Convertidors de tensió CC
Parlant de la conversió d'energia elèctrica, es poden recordar diversos transformadors, generadors, fonts d'alimentació per a diversos electrodomèstics, carregadors per a aparells electrònics, inversors de soldadura i fins i tot centrals nuclears. En tots els casos, la transformació de l'energia elèctrica es produeix d'una forma o una altra. Podem dir que a la vida quotidiana estem envoltats de diversos tipus de convertidors elèctrics i és difícil imaginar la seva completa absència en el món modern.
Els convertidors DC/DC s'han tornat especialment habituals en els últims vint anys. Això es deu al ràpid desenvolupament de la indústria dels semiconductors i de l'electrònica en general.
Els convertidors d'impulsos d'alta freqüència gairebé han estat expulsats del mercat per fonts d'alimentació de transformadors de baixa freqüència, que ara només es poden trobar en televisors antics i altres dispositius antics o en alguns amplificadors d'àudio moderns.
El transformador d'alta freqüència (o estrany) té una mida molt més petita que el transformador de ferro de baixa freqüència dissenyat per funcionar des d'una xarxa de 50-60 Hz, per això les fonts d'alimentació de commutació són tan compactes.D'una manera o altra, els convertidors DC / DC encara contenen un transformador (o estrany) en el seu disseny, però no és en absolut un transformador tan pesat i sorollós.
La gamma de convertidors DC-DC moderns (és a dir, els anomenats convertidors de tensió DC-DC) és força àmplia. Fem una ullada més de prop a què són exactament els convertidors DC-DC.
1. Transductor ajustable en miniatura
Aquest petit convertidor de 43 mm x 21 mm i models similars tenen un preu d'1 $ o més als mercats xinesos. Aquesta instància executa un xip LM2596 i els seus paràmetres de sortida es poden ajustar. S'aplica una tensió de CC en el rang de 4,5 a 40 volts a l'entrada i s'obté una tensió de CC d'1,3 a 35 volts a la sortida.
El corrent màxim que es pot obtenir d'aquest convertidor és de 3 amperes, però en aquest cas es requereix un dissipador de calor, si el convertidor s'utilitza sense dissipador de calor, el corrent mitjà no ha de superar els 2 amperes. L'eficiència d'aquest convertidor pot arribar al 92%.
Aquest convertidor està muntat segons la topologia del convertidor buck i tots els seus components principals són visibles a la placa: condensadors d'entrada i sortida, asfixia, Díode Schottky, resistència reguladora i el propi microcircuit en un paquet TO-263-5. L'esquema anterior no mostra una resistència de retallament, però n'hi ha una a la placa.
Sense aquesta resistència, el circuit no donarà més de 5 volts a la sortida, però si la retroalimentació no s'elimina directament del condensador de sortida del filtre, sinó a través d'un divisor de tensió que s'acaba de muntar aquí mitjançant aquesta resistència reguladora, pot ampliar significativament el rang de voltatge de sortida tal com s'implementa en aquesta placa.
L'abast d'aquests convertidors només està limitat per la imaginació del desenvolupador. Aquí podeu alimentar els LED i carregar diversos dispositius portàtils i molt més.
També hi ha convertidors boost d'aquest tipus, fets segons la topologia d'un convertidor creixent (amplificador).
A la imatge de dalt (tauler vermell) hi ha un convertidor d'impuls ajustable amb una potència màxima de fins a 150 watts (es requereix refrigeració addicional), l'entrada del qual es pot alimentar de 10 a 30 volts, i a la sortida de 12 a 35 volts.
Com en l'exemple anterior, aquest convertidor disposa d'una resistència reguladora a la sortida, que s'encarrega d'obtenir el valor desitjat de la tensió de sortida. El xip de control es troba a la part posterior del tauler. El tauler en si mesura 65 mm x 35 mm. El preu d'aquest convertidor és 3 vegades més alt que l'exemple anterior.
2. Font d'alimentació impermeable
Aquesta font d'alimentació té una carcassa resistent, impermeable i fosa a pressió plena d'epoxi, la qual cosa permet utilitzar-la tant en el transport com en qualsevol altre equip on es requereixi fiabilitat i seguretat. L'inversor té protecció contra sobretensió, sobretensió, curtcircuit i sobrecàrrega.
El rang de tensió d'entrada dels diferents models és molt ampli i en aquest exemple de 9 a 24 volts, mentre que la sortida és de 24 volts amb un corrent màxim de 5 amperes (en aquest exemple). La mida de la caixa de la foto és de 75 mm x 75 mm, l'alçada és de 31 mm. El preu d'aquests convertidors és d'uns 10-50 dòlars, depenent de la capacitat.
Els convertidors d'aquest tipus es fabriquen per a potències de 15 a 360 watts, per a tensions d'entrada de fins a 60 volts i per a tensions de sortida de 5 a 48 volts. També són força habituals en molts mercats.
3. Canvieu l'alimentació de CC a la carcassa
Normalment, aquestes fonts d'alimentació es fan d'acord amb un circuit de commutació flyback, push-pull o mig pont. Estan disponibles per a tensions d'entrada de 19 a 72 volts i superiors, i la sortida sol ser de 5 a 24 volts. La potència dels convertidors d'aquest tipus pot arribar als 1000 watts. Mides de la caixa de 78 mm x 51 mm x 28 mm a 295 mm x 127 mm x 41 mm.
Aquestes fonts d'alimentació estan disponibles a molts fabricants i poden costar fins a diversos centenars de dòlars. Molt sovint, aquests dispositius s'utilitzen per alimentar tires LED. Tenen la capacitat d'ajustar la tensió de sortida i tenen protecció contra sobrecàrregues.
Hi ha models similars de convertidors al mercat que s'alimenten directament des de la xarxa de corrent altern, els anomenats convertidors AC-DC, però allà, però, la tensió de la xarxa es rectifica primer, es filtra, és a dir, es fa constant i només després es converteix mitjançant una conversió estàndard d'alta freqüència i rectificació en tensió constant a un altre nivell, és a dir, inferior, s'utilitza de nou mòdul convertidor DC-DC.
A diferència d'altres convertidors, els convertidors alimentats per una xarxa de corrent altern tenen necessàriament un aïllament galvànic del bobinatge secundari del transformador d'impulsos d'alta freqüència del primari... Per regla general, el bucle de retroalimentació d'aquestes unitats s'aïlla mitjançant optoacobladors… Per ser justos, cal tenir en compte que les unitats de baixa potència d'aquest tipus també estan disponibles en un disseny sense marc.
4. Convertidor DC-DC per muntatge de PCB
Aquestes fonts d'alimentació en miniatura oscil·len entre 0,25 i 100 watts. Permeten un rang de voltatges d'entrada: 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 i 36-75 V.Depenent del fabricant, els rangs de tensió d'alimentació poden diferir. Alguns convertidors permeten ajustar la tensió de sortida i posar el dispositiu en mode d'espera. El rang de voltatge de sortida estàndard dels blocs: 5V, 12V, 15V.
Els convertidors DC-DC per al muntatge de PCB estan aïllats elèctricament (1500 V) i la temperatura màxima permesa pot arribar als 90 graus centígrads. De gran interès per als desenvolupadors són els convertidors amb una potència de 3 watts. El cost d'aquests convertidors varia d'unitats a desenes de dòlars.
La freqüència de funcionament de tots els convertidors DC-DC de commutació industrial modern és superior a 50 kHz i arriba als 300 kHz. Aquesta afirmació és certa per als transformadors d'impulsos i bobines de ferrita, ja que els nuclis de ferrita s'utilitzen a tot arreu per als transformadors i bobines utilitzats en els convertidors descrits.
Els circuits integrats de commutació de convertidors dedicats industrials sovint tenen una freqüència estrictament establerta que sempre està per sobre de 50 kHz. Si s'utilitza un controlador PWM, els components externs estableixen la freqüència corresponent.