DC/DC преобразователи (преобразователи постоянного тока в постоянный) используются в самых разных системах в нашей повседневной жизни. Основная цель этих преобразователей – повышать или понижать напряжение постоянного тока в зависимости от приложения, обеспечивая при этом регулирование (стабилизацию) напряжения.
Базовая форма линейного понижающего устройства может быть реализована с использованием резистора в качестве делителя напряжения вместе с диодом для стабилизации полученного напряжения. Однако такая установка приведет к рассеиванию тепла, что в результате приведет к значительным потерям энергии. Поскольку мощность является решающим критерием в различных электронных конструкциях, широко используются понижающие (в англоязычной литературе Buck или Step-Down) стабилизаторы. В данном материале вы узнаете об основах понижающих преобразователей и о том, как они работают.
Падение напряжения может быть достигнуто несколькими способами. Важно понимать параметры приложения для определения требований к компонентам и точности. Также можно использовать простой резистор для достижения желаемого падения напряжения. Однако это приводит к потерям мощности и не подходит для приложений, включающих элементы накопления энергии любой формы, поскольку энергопотребление в данном случае является ключевым аспектом. Это требует немного более сложной реализации устройства силовой электроники, такого как стабилизатор, при этом преобразователь, используемый для понижения напряжения, называется понижающим преобразователем. Принципиальная схема понижающего преобразователя показана на следующем рисунке.
Понижающий преобразователь помогает очень эффективно преобразовывать высокое напряжение в низкое. Эта функция эффективного преобразования энергии способствует увеличению срока службы батареи, снижению тепловыделения и возможности создания компактных устройств. Кроме того, известно, что понижающие преобразователи обеспечивают отличный баланс гибкости и использования благодаря наличию встроенного контроллера и внешнего дросселя. Понижающий преобразователь – это форма преобразователя постоянного тока в постоянный, который может принимать входное напряжение либо от источника постоянного тока, такого как батарея, либо от производного источника, такого как сеть переменного тока, через выпрямитель или цепь накопительного конденсатора. Переменный ток, подаваемый на начальный каскад выпрямителя, может представлять собой высокое напряжение от сети или более низкое напряжение через понижающий трансформатор, хотя в целом высокочастотный переменный ток может быть преобразован в постоянный более эффективно. Эта гибкость позволяет использовать понижающий преобразователь во многих приложениях. Некоторые из применений понижающего преобразователя включают компьютеры, аудиоусилители, преобразователи мощности, контроллеры двигателей, батареи и солнечные зарядные устройства.
Понижающий преобразователь используется для понижения постоянного напряжения со входа на выход. Работа схемы определяется состоянием проводимости силового ключа. Переключающий транзистор размещается между входом и выходом и, как правило, включается и выключается (коммутируется) с высокой частотой. Чтобы эффективно поддерживать непрерывность выходного сигнала, энергия накапливается в катушке индуктивности в течение периода включения переключателя и используется во время периода выключения ключа.
Во включенном состоянии ток через дроссель увеличивается, и диод выключается, перекрывая путь протеканию тока. Это показано на следующем рисунке.
В выключенном состоянии диод проводит ток, потому что ток через катушку индуктивности не может резко измениться. Это приводит к передаче энергии от катушки индуктивности к конденсатору, что показано на следующем рисунке.
Во время установившейся работы схемы можно определить два режима работы на основе значения тока индуктора. Если ток индуктора никогда не достигает нуля, это называется непрерывным режимом проводимости. Однако, если ток индуктора достигает нуля, говорят, что он работает в прерывистом режиме.
Связь между входным напряжением и выходным напряжением может быть представлена с помощью передаточной функции постоянного тока. Для понижающего преобразователя выходное напряжение определяется произведением входного напряжения и рабочего цикла. Рабочий цикл определяется как процент времени, в течение которого силовой ключ включен. Проще говоря, комбинация катушки индуктивности и конденсатора образует фильтр нижних частот, который сглаживает действие силового ключа, создавая в результате «чистое» (стабилизированное) постоянное напряжение.
Основываясь на передаточной функции постоянного тока, можно сделать вывод, что по мере приближения рабочего цикла к нулю выходное напряжение также достигает нулевого значения. Точно так же, когда рабочий цикл приближается к единице, напряжение на стороне выхода будет равно напряжению на стороне входа.
Итоги
- Понижающий преобразователь используется для понижения постоянного напряжения со входа на выход.
- Для понижающего преобразователя выходное напряжение определяется произведением входного напряжения и рабочего цикла.
- Комбинация катушки индуктивности и конденсатора образует фильтр нижних частот, который сглаживает действие переключения, создавая в результате чистое постоянное напряжение.
© digitrode.ru