Преобразователь постоянного напряжения что это

Преобразователи напряжения постоянного тока

Преобразователь постоянного напряжения что этоГоворя о преобразовании электрической энергии, можно вспомнить разнообразные трансформаторы, генераторы, блоки питания различных бытовых приборов, зарядные устройства электронных гаджетов, сварочные инверторы и даже атомные электростанции. Во всех случаях в том или ином виде происходит преобразование электрической энергии. Можно сказать, что нас в повседневной жизни окружают разные виды электрических преобразователей, и трудно себе представить их полное отсутствие в современном мире.

Преобразователи напряжения постоянного тока получили особенно широкое распространение в последние двадцать лет. Это связано со стремительным развитием полупроводниковой промышленности и электроники в целом.

Высокочастотные импульсные преобразователи почти вытеснили с рынка блоки питания с низкочастотными трансформаторами, которые можно встретить теперь разве что в старых телевизорах и других старинных приборах, или в некоторых современных усилителях звуковой частоты.

Преобразователь постоянного напряжения что это

Высокочастотный трансформатор (или дроссель) имеет значительно меньшие габариты, чем низкочастотный трансформатор на железе, рассчитанный на работу от сети 50-60 Гц, именно поэтому импульсные блоки питания так компактны. Так или иначе, преобразователи напряжения постоянного тока все же содержат в своей конструкции трансформатор (или дроссель), но это уже совсем не тот тяжелый и шумный трансформатор.

Преобразователь постоянного напряжения что это

1. Миниатюрный регулируемый преобразователь

Максимальный ток, который можно получить от данного преобразователя составляет 3 ампера, однако в этом случае требуется радиатор, если же преобразователь используется без радиатора, средний ток не должен превышать 2 ампер. Эффективность такого преобразователя может достигать 92%.

Преобразователь постоянного напряжения что это

Данный преобразователь собран по топологии step-down (buck) converter, и на плате видны все его главные составные части: входной и выходной конденсаторы, дроссель, диод Шоттки, регулировочный резистор и сама микросхема в корпусе TO-263-5. На приведенной выше принципиальной схеме не изображен регулировочный резистор, но на плате он есть.

Без этого резистора схема не даст на выходе больше 5 вольт, однако если обратную связь снимать не напрямую с выходного конденсатора фильтра, а через делитель напряжения, который как раз и собран здесь с использованием этого регулировочного резистора, можно существенно расширить диапазон выходных напряжений, что и реализовано на данной плате.

Преобразователь постоянного напряжения что это

Сфера применения этих преобразователей ограничена лишь фантазией разработчика. Здесь и питание светодиодов, и зарядка различных портативных устройств, и многое другое.

Бывают и повышающие преобразователи такого типа, выполненные по топологии step-up (boost) converter.

Преобразователь постоянного напряжения что это

На приведенном изображении (красная плата) регулируемый повышающий преобразователь максимальной мощностью до 150 ватт (требуется дополнительное охлаждение), на вход которого можно подавать от 10 до 30 вольт, а на выходе получать от 12 до 35 вольт.

Как и в предыдущем примере, этот преобразователь имеет на выходе регулировочный резистор, который и отвечает за получение на выходе нужного значения напряжения. Управляющая микросхема расположена на обратной стороне платы. Сама плата имеет размер 65мм х 35мм. Стоимость такого преобразователя раза в 3 выше предыдущего примера.

Преобразователь постоянного напряжения что это

2. Водонепроницаемый блок питания

Этот блок питания имеет прочный литой водонепроницаемый корпус, залитый эпоксидным компаундом, что позволяет применять его как на транспорте, так и с любым другим оборудованием, где требуется надежность и безопасность. Преобразователь имеет защиту от пониженного напряжения, от перенапряжения, от короткого замыкания, и от перегрузок.

Диапазон входного напряжения в разных моделях весьма широк, и в данном примере от 9 до 24 вольт, при этом на выходе получаем 24 вольта с максимальным током 5 ампер (в данном примере). Размер корпуса на фото 75мм х 75 мм, высота 31мм. Стоимость таких преобразователей порядка 10 – 50 долларов, в зависимости от мощности.

Преобразователи такого типа производятся на мощность от 15 до 360 ватт, на входное напряжение до 60 вольт, и на выходное напряжение от 5 до 48 вольт. Они также весьма распространены на многочисленных торговых площадках.

Преобразователь постоянного напряжения что это

3. Импульсный блок питания постоянного напряжения в кожухе

Обычно эти блоки питания изготавливают по схеме обратноходового, двухтактного или полумостового импульсного преобразователя. Они бывают на входное напряжение от 19 до 72 вольт и выше, а выход обычно от 5 до 24 вольт. Мощность преобразователей такого типа может достигать 1000 ватт. Размеры корпуса от 78мм х 51мм х 28мм до 295мм х 127мм х 41мм.

Такие блоки питания выпускаются многими фирмами-производителями, а их стоимость может доходить до нескольких сотен долларов. Довольно часто подобные блоки применяются для питания светодиодных лент. Они обладают возможностью точной подстройки выходного напряжения и имеют защиту от перегрузки.

Преобразователь постоянного напряжения что это

Преобразователь постоянного напряжения что это

Преобразователь постоянного напряжения что это

4. DC-DC конвертор для монтажа на печатную плату

Эти миниатюрные блоки питания обладают мощностью от 0,25 до 100 ватт. Они допускают разброс входного напряжения: 3-3,6В, 4,5-9В, 9-18В, 13-16,6В, 9-36В, 18-36В, 18-72В, 36-72В, и 36-75В. В зависимости от фирмы – производителя диапазоны питающих напряжений могут отличаться. Некоторые преобразователи допускают регулировку выходного напряжения и перевод блока в режим ожидания. Стандартный же ряд выходных напряжений блоков: 5В, 12В, 15В.

DC-DC конвертеры для монтажа на печатную плату имеют электрически прочную изоляцию (1500 В), а максимально допустимая температура может достигать 90 градусов по Цельсию. Наибольший интерес для разработчиков представляют преобразователи мощностью 3 ватта. Стоимость таких конвертеров – от единиц до десятков долларов.

У всех современных промышленных импульсных DC-DC преобразователей значение рабочей частоты лежит выше 50кГц, и достигает 300кГц. Это утверждение справедливо для импульсных трансформаторов и дросселей на феррите, поскольку для применяемых в описанных преобразователях трансформаторов и дросселей везде задействованы именно ферритовые сердечники.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Принцип работы и разновидности преобразователей напряжения

Любой преобразователь напряжения – это электротехническое или электронное устройство, способное изменять его величину на требуемое значение. Этот прибор особо востребован в ситуациях, когда к сети необходимо подключить нагрузку с различными номиналами напряжений. Причем они могут не только понижать значение этого параметра, но и повышать.

Принцип работы

Преобразователь постоянного напряжения что это

Преобразователь напряжения 12/220В HP-1200

Основное требование, определяющее принцип работы преобразователей напряжения – возможность передать на выход полезную мощность с минимальными потерями (обеспечить максимальный КПД). Для этого в них нередко используются экономичные с точки зрения потерь модули, например, электронные инверторы. Электрический преобразователь напряжения, построенный по трансформаторной схеме – наиболее удобен для рассмотрения принципа работы. Суть его функционирования состоит в следующем:

Добиться нужной эффективности от такой схемы очень сложно, поскольку в обмотках трансформатора теряется часть передаваемой мощности (из-за теплового рассеивания).

В преобразователях напряжения, рассчитанных на работу с высоковольтными источниками питания, традиционно используется явление самоиндукции. Она реализуется в выходных ферритовых сердечниках при резком прерывании тока в первичной обмотке. В качестве такого прерывателя используются все те же транзисторы, а получаемое на выходе импульсное напряжение затем выпрямляется. Такие схемы позволяют получать высокие потенциалы порядка нескольких десятков кВ. Они используются в цепях питания уже устаревших электронно-лучевых трубок, а также в телевизионных кинескопах. В этом случае удается получать неплохой КПД (до 80%).

Области применения

Преобразователь постоянного напряжения что это

Разделитель 100 амперный

Сфера применения многозонных преобразователей напряжения очень обширна. Они традиционно используются в следующих целях:

В первом случае вырабатываемая на электростанциях ЭДС повышается с помощью этих устройств с 6-24 кВ до 110-220 кВ – в таком виде ее легче «перегонять» по проводам на дальние расстояния. На районных подстанциях уже другие трансформаторные устройства обеспечивают ее снижение сначала до 10 (6,3) кВ, а затем – до привычных 380 Вольт.

При обслуживании технологического оборудования преобразователи напряжения применяются в качестве электротермических установок или сварочных трансформаторов.

В промышленности

Самая обширная область применения – обеспечение качественным питанием следующих промышленных образцов потребителей:

Особую функцию выполняют так называемые «разделительные» трансформаторы, используемые для развязки нагрузочных линий от высоковольтного входа.

Поскольку такие преобразователи «играют вспомогательную роль», чаще всего они имеют небольшую мощность и сравнительно малые размеры.

В быту, медицине и оборонной промышленности

Преобразователь постоянного напряжения что это

Преобразователь напряжения 24/12V DC-20

Достаточно широко применяются преобразователи напряжения и в быту. На их основе построено большинство БП, используемых для зарядки бытовой техники, а также более сложных устройств типа:

Наиболее востребованы эти устройства в медицине, военной сфере, а также в энергетике и науке. В этих отраслях к ним предъявляются особо «жесткие» требования, касающиеся качества преобразуемого напряжения («чистоты» синусоиды, например).

Преимущества и недостатки

К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:

К минусам относят высокую стоимость и низкую влагостойкость (за исключением моделей, предназначенных специально для работы в условиях повышенной влажности).

Разновидности преобразователей

Преобразователь постоянного напряжения что это

Среди всего многообразия существующих видов преобразователей выделяются следующие классы:

К этой же категории электронных приборов относят преобразователи тока в напряжение.

Аппаратура для дома

С этим типом преобразовательных устройств рядовой пользователь сталкивается постоянно, поскольку в большинстве моделей современной техники имеется встроенный блок питания. К тому же классу относятся бесперебойные источники питания (БИП), имеющие встроенный аккумулятор.

В отдельных случаях бытовые преобразователи выполняются по двойной кольцевой (инверторной) схеме.

За счет такого преобразования от источника постоянного тока (аккумулятора, например), удается получить на выходе переменное напряжение стандартной величины 220 Вольт. Особенностью электронных схем является возможность получения на выходе чисто синусоидального сигнала постоянной амплитуды.

Регулируемые устройства

Эти агрегаты способны значение выходного напряжения и повышать его. На практике чаще встречаются аппараты, позволяющие плавно изменять пониженное значение выходного потенциала.

Классическим является случай, когда на входе действует 220 Вольт, а на выходе получается регулируемое постоянное напряжение величиной от 2-х до 30 Вольт.

Приборы с тонкой регулировкой выходного параметра традиционно применяются для проверки стрелочных и цифровых измерительных приборов в условиях современных исследовательских лабораторий.

Бестрансформаторные приборы

Бестрансформаторные (инверторные) агрегаты построены по электронному принципу, предполагающему применение отдельного модуля управления. В качестве промежуточного звена в них используется преобразователь частоты, приводящий сигнал на выходе к удобному для выпрямления виду. В современных образцах инверторного оборудования нередко устанавливаются программируемые микроконтроллеры, существенно повышающие качество управление преобразованием.

Высоковольтные устройства представлены уже описанными станционными трансформаторами, повышающими и понижающими передаваемое напряжение в нужных соотношениях.

При передаче энергии по высоковольтным линиям и последующей трансформации стремятся свести ее потери в ваттах к минимуму.

К этому же классу относятся устройства, формирующие сигнал для управления лучом в телевизионной трубке (кинескопе).

Источник

Преобразователи постоянного напряжения

При самостоятельном проектировании и изготовлении различных электронных устройств, в особенности, если при этом применяются готовые функциональные блоки, часто возникает ситуация, когда этим блокам требуется разное напряжение питания, или уже имеющийся источник питания выдает неподходящее напряжение, а новый источник приобретать по каким-либо причинам не хочется. В этих случаях может помочь преобразователь постоянного напряжения, или так называемый DC-DC преобразователь. На его вход подается то напряжение, которое выдает имеющийся источник питания, а на выходе преобразователя получается необходимое для питания конкретного устройства напряжение.

DC-DC преобразователи бывают трех основных типов: понижающие, повышающие и инвертирующие (универсальные). Последние могут как понижать входное напряжение, так и повышать его. Все эти устройства являются импульсными по принципу своего действия и, как правило, имеют высокий коэффициент полезного действия пр небольших размерах. Частота преобразования в большинстве случаев находится в диапазоне от 100 до 200 кГц. В качестве устройства управления преобразованием используются микросхемы ШИМ-модуляторов. Переключающие импульсные каскады строятся на мощных полевых транзисторах.

В ассортименте компании Мастер Кит представлены преобразователи постоянного напряжения, которые могут удовлетворить практически любые потребности разработчика электроники DIY. В настоящем обзоре мы рассмотрим большинство этих устройств и их основные характеристики. Ассортимент компании постоянно пополняется и изменяется для наиболее полного удовлетворения спроса на электронные модули и блоки, поэтому обзор актуален на дату своего опубликования. Для того, чтобы быть в курсе новинок Мастер Кит подписывайтесь на наши рассылки.

В конце обзора вы найдете таблицу, в которой сведены основные характеристики рассматриваемых модулей.

Модуль является универсальным (понижающий/повышающий) DC-DC преобразователем и предназначен для питания приборов постоянным напряжением 12В. Будет оптимальным решением при проблеме падения выходного напряжения на «длинных линиях». Подходит для эксплуатации в уличных условиях, при условии монтажа в корпус типа IP 66.

Особенности:

— универсальный режима преобразования;

— плавная регулировка выходного напряжения от 10 до 15В;

— защита от переполюсовки входного напряжения;

— световая индикация наличия выходного напряжения.

Высокоэффективный импульсный источник питания, обладающий малыми габаритами. Многооборотный переменный резистор позволяет максимально точно настроить требуемое выходное напряжение. Высокий КПД импульсного преобразователя позволяет при минимальных размерах получить высокий выходной ток.

Импульсный стабилизатор с регулируемым выходным напряжением предназначен для установки в радиолюбительские устройства.

Особенности:

— импульсный режим с частотой преобразования 150 кГц;

— защита по току (превышение мощности);

Высокоэффективный импульсный преобразователь, обладающий малыми габаритами и большим выходным током до 8А. Многооборотный переменный резистор позволяет максимально точно настроить требуемое выходное напряжение, которое может быть выше, чем входное. Высокий КПД импульсного преобразователя позволяет при минимальных размерах получить высокий выходной ток. Будет незаменим в автомобиле при установке мощного усилителя звуковой частоты.

Особенности:

— широкий диапазон входного напряжения;

— широкий диапазон установки выходного напряжения;

— стабильное выходное напряжение при плавающем входном напряжении;

— частота преобразования 150 кГц;

— ограничение выходного тока;

— защита от перегрева;

Модуль представляет собой понижающий DC-DC преобразователь напряжения. Преобразователь будет полезен для питания электронных устройств большой мощности, при завышенном входном напряжении, например ноутбука, усилителя и т.п. Благодаря наличию регулировки тока модуль может использоваться в качестве модуля заряда Li-Ion или кислотного аккумулятора или стабилизатора тока светодиодных прожекторов или ленты.

Особенности:

— широкий диапазон входного напряжения;

— широкий диапазон установки выходного напряжения;

— настройка ограничения по току;

— широкий диапазон рабочей температуры.

Модуль представляет собой понижающий DC-DC преобразователь напряжения. Преобразователь будет полезен для питания электронных устройств большой мощности, при завышенном входном напряжении, например ноутбука, усилителя и т.п., а также будет незаменим для изготовления лабораторного однополярного или двухполярного источника питания.

Особенности:

— широкий диапазон входного напряжения;

— широкий диапазон установки выходного напряжения;

— настраиваемая защита по току;

— точность индикации напряжения 0,1 вольта;

— точность индикации тока 0,01 мА;

— индикатор красного свечения;

— широкий диапазон рабочей температуры.

Данный импульсный стабилизатор с регулируемым выходным напряжением предназначен для питания необходимым напряжением всевозможных электронных устройств. Стабилизатор работает в импульсном режиме на частоте около 150 кГц, имеет мощность 90 Вт с КПД 95%. Совместно с устройством необходимо использовать источник питания с постоянным выходным напряжением в пределах 8…40В при токе 0,1…4А. Максимальные значения напряжения и тока на выходе стабилизатора не будут превышать соответствующих параметров источника питания.

Модуль представляет собой универсальный DC-DC преобразователь напряжения. Преобразователь может работать как в режиме повышения, так и в режиме понижения напряжения. Режим работы выбирается автоматически в зависимости от входного напряжения. Отличное решение для автомобиля и скутера. Будет незаменим для питания планшета или смартфона от генератора велосипеда.

Особенности:

— широкий диапазон входного напряжения;

— широкий диапазон установки выходного напряжения;

— два режима работы повышение/понижение выбирается автоматически модулем;

— широкий диапазон рабочей температуры.

Регулируемый преобразователь напряжения с встроенным вольтметром.

3-х канальный преобразователь напряжения. Вход 5-22В, выходы: 3,3В, 12-30В, 1,25-26В.

Высокоэффективный импульсный источник питания, обладающий малыми габаритами.

Высокоэффективный импульсный преобразователь, обладающий малыми габаритами и большим выходным током до 5А. Многооборотный переменный резистор позволяет максимально точно настроить требуемое выходное напряжение, которое может быть выше, чем входное. Высокий КПД импульсного преобразователя позволяет при минимальных размерах получить высокий выходной ток. Будет незаменим для питания анодного напряжения конструкций на радиолампах, а так же различных приборов для здоровья.

Модуль построен на базе микросхемы микросхемы UC3843. При подключении преобразователя используйте провода как можно большего сечения.

Надеемся, что наш обзор поможет вам выбрать преобразователь напряжения для решения собственных уникальных DIY задач!

Сводная таблица преобразователей постоянного напряжения Мастер Кит

Артикул

Тип преобразователя

Входное напряжение, В

Выходное напряжение, В

Выходной ток, А

Максимальная выходная мощность, Вт

Источник

Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

В этой статье рассматриваются электросхемы преобразователей напряжения, назначение и принцип работы оборудования. Также здесь объясняется, какие бывают устройства, даются рекомендации по их выбору, указываются ключевые характеристики.

Содержание

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Они также называются DC/DC‑конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

Преобразователь постоянного напряжения что это

В категорию DC/DC‑конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания. К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС‑преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.

Преобразователь постоянного напряжения что это

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)

AC/DC‑преобразователи применяются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электросетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко применяются в промышленной автоматизации, изготовлении источников питания, телекоммуникациях, на транспорте, в гальванике, энергосиловых установках, сварочных аппаратах. В зависимости от используемых силовых ключей, выпрямители бывают:

1. Тиристорными. Они состоят, как правило, из таких основных компонентов:

Преобразователь постоянного напряжения что это

2. Транзисторными. В состав таких выпрямителей входят следующие элементы:

Преобразователь постоянного напряжения что это

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называют DC/AC‑инверторами. Они могут применяться как отдельная аппаратура или входить в состав источников бесперебойного питания и систем преобразования электроэнергии. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электросхеме обеспечивает изменение направление движения тока и получение синусоиды.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и какую топологию формирования синусоидального сигнала он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сквозной нейтралью. Она отличается минимальным количеством силовых транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам относится необходимость применения двухполярного источника электропитания, удвоенное число высоковольтных конденсаторов. Этот вариант используют обычно для не очень мощных нагрузок (0,5-1 кВт).

Преобразователь постоянного напряжения что это

Мостовая топология. Наиболее распространенная схема в силовых преобразователях. Характеризуется повышенной надежностью, не требует большой входной емкости, обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относится повышенная сложность драйверов и увеличенное число транзисторов.

Преобразователь постоянного напряжения что это

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения

Важнейшие характеристики инвертора:

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

Заключение

В статье были рассмотрены основные разновидности преобразователей напряжения, особенности их работы и сферы применения. Также были приведены типовые электросхемы преобразователей напряжения и описаны критерии выбора DC/AC инверторов.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *