Что такое DC/DC-преобразователь?

Что такое DC/DC-преобразователь?

DC-преобразователь — это устройство питания, которое генерирует изменяющееся постоянное напряжение из постоянного источника питания.

Преобразователь, который выдает более высокое напряжение, чем входное постоянное напряжение, называется повышающим преобразователем, а преобразователь, который выдает более низкое напряжение, называется понижающим преобразователем.

Применение DC/DC-преобразователей

DC-преобразователи используются для обеспечения подходящих напряжений питания для некоторых цепей внутри электронного оборудования.

Обычно электронное оборудование работает от коммерческого источника питания (переменного тока), но электронные схемы требуют источника постоянного тока, поэтому коммерческий источник питания преобразуется в постоянный ток. Эта схема питания называется преобразователем переменного тока в постоянный ток.

С другой стороны, поскольку оптимальный диапазон рабочего напряжения для электронных компонентов, таких как микросхемы, составляющие цепь, отличается друг от друга, соответствующее напряжение должно подаваться на каждую отдельную цепь. В таких случаях используются преобразователи постоянного тока в постоянный ток.

Принцип преобразователя постоянного тока в постоянный ток

Существует два типа преобразователей постоянного тока в постоянный ток, каждый из которых имеет свой принцип.

1. Линейный регулятор

В линейном регуляторе транзистор NPN вставляется между входными и выходными клеммами, а выходное напряжение поддерживается постоянным. путем управления напряжением между коллектором и эмиттером транзистора. Транзистор имеет коллектор на входной стороне и эмиттер на выходной стороне. Схема управления обнаруживает разницу между выходным напряжением и требуемым напряжением.

Основная операция заключается в управлении базовым током транзистора и изменении напряжения между коллектором и эмиттером для поддержания постоянного выходного напряжения. Схема управления управляет напряжением затвора.

2. Импульсный регулятор

Основная операция импульсного регулятора заключается в установке переключающего элемента между входными и выходными клеммами. Кроме того, импульсные регуляторы подают питание от входа к выходу с переключающим элементом в состоянии ВКЛ до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет желаемого напряжения, а затем выключают переключающий элемент, когда выходное напряжение достигает желаемого напряжения.

Эта операция повторяется с высокой скоростью для управления выходным напряжением и поддержания его в желаемом диапазоне. В импульсном регуляторе преобразователи постоянного тока в постоянный в сочетании с индуктором могут реверсировать напряжение, генерируемое индуктором во время прерывания тока, и могут использоваться для операции повышения напряжения, чтобы получить более высокое напряжение, чем входное напряжение.

Кроме того, можно реализовать повышающий/понижающий регулятор, который может выводить постоянное напряжение независимо от входного напряжения, а также инвертирующий регулятор, который создает отрицательное напряжение из положительного напряжения.

Типы DC/DC-преобразователей

Существует два основных типа DC/DC-преобразователей: линейные регуляторы и импульсные регуляторы.

1. Линейный регулятор

Транзистор типа NPN вставляется между входными и выходными клеммами для управления выходным напряжением так, чтобы оно всегда было постоянным.

Выходное напряжение ниже входного.
Энергоэффективность низкая, а тепловыделение высокое из-за высоких потерь транзистора.

2. Импульсный регулятор

Между входными и выходными клеммами установлен коммутационный элемент, и ток, протекающий от входной клеммы, включается и выключается коммутационным элементом для поддержания напряжения на выходной клемме на постоянном уровне, что имеет следующие преимущества:

• В зависимости от конфигурации схемы его можно использовать как с повышающим, так и с понижающим преобразователем.
• Высокая энергоэффективность и низкое общее тепловыделение схемы.

С другой стороны, недостатки следующие:

• Создается коммутационный шум, а на выходе появляются пиковые шумы или пульсации.
• Количество компонентов велико, а размер схемы велик.

Как использовать преобразователи постоянного тока

Линейные регуляторы обеспечивают стабильное выходное напряжение с низким уровнем шума и подходят для аналоговых схем, например, при обработке слабых сигналов от различных датчиков. Однако, поскольку они генерируют большое количество тепла, требуется правильная конструкция рассеивания тепла. Необходимо рассмотреть возможность рассеивания выделяемого тепла за пределы устройства с помощью радиаторов или вентиляторов в сочетании.

С другой стороны, импульсные регуляторы допускают широкий диапазон настроек выходного напряжения и могут подавать большие токи, но они неизбежно генерируют шум, что может потребовать принятия контрмер. Примером такой контрмеры является размещение устройства в экранированном корпусе.

Однако, чтобы предотвратить проникновение шума в аналоговые схемы, может потребоваться разделить сам источник питания и заземлить DC/DC-преобразователь и аналоговые схемы на общем уровне заземления, заземлив их в одной точке.

Кроме того, хотя тепловыделение относительно невелико, при выводе большого количества мощности необходимо проектировать устройство с достаточным вниманием к рассеиванию тепла внутри устройства, как в случае с линейными регуляторами.