Схема понижающего преобразователя DC-DC

Понижающий DC-DC преобразователь представляет собой электронный модуль в виде микросхемы, помещенной в жесткий корпус и оснащенной выводами для монтажа на печатную плату. Этот модуль преобразует постоянное напряжение более высокого номинала в постоянное напряжение меньшего номинала. Такие устройства используют для изменения напряжения в зарядных устройствах для аккумуляторных батарей, мультимедийных проигрывателях, телевизорах, мониторах, системах электропитания, компьютерных игровых консолях и других устройствах.

Наиболее удобны в применении импульсные преобразователи с регулируемым значением Uвх. Мощные модели могут работать в диапазоне 5–60 В с обеих сторон. Современные инверторы не только понижают Uвх, но и стабилизируют характеристики, уменьшают пульсации, выполняют гальваническую развязку электрических цепей на входе и выходе.

Схема понижающего DC-DC конвертера

Рассмотрим схему понижающего DC-DC преобразователя импульсного типа. В отличие от линейных стабилизаторов, у импульсных конвертеров регулятор (обычно – транзистор) работает по принципу переключений. Львиную долю времени он пребывает в области отсечки или насыщения, и только непосредственно при переключениях – в активной зоне. Благодаря этому снижается рассеиваемая на транзисторе мощность, повышается КПД устройства, уменьшаются его размеры и вес.

На представленной схеме:

• Свх – входной фильтр – фильтрует Uвх, подаваемое на ключ;
• VT – биполярный транзистор;
• СУ – схема управления – нужна для получения стабильного Uвых заданной величины;
• L – дроссель;
• VD – диод;
• Rн – выходное сопротивление;
• Свых – выходной фильтр.

При открытии транзистора Uвх подается в нагрузку и на возрастание энергии в дросселе L. Когда ключ на транзисторе размыкается, возникающая в дросселе ЭДС открывает диод VD, а на транзисторе появляется напряжение, идентичное ЭДС. Накопившаяся в дросселе энергия отчасти идет в нагрузку и формирует на выходном сопротивлении Uвых. Его пульсации сглаживает выходной фильтр.

В представленной схеме всегда выполняется неравенство Uвых<Uвх, т.к. при открытом транзисторе одновременно происходит передача энергии от источника питания в нагрузку и ее накопление в дросселе и конденсаторе. При закрытом ключе энергия, накопленная в дросселе и конденсаторе фильтра, идет в нагрузку, причем от дросселя – через разрядный диод. В зависимости от параметров схемы, конвертер импульсного типа может работать в 2 режимах: с непрерывными или прерывистыми токами, проходящими через дроссель.

Принцип работы понижающего DC-DC инвертора

Главный элемент таких преобразователей – силовой ключ, в качестве которого может использоваться биполярный, MOSFET или IGBT транзистор. Когда он открыт, ток от источника питания следует через ключ к индуктивности и нагрузке. Кроме передачи в нагрузку, энергия копится в катушке и конденсаторе (стадия накачки). Когда ключ закрывается, накопленная в катушке энергия отдается в нагрузку (стадия разряда). При этом ток идет по контуру катушка-диод-нагрузка.

Типы конвертеров

В зависимости от особенностей конструкции, DC-DC инверторы бывают 3 типов:

1. Без индуктивности – недорогие маленькие модули на коммутируемых конденсаторах, рассчитанные на питание нагрузок малой мощности. Бывают с регулируемым и фиксированным напряжением.
2. С индуктивностью, без гальванической развязки – с 1 изолированным источником питания. В понижающих импульсных модулях ключом является транзистор, а для его управления используется ШИМ-контроллер.
3. С гальванической развязкой – обеспечивают большой скачок между Uвх и Uвых. Применяют импульсные трансформаторы с несколькими обмотками.

Критерии выбора

При выборе инвертора учитывают условия его предстоящего использования. Наиболее практичны импульсные модули с регулируемым Uвх. Линейные конверторы, которые умеют только понижать Uвх, подойдут для питания узлов малой мощности, когда нужно получить стабильное Uвых без помех и пульсаций. Для решения более серьезных задач выбирайте импульсные модели.

При покупке понижающего конвертера учтите следующие параметры:

• мощность;
• диапазон Uвх;
• значение Uвых, возможность его настройки и диапазон;
• максимальный Iвых и возможность его регулировки;
• число каналов на выходе;
• частота работы инвертора – чем выше ее значение, тем проще фильтровать выходные характеристики и устранять помехи, но возрастают потери на переключение транзистора;
• наличие стабилизатора;
• КПД;
• интерфейсы для обмена информацией – полезными могут быть USB/microUSB выходы и возможность подключения к компьютеру;
• размеры, масса.

Хороший выбор инверторов, способных понижать, повышать и стабилизировать входное напряжение, представлен в интернет-магазине VoltBikes.ru.

Ранее в нашем блоге вышла статья с рейтингом электроквадроциклов.