1. Типи DC DC перетворювачів
2. Принцип роботи DC-DC перетворювача
3. Область застосування DC / DC перетворювачів і дроселів

DC / DC перетворювачі живлення постійного струму широко застосовуються в різних електронних приладах, обчислювальній техніці, пристроях телекомунікації, автоматизованих системах управління (АСУ), мобільних пристроях і т.д.
DC / DC перетворювачі застосовуються для зміни вихідної напруги як в більшу, так і в меншу сторону, щодо напруги на вході.

Типи DC DC перетворювачів

Сьогодні на ринку існує різні типи DC / DC конвертерів, які використовуються споживачами.

1. DC / DC перетворювачі без індуктивності.

Для живлення малопотужних навантажень вигідно використовувати перетворювачі на комутованих конденсаторах. Використання таких пристроїв не вимагає наявності дорогих моткових компонентів, тому вони дозволяють створити дешеві і компактні модулі харчування. Подібні перетворювачі можуть бути як з фіксованою напругою, так регульовані.

1. DC / DC перетворювачі з індуктивністю.

Великою популярністю користуються перетворювачі без гальванічної розв'язки між входом і виходом. В даному типі DC-DC конвертера знаходиться одиничний ізольоване джерело живлення. Залежно від положення ключа, напруга може підвищуватися, знижуватися або інвертуватися в напругу з зворотною полярністю. Ключовими елементами часто виступають біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT) і польові транзистори різного типу (FET).

Серед конвертерів з індуктивністю можна зустріти наступні типи:

• Понижуючий імпульсний DC-DC перетворювач. У ролі ключа виступає транзистор, керований за допомогою широтно-імпульсного модулятора.
• Підвищуючий імпульсний DC-DC перетворювач. Його особливості ми розглянемо нижче.
• Перетворювач з регульованим вихідним напругою. Такі пристрої дозволяють отримати як підвищений, так і знижений напруга на виході. Навіщо це потрібно? Наприклад, для використання в пристроях, де напруга задається Li-іонною батареєю. Згодом, коли батарея слабшає, її напруга зменшується, але використання такого перетворювача дозволяє завжди підтримувати задане значення на виході.
• Перетворювач з будь-яким вихідним напругою. Вони здатні виробляти як підвищений, так і знижений напруга на виході. Навіщо вони потрібні? Наприклад, для використання в схемах, де напруга задається Li-іонною батареєю. Вони мають напругу 3,3 В. З часом експлуатації її напруга зменшується, і тому є сенс перетворювати його до 3,3 на виході. Прикладом такого пристрою є Buck-boost DC DC перетворювач від Террател.

Складові вузли DC-DC перетворювача

1. DC / DC перетворювач з гальванічною розв'язкою.

В таких перетворювачах постійного струму застосовуються імпульсні трансформатори з декількома обмотками, завдяки чому відсутній зв'язок між вхідний і вихідний ланцюгами.
Для таких пристроїв характерна велика різниця потенціалів між вхідним і вихідним напругою. Наприклад, вони використовуються в блоках харчування імпульсних фотоспалахів, які мають на вихідну напругу близько 400В.

Принцип роботи DC-DC перетворювача

Описи принципу роботи DC / DC перетворювача розглянемо на наступному прикладі.

Отже, у нас є 5В постійного струму з яких нам необхідно отримати більшу напругу. Існує кілька варіантів вирішення даного завдання. Наприклад, паралельно заряджати конденсатори, а потім послідовно їх перемикати. Причому робити це треба дуже швидко, по кілька разів на секунду. Звичайно, на практиці це нереально, тому існують спеціальні DC / DC перетворювачі для вирішення цього завдання.

Щоб зрозуміти, що таке DC / DC конвертер і який у нього принцип роботи, уявімо варіант роботи системи подачі води споживачеві.

Етап 1 - Процес розгону турбіни.
Для початку нам необхідно розігнати турбіну. Для цього відкривається заслінка, і вода швидко зливається, передаючи частину своєї енергії турбіні, завдяки чому остання починає розкручуватися.

Етап 2 - Заповнення ємності накопичувача води і тиску.

Заслінка закривається. Порція води, штовхає розкрученої турбіною-маховиком, відкриває клапан і наповнює ємність накопичувача води і тиску. Інша частина води направляється до споживача, тільки вже з підвищеним тиском від ємності-накопичувача. При цьому клапан перешкоджає зворотному ходу води в сторону турбіни в разі виникнення більшого тиску від ємності накопичувача.

Етап 3 - Отримання енергії з ємності накопичувача тиску і розгін турбіни.

Швидкість турбіни починає падати. Тиску води вже не досить для продавлювання клапана, а енергії в ємності накопичувача води накопичено достатньо. Потім, заслінка відкривається знову, і вода починає швидко розкручувати турбіну. При цьому потік води до споживача не припиняється, так як він отримує її з ємності накопичувача.

Далі цикл розкрутки турбіни і заповнення ємності накопичувача води і тиску повторюється.

За аналогічним принципом працює будь-який DC DC перетворювач.

Нижче представлена ​​електрична схема DC DC перетворювача, на якій ми розглянемо принцип його роботи.

При цьому роль турбіни в електричній схемі DC DC перетворювача виконує індуктивний дросель. Замість заслінки, яка управляє потоком води, застосовується транзистор. Роль клапана виконує діод, а конденсатор є ємністю для накопичувача тиску.

Як працює DC DC перетворювач? Все аналогічно.

Етап 1 - Накопичення заряду індуктивністю.

Ключ замкнутий. Індуктивність, отримуючи струм від джерела, накопичує енергію.

Етап 2 - Передача енергії в конденсатор.

Ключ розмикається, при цьому котушка утримує накопичену енергію в магнітному полі. Струм намагається залишитися на тому ж рівні, але додаткова енергія з індуктивності піднімає напругу, тим самим відкриваючи шлях через діод. Частина енергії потрапляє до споживача, а решта накопичується в конденсаторі.

Етап 3 - Накопичення енергії в індуктивності і передача заряду споживачеві.

Потім ключ замикається, і енергія знову починає накопичуватися в котушці. Споживач, в цей час, отримує енергію з конденсатора.

Область застосування DC / DC перетворювачів і дроселів

У різних електронних пристроях, що працюють від автономних джерел енергії, необхідні рівні напруг, можливо, отримати тільки з використанням DC / DC перетворювачів постійного струму.

DC / DC конвертори, перетворювачі або дроселі напруги постійного струму широко застосовуються в різних портативних електронних приладах, обчислювальній техніці, телекомунікаційному обладнанні, автоматизованих системах управління АСУ, автомобілебудуванні і т.д.