直流电压转换器
说起电能的转换,大家不禁想起各种变压器、发电机、各种家用电器的电源、电子产品的充电器、焊接逆变器,甚至核电站。在所有情况下,电能的转换都以一种或另一种形式发生。可以说,在日常生活中,我们被各种类型的电气转换器所包围,很难想象在现代世界中完全没有它们。
DC/DC 转换器在过去二十年中变得特别普遍。这是由于半导体工业和电子产品总体上的快速发展。
高频脉冲转换器几乎被低频变压器电源挤出市场,现在只能在老式电视机和其他古董设备或一些现代音频放大器中找到。
高频变压器(或扼流圈)的尺寸比设计用于 50-60 Hz 网络的低频铁变压器小得多,这就是开关电源如此紧凑的原因。不管怎样,DC/DC 转换器在其设计中仍然包含一个变压器(或扼流圈),但它根本不是一个如此笨重和嘈杂的变压器。
现代DC-DC转换器(即所谓的DC-DC电压转换器)的范围相当广泛。让我们仔细看看 DC-DC 转换器到底是什么。
1.微型可调换能器
这种小型 43mm x 21mm 转换器和类似型号在中国市场的售价为 1 美元或更多。本实例运行LM2596芯片,输出参数可调。输入端施加 4.5 至 40 伏的直流电压,输出端获得 1.3 至 35 伏的直流电压。
可以从该转换器获得的最大电流为 3 安培,但在这种情况下需要散热器,如果在没有散热器的情况下使用转换器,则平均电流不应超过 2 安培。这种转换器的效率可以达到92%。
该转换器根据降压转换器拓扑组装而成,其所有主要组件都在电路板上可见: 输入输出电容, 窒息, 肖特基二极管,调节电阻器和微电路本身采用 TO-263-5 封装。上面的示意图没有显示微调电阻,但电路板上有一个。
如果没有这个电阻,电路将不会在输出端提供超过 5 伏的电压,但是如果反馈不是直接从滤波器的输出电容器移除,而是通过刚刚在这里组装的分压器使用这个调节电阻,你可以显着扩展此板上实现的输出电压范围。
这些转换器的范围仅受开发人员想象力的限制。您可以在这里为 LED 供电并为各种便携式设备充电等等。
也有这种类型的升压转换器,根据递增(放大)转换器的拓扑结构制成。
上图中(红板)是一个可调升压转换器,最大功率可达 150 瓦(需要额外冷却),其输入可在 10 至 30 伏之间供电,输出可在 12 至 35 伏之间供电。
与前面的示例一样,该转换器在输出端有一个调节电阻,负责获得所需的输出电压值。控制芯片位于板的背面。电路板本身尺寸为 65mm x 35mm。这种转换器的价格比前面的例子高 3 倍。
2.防水电源
该电源具有坚固、防水、填充环氧树脂的压铸外壳,使其可用于运输和任何其他需要可靠性和安全性的设备。逆变器具有过压、过压、短路和过载保护。
不同型号的输入电压范围非常宽,在本例中为 9 至 24 伏,而输出为 24 伏,最大电流为 5 安培(在本例中)。照片中的盒子尺寸为 75mm x 75mm,高度为 31mm。此类转换器的价格约为 10 - 50 美元,具体取决于容量。
这种类型的转换器制造功率为 15 至 360 瓦,输入电压高达 60 伏,输出电压为 5 至 48 伏。它们在许多市场中也很常见。
3. 将直流电源切换到外壳
通常,这些电源是根据反激式、推挽式或半桥式开关电路制造的。它们适用于 19 至 72 伏及以上的输入电压,输出通常为 5 至 24 伏。这种转换器的功率可以达到 1000 瓦。外壳尺寸从 78mm x 51mm x 28mm 到 295mm x 127mm x 41mm。
这些电源可从许多制造商处获得,价格可能高达数百美元。此类设备经常用于为 LED 灯带供电。它们能够微调输出电压并具有过载保护。
市面上也有类似型号的直接由交流电网供电的转换器,即所谓的AC-DC转换器,不过,那里是先对电网电压进行整流、滤波,即恒压,只经过标准的高频变频整流转换成另一级恒压后,更低级即再次使用DC-DC转换模块。
与其他转换器不同,由交流网络供电的转换器必须将高频脉冲变压器的次级绕组与初级绕组进行电流隔离……通常,此类单元中的反馈回路使用以下方式进行隔离 光电耦合器... 公平地说,应该注意的是,这种类型的低功率单元也可以采用无框设计。
4. PCB安装用DC-DC转换器
这些微型电源的功率范围为 0.25 至 100 瓦。它们允许输入电压范围:3-3.6V、4.5-9V、9-18V、13-16.6V、9-36V、18-36V、18-72V、36-72V 和 36-75V。根据制造商的不同,电源电压范围可能会有所不同。一些转换器允许调整输出电压并将设备置于待机模式。模块的标准输出电压范围:5V、12V、15V。
用于PCB安装的DC-DC转换器是电气隔离的(1500V),最高允许温度可达90摄氏度。开发人员最感兴趣的是功率为 3 瓦的转换器。这种转换器的成本从一台到几十美元不等。
所有现代工业开关DC-DC转换器的工作频率都在50kHz以上,最高可达300kHz。这种说法适用于脉冲变压器和铁氧体扼流圈,因为在所描述的转换器中使用的变压器和扼流圈到处都使用铁氧体磁芯。
工业专用转换器开关 IC 通常具有始终高于 50 kHz 的严格设置频率。如果使用 PWM 控制器,则相应的频率由外部元件设置。