Bộ chuyển đổi điện áp DC

Nói về việc chuyển đổi năng lượng điện, người ta có thể nhớ lại nhiều loại máy biến áp, máy phát điện, nguồn điện cho các thiết bị gia dụng khác nhau, bộ sạc cho các thiết bị điện tử, bộ biến tần hàn và thậm chí cả nhà máy điện hạt nhân. Trong mọi trường hợp, sự biến đổi năng lượng điện xảy ra dưới dạng này hay dạng khác. Có thể nói rằng trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta được bao quanh bởi nhiều loại bộ chuyển đổi điện khác nhau và thật khó để tưởng tượng sự vắng mặt hoàn toàn của chúng trong thế giới hiện đại.

Bộ chuyển đổi DC/DC đã trở nên đặc biệt phổ biến trong hai mươi năm qua. Điều này là do sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp bán dẫn và điện tử nói chung.

Bộ chuyển đổi xung tần số cao gần như đã bị đẩy ra khỏi thị trường bởi các bộ nguồn biến áp tần số thấp, hiện chỉ có thể tìm thấy trong tivi cũ và các thiết bị cổ khác hoặc trong một số bộ khuếch đại âm thanh hiện đại.

Máy biến áp tần số cao (hoặc cuộn cảm) có kích thước nhỏ hơn nhiều so với máy biến áp sắt tần số thấp được thiết kế để hoạt động từ mạng 50-60 Hz, đó là lý do tại sao bộ nguồn chuyển mạch rất nhỏ gọn.Bằng cách này hay cách khác, bộ chuyển đổi DC / DC vẫn chứa một máy biến áp (hoặc cuộn cảm) trong thiết kế của chúng, nhưng nó hoàn toàn không phải là một máy biến áp nặng và ồn ào như vậy.

Phạm vi của bộ chuyển đổi DC-DC hiện đại (cụ thể là cái gọi là bộ chuyển đổi điện áp DC-to-DC) khá rộng. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn bộ chuyển đổi DC-DC chính xác là gì.

1. Đầu dò điều chỉnh thu nhỏ

Bộ chuyển đổi nhỏ 43mm x 21mm này và các mẫu tương tự có giá từ $1 trở lên tại thị trường Trung Quốc. Phiên bản này chạy chip LM2596 và có thể điều chỉnh các thông số đầu ra của nó. Điện áp một chiều trong khoảng 4,5 đến 40 vôn được đặt vào đầu vào và điện áp một chiều từ 1,3 đến 35 vôn thu được ở đầu ra.

Dòng điện tối đa có thể đạt được từ bộ chuyển đổi này là 3 ampe, nhưng trong trường hợp này cần có bộ tản nhiệt, nếu sử dụng bộ chuyển đổi không có tản nhiệt thì dòng điện trung bình không được vượt quá 2 ampe. Hiệu quả của một bộ chuyển đổi như vậy có thể đạt tới 92%.

Bộ chuyển đổi này được lắp ráp theo cấu trúc liên kết của bộ chuyển đổi buck và tất cả các thành phần chính của nó đều có thể nhìn thấy trên bảng: tụ điện đầu vào và đầu ra, sự nghẹt thở, Đèn Schottky, điều chỉnh điện trở và bản thân vi mạch trong gói TO-263-5. Sơ đồ trên không hiển thị điện trở cắt, nhưng có một cái trên bảng.

Nếu không có điện trở này, mạch sẽ không cung cấp nhiều hơn 5 volt ở đầu ra, nhưng nếu phản hồi không được loại bỏ trực tiếp từ tụ điện đầu ra của bộ lọc mà thông qua một bộ chia điện áp vừa được lắp ráp ở đây bằng điện trở điều chỉnh này, bạn có thể mở rộng đáng kể dải điện áp đầu ra như được triển khai trên bo mạch này.

Phạm vi của các bộ chuyển đổi này chỉ bị giới hạn bởi trí tưởng tượng của nhà phát triển. Tại đây, bạn có thể cấp nguồn cho đèn LED và sạc các thiết bị di động khác nhau, v.v.

Ngoài ra còn có các bộ chuyển đổi tăng cường loại này, được chế tạo theo cấu trúc liên kết của bộ chuyển đổi tăng (khuếch đại).

Trong hình trên (bảng màu đỏ) là một bộ chuyển đổi tăng áp có thể điều chỉnh với công suất tối đa lên tới 150 watt (cần phải làm mát bổ sung), đầu vào có thể được cấp nguồn từ 10 đến 30 volt và ở đầu ra từ 12 đến 35 volt.

Như trong ví dụ trước, bộ chuyển đổi này có một điện trở điều chỉnh ở đầu ra, chịu trách nhiệm thu được giá trị mong muốn của điện áp đầu ra. Chip điều khiển được đặt ở mặt sau của bo mạch. Bản thân bảng có kích thước 65mm x 35mm. Giá của một bộ chuyển đổi như vậy cao gấp 3 lần so với ví dụ trước.

2. Nguồn điện chống nước

Bộ nguồn này có vỏ đúc chắc chắn, không thấm nước, được đổ đầy epoxy, cho phép nó được sử dụng trong cả phương tiện vận chuyển và bất kỳ thiết bị nào khác cần độ tin cậy và an toàn. Biến tần có bảo vệ quá áp, quá áp, ngắn mạch và quá tải.

Dải điện áp đầu vào của các kiểu máy khác nhau rất rộng và trong ví dụ này là từ 9 đến 24 vôn, trong khi đầu ra là 24 vôn với dòng điện tối đa là 5 ampe (trong ví dụ này). Kích thước hộp trong ảnh là 75mm x 75mm, chiều cao 31mm. Giá của những bộ chuyển đổi như vậy là khoảng 10 - 50 đô la, tùy thuộc vào công suất.

Bộ chuyển đổi loại này được sản xuất cho công suất từ ​​15 đến 360 watt, cho điện áp đầu vào lên đến 60 vôn và cho điện áp đầu ra từ 5 đến 48 vôn. Chúng cũng khá phổ biến ở nhiều thị trường.

3. Chuyển nguồn DC sang vỏ máy

Thông thường, các bộ nguồn này được chế tạo theo mạch chuyển mạch flyback, push-pull hoặc half-bridge. Chúng có sẵn cho điện áp đầu vào từ 19 đến 72 vôn trở lên và đầu ra thường là 5 đến 24 vôn. Công suất của bộ chuyển đổi loại này có thể đạt tới 1000 watt. Kích thước vỏ từ 78mm x 51mm x 28mm đến 295mm x 127mm x 41mm.

Những bộ nguồn này có sẵn từ nhiều nhà sản xuất và có thể có giá lên tới vài trăm đô la. Khá thường xuyên các thiết bị như vậy được sử dụng để cấp nguồn cho các dải đèn LED. Chúng có khả năng tinh chỉnh điện áp đầu ra và có khả năng bảo vệ quá tải.

Có những mẫu bộ chuyển đổi tương tự trên thị trường được cấp nguồn trực tiếp từ mạng dòng điện xoay chiều, cái gọi là bộ chuyển đổi AC-DC, tuy nhiên, ở đó, điện áp mạng trước tiên được chỉnh lưu, lọc, tức là không đổi và chỉ sau khi nó được chuyển đổi bằng phương pháp chuyển đổi và chỉnh lưu tần số cao tiêu chuẩn thành điện áp không đổi ở một mức khác, thấp hơn, tức là, mô-đun bộ chuyển đổi DC-DC được sử dụng lại.

Không giống như các bộ chuyển đổi khác, bộ chuyển đổi được cung cấp bởi mạng dòng điện xoay chiều nhất thiết phải có cách ly điện của cuộn thứ cấp của máy biến áp xung tần số cao khỏi cuộn sơ cấp... Theo quy định, vòng phản hồi trong các thiết bị như vậy được cách ly bằng cách sử dụng bộ ghép quang… Công bằng mà nói, cần lưu ý rằng các thiết bị công suất thấp loại này cũng có sẵn ở dạng thiết kế không khung.

4. Bộ chuyển đổi DC-DC để gắn PCB

Những bộ nguồn thu nhỏ này có công suất từ ​​0,25 đến 100 watt. Chúng cho phép một loạt các điện áp đầu vào: 3-3,6V, 4,5-9V, 9-18V, 13-16,6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V và 36-75V.Tùy thuộc vào nhà sản xuất, phạm vi điện áp cung cấp có thể khác nhau. Một số bộ chuyển đổi cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra và đặt thiết bị ở chế độ chờ. Dải điện áp ra chuẩn của các khối: 5V, 12V, 15V.

Bộ chuyển đổi DC-DC để gắn PCB được cách ly về điện (1500V) và nhiệt độ tối đa cho phép có thể lên tới 90 độ C. Mối quan tâm lớn nhất đối với các nhà phát triển là bộ chuyển đổi có công suất 3 watt. Chi phí của các bộ chuyển đổi như vậy thay đổi từ đơn vị đến hàng chục đô la.

Tất cả các bộ chuyển đổi DC-DC chuyển mạch công nghiệp hiện đại có tần số hoạt động trên 50kHz và đạt tới 300kHz. Tuyên bố này đúng đối với máy biến áp xung và cuộn cảm ferit, vì lõi ferit được sử dụng ở mọi nơi cho máy biến áp và cuộn cảm được sử dụng trong bộ biến đổi được mô tả.

IC chuyển đổi bộ chuyển đổi chuyên dụng công nghiệp thường có tần số được đặt nghiêm ngặt luôn trên 50 kHz. Nếu bộ điều khiển PWM được sử dụng, thì tần số tương ứng được đặt bởi các thành phần bên ngoài.