Convertitori di tensione CC

Parlando della conversione dell'energia elettrica, si possono ricordare vari trasformatori, generatori, alimentatori per vari elettrodomestici, caricabatterie per dispositivi elettronici, inverter per saldatura e persino centrali nucleari. In tutti i casi, la trasformazione dell'energia elettrica avviene in una forma o nell'altra. Possiamo dire che nella vita di tutti i giorni siamo circondati da vari tipi di convertitori elettrici ed è difficile immaginare la loro completa assenza nel mondo moderno.

I convertitori DC/DC sono diventati particolarmente comuni negli ultimi vent'anni. Ciò è dovuto al rapido sviluppo dell'industria dei semiconduttori e dell'elettronica in generale.

I convertitori di impulsi ad alta frequenza sono stati quasi eliminati dal mercato dagli alimentatori a trasformatore a bassa frequenza, che ora si possono trovare solo nei vecchi televisori e altri dispositivi antichi o in alcuni moderni amplificatori audio.

Il trasformatore ad alta frequenza (o induttanza) ha dimensioni molto inferiori rispetto al trasformatore in ferro a bassa frequenza progettato per funzionare da una rete a 50-60 Hz, motivo per cui gli alimentatori switching sono così compatti.In un modo o nell'altro, i convertitori CC / CC contengono ancora un trasformatore (o induttanza) nel loro design, ma non è affatto un trasformatore così pesante e rumoroso.

La gamma dei moderni convertitori CC-CC (vale a dire i cosiddetti convertitori di tensione CC-CC) è piuttosto ampia. Diamo un'occhiata più da vicino a cosa sono esattamente i convertitori DC-DC.

1. Trasduttore regolabile in miniatura

Questo piccolo convertitore da 43 mm x 21 mm e modelli simili hanno un prezzo di $ 1 o più nei mercati cinesi. Questa istanza esegue un chip LM2596 e i suoi parametri di output possono essere regolati. All'ingresso viene applicata una tensione CC nell'intervallo da 4,5 a 40 volt e all'uscita si ottiene una tensione CC da 1,3 a 35 volt.

La corrente massima ottenibile da questo convertitore è di 3 ampere, ma in questo caso è necessario un dissipatore, se il convertitore viene utilizzato senza dissipatore la corrente media non deve superare i 2 ampere. L'efficienza di un tale convertitore può raggiungere il 92%.

Questo convertitore è assemblato secondo la topologia del convertitore buck e tutti i suoi componenti principali sono visibili sulla scheda: condensatori di ingresso e uscita, soffocamento, Diodo Schottky, resistore di regolazione e il microcircuito stesso in un pacchetto TO-263-5. Lo schema sopra non mostra un resistore di trim, ma ce n'è uno sulla scheda.

Senza questo resistore, il circuito non darà più di 5 volt in uscita, ma se il feedback non viene rimosso direttamente dal condensatore di uscita del filtro, ma attraverso un partitore di tensione che è stato appena assemblato qui usando questo resistore di regolazione, tu può estendere in modo significativo l'intervallo di tensione di uscita implementato su questa scheda.

La portata di questi convertitori è limitata solo dall'immaginazione dello sviluppatore. Qui puoi alimentare i LED e caricare vari dispositivi portatili e molto altro.

Esistono anche convertitori boost di questo tipo, realizzati secondo la topologia di un convertitore crescente (amplificatore).

Nell'immagine sopra (scheda rossa) è presente un convertitore boost regolabile con una potenza massima fino a 150 watt (è necessario un ulteriore raffreddamento), il cui ingresso può essere alimentato da 10 a 30 volt e in uscita da 12 a 35 volt.

Come nell'esempio precedente, questo convertitore ha un resistore di regolazione in uscita, che è responsabile dell'ottenimento del valore desiderato della tensione di uscita. Il chip di controllo si trova sul retro della scheda. La scheda stessa misura 65 mm x 35 mm. Il prezzo di un tale convertitore è 3 volte superiore rispetto all'esempio precedente.

2. Alimentazione elettrica impermeabile

Questo alimentatore ha un alloggiamento robusto, impermeabile, pressofuso riempito con resina epossidica, che ne consente l'utilizzo sia nel trasporto che in qualsiasi altra apparecchiatura in cui sono richieste affidabilità e sicurezza. L'inverter è dotato di protezione da sovratensione, sovratensione, cortocircuito e sovraccarico.

Il range di tensione in ingresso dei diversi modelli è molto ampio e in questo esempio da 9 a 24 volt, mentre l'uscita è a 24 volt con una corrente massima di 5 ampere (in questo esempio). La dimensione della scatola nella foto è 75 mm x 75 mm, l'altezza è 31 mm. Il prezzo di tali convertitori è di circa 10 - 50 dollari, a seconda della capacità.

Convertitori di questo tipo sono prodotti per potenze da 15 a 360 watt, per tensioni di ingresso fino a 60 volt e per tensioni di uscita da 5 a 48 volt. Sono anche abbastanza comuni in molti mercati.

3. Accendere l'alimentazione CC all'armadio

Tipicamente, questi alimentatori sono realizzati secondo un circuito di commutazione flyback, push-pull o semiponte. Sono disponibili per tensioni di ingresso da 19 a 72 volt e superiori e l'uscita è solitamente da 5 a 24 volt. La potenza dei convertitori di questo tipo può raggiungere i 1000 watt. Dimensioni della cassa da 78 mm x 51 mm x 28 mm a 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Questi alimentatori sono disponibili presso molti produttori e possono costare fino a diverse centinaia di dollari. Molto spesso tali dispositivi vengono utilizzati per alimentare strisce LED. Hanno la capacità di regolare con precisione la tensione di uscita e hanno una protezione da sovraccarico.

Esistono in commercio modelli simili di convertitori che vengono alimentati direttamente dalla rete in corrente alternata, i cosiddetti convertitori AC-DC, ma lì però la tensione di rete viene prima raddrizzata, filtrata, cioè resa costante, e solo dopo che viene convertito per mezzo di una conversione ad alta frequenza standard e rettifica in tensione costante ad un altro livello, inferiore cioè, utilizzato di nuovo modulo convertitore DC-DC.

A differenza di altri convertitori, i convertitori alimentati da una rete a corrente alternata hanno necessariamente l'isolamento galvanico dell'avvolgimento secondario del trasformatore di impulsi ad alta frequenza dal primario... Di norma, il circuito di retroazione in tali unità è isolato utilizzando optoaccoppiatori… In tutta onestà, va notato che le unità a bassa potenza di questo tipo sono disponibili anche in un design senza cornice.

4. Convertitore DC-DC per montaggio PCB

Questi alimentatori miniaturizzati hanno una potenza compresa tra 0,25 e 100 watt. Consentono una gamma di tensioni di ingresso: 3-3,6 V, 4,5-9 V, 9-18 V, 13-16,6 V, 9-36 V, 18-36 V, 18-72 V, 36-72 V e 36-75 V.A seconda del produttore, gli intervalli di tensione di alimentazione possono differire. Alcuni convertitori consentono la regolazione della tensione di uscita e la messa in standby del dispositivo. L'intervallo di tensione di uscita standard dei blocchi: 5 V, 12 V, 15 V.

I convertitori CC-CC per il montaggio su circuito stampato sono elettricamente isolati (1500 V) e la temperatura massima consentita può raggiungere i 90 gradi Celsius. Di grande interesse per gli sviluppatori sono i convertitori con una potenza di 3 watt. Il costo di tali convertitori varia da unità a decine di dollari.

La frequenza operativa di tutti i moderni convertitori CC-CC a commutazione industriale è superiore a 50 kHz e raggiunge i 300 kHz. Questa affermazione è vera per i trasformatori di impulsi e le bobine di arresto in ferrite, poiché i nuclei di ferrite sono utilizzati ovunque per i trasformatori e le bobine di arresto utilizzati nei convertitori descritti.

I circuiti integrati di commutazione per convertitori dedicati industriali molto spesso hanno una frequenza strettamente impostata che è sempre superiore a 50 kHz. Se viene utilizzato un controller PWM, la frequenza corrispondente viene impostata da componenti esterni.