Что такое DC/DC преобразователь?

Чтобы обеспечить корректную работу разных электронных приборов, мобильных и телекоммуникационных устройств, автоматизированных систем управления и вычислительной техники, нужно менять выходное напряжение – повышать или понижать его. Для такого преобразования энергии предназначены специальные электронные модули. Их называют преобразователями, инверторами, конвертерами или стабилизаторами напряжения.

Они способны работать в широком диапазоне мощности – от малых значений, как при питании от аккумуляторов, до больших, как при использовании масштабных высоковольтных систем электроснабжения. В их схемах применяется высокочастотное преобразование мощности с участием силовых ключей и пассивных компонентов. В результате устраняется коммутационный шум и регулируется выходное напряжение. Кроме изменения уровня напряжения, инверторы могут обеспечивать регулирование системы, т.е. вырабатывать регулируемое напряжение от источника питания.

Преобразователь DC/DC, что это?

Это электронные модули в виде микросхемы, которая помещена в защитный корпус и имеет выводы для установки на печатную плату. Такие модули используют в схемах с гальванической развязкой для создания шин питания. Их задача – преобразовывать входное напряжение постоянного тока в постоянное выходное напряжение увеличенной или уменьшенной величины. Повышающие инверторы увеличивают входное напряжение, понижающие – уменьшают, универсальные – сочетают обе функции. Вот для чего нужен DC/DC преобразователь.

Кроме того, преобразователи постоянного тока компенсируют напряжение системы при снижении напряжения АКБ из-за утечек энергии. В результате система становится более компактной и эффективнее работает. Конвертеры DC/DC производятся по разным технологиям и представлены в продаже большим ассортиментом модулей с разными вариантами исполнения и характеристиками. Это позволяет найти инверторы для всевозможных задач и условий применения.

Развитие полупроводниковой технологии

На заре развития полупроводниковой технологии напряжение питания постоянного тока (DC) преобразовывали в большее напряжение, промежуточно преобразовывая его в переменный ток (AC) с применением вибратора, выпрямительного узла и трансформатора. Такой метод актуален для приложений малой мощности. Для более мощных приложений для привода генератора нужного напряжения был необходим электродвигатель. Такие процессы оказались затратными, малоэффективными и требовали длительной настройки.

Когда появились полупроводниковые устройства и интегральные схемы, расширились возможности по разработке и внедрению преобразовательных схем. Компоненты стали компактными и доступными, а главное – твердотельное преобразование режимов переключения позволило реализовывать энергоэффективные процессы. Новая технология выигрывала у старых методов, которые отличались рассеиванием излишков энергии в виде тепла.

Особенности конструкции

Преобразователи энергии бывают разных уровней сложности, производительности и надежности. Они используют разные механизмы преобразования энергии: электрические, механические, химические. Для силовых электронных систем лучше подходят инверторы, выполняющие динамическое преобразование энергии с применением электрических процессов. В качестве пассивных компонентов при реализации таких схем используют катушки индуктивности, конденсаторы и трансформаторы. Резисторы не применяют, чтобы снизить мощностные потери.

Связь между компонентами определяется необходимым способом передачи энергии. Принцип расположения элементов накопления энергии зависит от поставленных задач понижения или повышения с учетом конкретного применения модуля. Используемые в схеме конденсаторы и катушки индуктивности формируют схему фильтров нижних частот. В результате минимизируется или устраняется риск наложения пульсаций переменного тока или других аспектов на выходное напряжение, создаваемое посредством коммутации.

Типы преобразователей

В продаже встречаются DC/DC инверторы таких подвидов:

1. Без индуктивности – на коммутируемых конденсаторах, дешевые и компактные модули. Подходят для питания маломощных нагрузок. Бывают регулируемые и с фиксируемым напряжением.
2. С индуктивностью, без гальванической развязки. Содержат 1 изолированный источник питания. Напряжение зависит от положения ключа и может расти, падать или приобретать обратную полярность. Часто в таких модулях используют полевые транзисторы(FET) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В понижающих импульсных модулях ключом является транзистор, а управляет им широтно-импульсный модулятор. Повышающие импульсные преобразователи используют для питания светодиодных лент и подобных им маломощных потребителей от Li-ion аккумуляторов или портативной электроники от автомобильного аккумулятора. Конвертеры с регулируемым Uвых часто используют в системах, где напряжение задает Li-ion батарея. Когда ее вольтаж снижается, инвертор все равно поддерживает заданное Uвых.
3. С гальванической развязкой. Используют импульсные трансформаторы с несколькими обмотками. Не имеют связи между входной и выходной цепями. Отличаются существенной разностью потенциалов между Uвх и Uвых. Пример использования – блоки питания импульсных фотовспышек, имеющих Uвых≈400 В.

Критерии выбора

При выборе DC/DC преобразователей учитывают, где и для каких целей они будут использоваться. Самые удобные импульсные модули с регулировкой Uвх. Линейные инверторы, способные только понижать исходное напряжение, актуальны для питания узлов малой мощности, которым необходимо стабильное Uвых без пульсаций и электромагнитных помех. Для остальных систем рекомендуются импульсные DC/DC конверторы.

При покупке преобразователей учитывайте их мощность, количество выходных каналов, КПД, размеры, массу. Еще более важны при выборе диапазоны Uвх и Uвых, их регулируемость, значения и возможность регулировки выходного тока, наличие стабилизатора. Также могут иметь значение интерфейсы передачи данных. Есть конверторы с USB/microUSB выходами и возможностью подключения к компьютеру. Для повышения КПД в некоторых моделях используется синхронный выпрямитель.

В интернет-магазине Shura-Master.ru представлены DC/DC инверторы разных моделей и конфигураций. Они продаются по отличным ценам, а их доставка осуществляется по всей России.

Ранее в нашем блоге вышла статья о портативных зарядных станциях, их видах, особенностях конструкции и возможностях применения.