цьому котушка утримує накопичену енергію у магнітному полі. Струм намагається залишитися на тому ж рівні, але додаткова енергія з індуктивності піднімає напругу, тим самим відкриваючи шлях через діод. Частина енергії потрапляє до споживача, а решта накопичується у конденсаторі.
Етап 3 –Накопичення енергії в індуктивності та передача зарядуспоживачеві.
Потім ключ замикається і енергія знову починає накопичуватися в котушці. Споживач, тим часом, отримує енергію з конденсатора.