Τύποι μετατροπέα DC-DC όπως μετατροπέας Buck και μετατροπέας ενίσχυσης

Ένας μετατροπέας DC-DC είναι μια συσκευή που δέχεται τάση εισόδου DC και παρέχει τάση εξόδου DC. Η τάση εξόδου μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την είσοδο ή αντίστροφα. Αυτά χρησιμοποιούνται για να ταιριάξουν τα φορτία με το τροφοδοτικό. Το απλούστερο κύκλωμα μετατροπέα DC-DC αποτελείται από έναν διακόπτη που ελέγχει τη σύνδεση και την αποσύνδεση του φορτίου στην τροφοδοσία.

Ένας βασικός μετατροπέας DC-DC αποτελείται από ενέργεια που μεταφέρεται από το φορτίο στις συσκευές αποθήκευσης ενέργειας όπως επαγωγείς ή πυκνωτές μέσω διακοπτών όπως ένα τρανζίστορ ή μια δίοδος. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ρυθμιστές γραμμικής τάσης ή ρυθμιστές λειτουργίας μεταγωγής. Σε έναν γραμμικό ρυθμιστή τάσης, η βασική τάση ενός τρανζίστορ κινείται από ένα κύκλωμα ελέγχου για να ληφθούν οι επιθυμητές τάσεις εξόδου. Σε έναν ρυθμιστή λειτουργίας μεταγωγής, το τρανζίστορ χρησιμοποιείται ως διακόπτης. Σε έναν μετατροπέα βήμα προς τα κάτω ή έναν μετατροπέα buck, όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, ο επαγωγέας επιτρέπει τη ροή ρεύματος στο φορτίο και όταν ο διακόπτης ανοίγει, ο επαγωγέας παρέχει την αποθηκευμένη ενέργεια στο φορτίο.

3 κατηγορίες μετατροπέα DC σε DC

• Μετατροπείς Buck
• Ενισχύστε τους μετατροπείς
• Μετατροπείς ενίσχυσης Buck

Μετατροπείς Buck: Οι μετατροπείς buck χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της υψηλής τάσης εισόδου σε χαμηλή τάση εξόδου. Σε αυτόν τον μετατροπέα, το συνεχές ρεύμα εξόδου δίνει τις λιγότερες κυματώσεις τάσης εξόδου.

Μετατροπείς ώθησης: Οι μετατροπείς ενίσχυσης χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της χαμηλότερης τάσης εισόδου σε υψηλότερη τάση εξόδου. Σε ένας μετατροπέας αναβάθμισης ή ένας μετατροπέας ώθησης, όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, το φορτίο παίρνει τροφοδοσία τάσης από τον πυκνωτή που φορτίζει μέσω του ρεύματος που διέρχεται από τον επαγωγέα και όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός, το φορτίο παίρνει τροφοδοσία από το στάδιο εισόδου και τον επαγωγέα.

Μετατροπείς Buck Boost: Στον μετατροπέα ώθησης buck, η έξοδος μπορεί να διατηρηθεί υψηλότερη ή χαμηλότερη, η οποία εξαρτάται από την τάση πηγής. Όταν η τάση πηγής είναι υψηλή τότε η τάση εξόδου είναι χαμηλή και η τάση πηγής είναι χαμηλή, τότε η τάση εξόδου είναι υψηλή.

Μετατροπείς ώθησης

Εδώ αναφέρονται σύντομες λεπτομέρειες του μετατροπέα ενίσχυσης

Ο μετατροπέας Boost είναι ένας απλός μετατροπέας. Χρησιμοποιείται για τη μετατροπή τάσης DC από χαμηλότερο σε υψηλότερο επίπεδο. Το Boost Converter ονομάζεται επίσης μετατροπέας DC σε DC. Οι μετατροπείς Boost (DC-DC Converters) αναπτύχθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Αυτοί οι μετατροπείς έχουν σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας συσκευές εναλλαγής ημιαγωγών.

• Χωρίς τη χρήση του Boost Converter: Σε συσκευές μεταγωγής ημιαγωγών, τα γραμμικά ρυθμιζόμενα κυκλώματα (κυκλώματα ισχύος DC) ρυθμίζουν την τάση πρόσβασης από τη μη ρυθμιζόμενη τροφοδοσία εισόδου (τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος) και λόγω αυτού υπάρχει απώλεια ισχύος. Η απώλεια ισχύος είναι ανάλογη με την πτώση τάσης.
• Χρήση των μετατροπέων Boost: Στις συσκευές μεταγωγής, οι μετατροπείς μετατρέπουν την μη ρυθμιζόμενη τάση εισόδου AC ή DC σε ρυθμιζόμενη τάση εξόδου DC.

Οι περισσότεροι μετατροπείς Boost χρησιμοποιούνται σε συσκευές SMPS. Το SMPS με πρόσβαση τροφοδοσίας εισόδου από το δίκτυο AC, η τάση εισόδου διορθώνεται και φιλτράρεται χρησιμοποιώντας πυκνωτή και ανορθωτή.

Αρχή λειτουργίας των μετατροπέων ενίσχυσης:

Οι σχεδιαστές ηλεκτρικού κυκλώματος επιλέγουν ως επί το πλείστον τον μετατροπέα λειτουργίας ενίσχυσης, επειδή η τάση εξόδου είναι πάντα υψηλή σε σύγκριση με την τάση πηγής.

1. Σε αυτό το κύκλωμα, το στάδιο ισχύος μπορεί να λειτουργήσει σε δύο τρόπους λειτουργίας συνεχούς αγωγιμότητας (CCM).
2. Λειτουργία ασυνεχούς αγωγιμότητας (DCM).

1. Λειτουργία συνεχούς αγωγής:

Boost Converter Συνεχής Αγωγιμότητα

Το Boost Converter Continuous Switching Mode είναι κατασκευασμένο με δεδομένα εξαρτήματα που είναι πηνίο, πυκνωτής και πηγή τάσης εισόδου και μία συσκευή μεταγωγής. Σε αυτό το πηνίο λειτουργεί ως στοιχείο αποθήκευσης ισχύος. Ο διακόπτης μετατροπής ενίσχυσης ελέγχεται από το PWM (διαμορφωτής πλάτους παλμού). Όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, η ενέργεια αναπτύσσεται στον επαγωγέα και περισσότερη ενέργεια παραδίδεται στην έξοδο. Είναι δυνατή η μετατροπή πυκνωτές υψηλής τάσης από πηγή εισόδου χαμηλής τάσης. Η τάση εισόδου είναι πάντα μεγαλύτερη από την τάση εξόδου. Σε συνεχή λειτουργία αγωγής, το ρεύμα αυξάνεται σε σχέση με την τάση εισόδου.

2. Λειτουργία ασυνεχούς αγωγής:

Boost Converter Discontinuous Condition Mode

Το κύκλωμα λειτουργίας ασυνεχούς αγωγής είναι κατασκευασμένο με πηνίο, πυκνωτή, συσκευή μεταγωγής και πηγή τάσης εισόδου . Το Inductor είναι ένα στοιχείο αποθήκευσης ισχύος ίδιο με τον τρόπο συνεχούς αγωγιμότητας. Σε ασυνεχή λειτουργία, όταν ο διακόπτης είναι ΟΝ, η ενέργεια παραδίδεται στον επαγωγέα. Και εάν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος για κάποιο χρονικό διάστημα, το ρεύμα επαγωγής φτάνει στο μηδέν όταν είναι ενεργοποιημένος ο επόμενος κύκλος μεταγωγής. Ο πυκνωτής εξόδου φορτίζει και αποφορτίζει σε σχέση με την τάση εισόδου. Η τάση εξόδου είναι μικρότερη από ότι σε σύγκριση με τη συνεχή λειτουργία.

Πλεονεκτήματα:

• Δίνει την υψηλή τάση εξόδου
• Χαμηλοί κύκλοι λειτουργίας
• Χαμηλότερη τάση στο MOSFET
• Τάση εξόδου με χαμηλή παραμόρφωση
• Η καλή ποιότητα των κυμάτων σχηματίζει ακόμη και τη συχνότητα γραμμής

Εφαρμογές:

• Εφαρμογές αυτοκινήτων
• Εφαρμογές ενισχυτή ισχύος
• Προσαρμοστικές εφαρμογές ελέγχου
• Συστήματα ισχύος μπαταρίας
• Καταναλωτικά ηλεκτρονικά
• Εφαρμογές επικοινωνίας Κυκλώματα φόρτισης μπαταρίας
• Σε θερμαντήρες και συγκολλητές
• Κινητήρες DC
• Κυκλώματα διόρθωσης συντελεστή ισχύος
• Κατανεμημένα συστήματα αρχιτεκτονικής ισχύος

Παράδειγμα εργασίας μετατροπέων DC-DC

Παρουσιάζοντας εδώ ένα απλό κύκλωμα μετατροπέα DC-DC για την τροφοδοσία διαφόρων κυκλωμάτων που λειτουργούν με DC. Μπορεί να παρέχει τροφοδοσία DC έως 18 volt DC. Μπορείτε απλά να επιλέξετε την τάση εξόδου αλλάζοντας την τιμή της διόδου Zener ZD. Το κύκλωμα έχει ρύθμιση τάσης και ρεύματος.

Εξαρτήματα κυκλώματος:

• Ένα LED
• Μια μπαταρία 18V
• Δίοδος Zener που χρησιμοποιείται ως ρυθμιστής τάσης
• Ένα τρανζίστορ που λειτουργεί ως διακόπτης.

Λειτουργία συστήματος:

Η τάση εισόδου για το κύκλωμα λαμβάνεται από τροφοδοσία με βάση μετασχηματιστή 18 volt 500 mA. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τάση εισόδου από μια μπαταρία. Τα 18 βολτ DC από την παροχή ρεύματος δίδονται στον συλλέκτη και στη βάση του τρανζίστορ μεσαίας ισχύος BD139 (T1). Η αντίσταση R1 περιορίζει το ρεύμα βάσης του T1 έτσι ώστε η τάση εξόδου να ρυθμίζεται με ρεύμα.

Η δίοδος Zener ZD ρυθμίζει την τάση εξόδου. Επιλέξτε την κατάλληλη τιμή του Zener για να διορθώσετε την τάση εξόδου. Για παράδειγμα, εάν η δίοδος Zener είναι 12 volt, το κύκλωμα δίνει 12 volt DC στην έξοδο. Η δίοδος D1 χρησιμοποιείται ως προστατευτικό πολικότητας. Το LED παρέχει κατάσταση ενεργοποίησης. Εδώ έχουμε χρησιμοποιήσει έναν μετατροπέα DC-DC σε γραμμική λειτουργία όπου η βασική τάση στο τρανζίστορ ελέγχεται για να πάρει την επιθυμητή έξοδο, ανάλογα με την τάση διόδου Zener.

Ελπίζω να έχετε κατανοήσει ξεκάθαρα το θέμα των τύπων μετατροπέα DC-DC και εκείνων των τύπων. Εάν έχετε απορίες σχετικά με αυτό το θέμα ή σχετικά με τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα αφήστε τα σχόλια παρακάτω.