ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

เมื่อพูดถึงการแปลงพลังงานไฟฟ้า เราสามารถนึกถึงหม้อแปลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องจ่ายไฟสำหรับเครื่องใช้ในครัวเรือนต่างๆ เครื่องชาร์จสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์ และแม้แต่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในทุกกรณี การเปลี่ยนแปลงของพลังงานไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง เราสามารถพูดได้ว่าในชีวิตประจำวันเราถูกล้อมรอบด้วยเครื่องแปลงไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ และเป็นการยากที่จะจินตนาการถึงการขาดหายไปอย่างสมบูรณ์ในโลกสมัยใหม่

ตัวแปลง DC/DC กลายเป็นเรื่องธรรมดาในช่วงยี่สิบปีที่ผ่านมา นี่เป็นเพราะการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไป

ตัวแปลงสัญญาณพัลส์ความถี่สูงเกือบจะถูกผลักออกจากตลาดโดยอุปกรณ์จ่ายไฟแบบหม้อแปลงความถี่ต่ำ ซึ่งปัจจุบันสามารถพบได้ในโทรทัศน์รุ่นเก่าและอุปกรณ์โบราณอื่นๆ หรือในเครื่องขยายเสียงสมัยใหม่บางรุ่นเท่านั้น

หม้อแปลงความถี่สูง (หรือโช้ก) มีขนาดเล็กกว่าหม้อแปลงเหล็กความถี่ต่ำที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานจากเครือข่าย 50-60 Hz ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจึงมีขนาดกะทัดรัดไม่ทางใดก็ทางหนึ่งตัวแปลง DC / DC ยังคงมีหม้อแปลง (หรือโช้ค) ในการออกแบบ แต่มันไม่ใช่หม้อแปลงที่หนักและมีเสียงดังเลย

ช่วงของตัวแปลง DC-DC ที่ทันสมัย ​​​​(กล่าวคือตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า DC-to-DC ที่เรียกว่า) นั้นค่อนข้างกว้าง มาดูกันดีกว่าว่าตัวแปลง DC-DC คืออะไรกันแน่

1. ทรานสดิวเซอร์แบบปรับได้ขนาดเล็ก

ตัวแปลงขนาดเล็ก 43 มม. x 21 มม. และรุ่นที่คล้ายกันนี้มีราคาอยู่ที่ 1 ดอลลาร์ขึ้นไปในตลาดจีน อินสแตนซ์นี้เรียกใช้ชิป LM2596 และสามารถปรับพารามิเตอร์เอาต์พุตได้ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงในช่วง 4.5 ถึง 40 โวลต์ถูกนำไปใช้กับอินพุตและรับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 1.3 ถึง 35 โวลต์ที่เอาต์พุต

กระแสสูงสุดที่สามารถรับได้จากคอนเวอร์เตอร์นี้คือ 3 แอมป์ แต่ในกรณีนี้จำเป็นต้องมีฮีทซิงค์ หากใช้คอนเวอร์เตอร์โดยไม่มีฮีทซิงค์ กระแสเฉลี่ยไม่ควรเกิน 2 แอมป์ ประสิทธิภาพของตัวแปลงดังกล่าวสามารถเข้าถึง 92%

คอนเวอร์เตอร์นี้ประกอบขึ้นตามโทโพโลยีของบัคคอนเวอร์เตอร์ และส่วนประกอบหลักทั้งหมดจะมองเห็นได้บนบอร์ด: ตัวเก็บประจุอินพุตและเอาต์พุตหายใจไม่ออก ชอตกี้ไดโอด, ตัวต้านทานควบคุมและไมโครเซอร์กิตในแพ็คเกจ TO-263-5 แผนผังด้านบนไม่แสดงตัวต้านทานการทริม แต่มีตัวต้านทานอยู่บนกระดาน

หากไม่มีตัวต้านทานนี้วงจรจะไม่ให้เอาต์พุตเกิน 5 โวลต์ แต่ถ้าข้อเสนอแนะไม่ได้ถูกลบโดยตรงจากตัวเก็บประจุเอาต์พุตของตัวกรอง แต่ผ่านตัวแบ่งแรงดันที่เพิ่งประกอบขึ้นที่นี่โดยใช้ตัวต้านทานควบคุมนี้ คุณ สามารถขยายช่วงแรงดันเอาต์พุตได้อย่างมากตามที่นำมาใช้กับบอร์ดนี้

ขอบเขตของตัวแปลงเหล่านี้ถูกจำกัดโดยจินตนาการของผู้พัฒนาเท่านั้น คุณสามารถจ่ายไฟให้กับ LED และชาร์จอุปกรณ์พกพาต่างๆ และอื่นๆ อีกมากมายได้ที่นี่

นอกจากนี้ยังมีบูสต์คอนเวอร์เตอร์ประเภทนี้ซึ่งสร้างขึ้นตามโทโพโลยีของตัวแปลงที่เพิ่มขึ้น (ขยาย)

ในภาพด้านบน (กระดานสีแดง) เป็นตัวแปลงบูสต์ที่ปรับได้ซึ่งมีกำลังสูงสุดถึง 150 วัตต์ (จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนเพิ่มเติม) ซึ่งอินพุตสามารถจ่ายไฟได้ตั้งแต่ 10 ถึง 30 โวลต์และที่เอาต์พุตตั้งแต่ 12 ถึง 35 โวลต์

ในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ตัวแปลงนี้มีตัวต้านทานควบคุมที่เอาต์พุตซึ่งมีหน้าที่ในการรับค่าแรงดันขาออกที่ต้องการ ชิปควบคุมอยู่ที่ด้านหลังของบอร์ด ตัวบอร์ดมีขนาด 65 มม. x 35 มม. ราคาของตัวแปลงดังกล่าวสูงกว่าตัวอย่างก่อนหน้า 3 เท่า

2. แหล่งจ่ายไฟกันน้ำ

พาวเวอร์ซัพพลายนี้มีตัวเรือนหล่อขึ้นรูปด้วยอีพ็อกซี่ที่ทนทาน กันน้ำได้ ทำให้สามารถใช้ในการขนส่งและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ต้องการความน่าเชื่อถือและความปลอดภัย อินเวอร์เตอร์มีระบบป้องกันไฟเกิน แรงดันไฟเกิน ไฟฟ้าลัดวงจร และโอเวอร์โหลด

ช่วงแรงดันอินพุตของรุ่นต่างๆ นั้นกว้างมาก และในตัวอย่างนี้ตั้งแต่ 9 ถึง 24 โวลต์ ในขณะที่เอาต์พุตคือ 24 โวลต์ที่มีกระแสสูงสุด 5 แอมป์ (ในตัวอย่างนี้) ขนาดกล่องในภาพคือ 75mm x 75mm สูง 31mm. ราคาของตัวแปลงดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 10 - 50 ดอลลาร์ขึ้นอยู่กับความจุ

ตัวแปลงประเภทนี้ผลิตขึ้นสำหรับกำลังไฟตั้งแต่ 15 ถึง 360 วัตต์ สำหรับแรงดันอินพุตสูงสุด 60 โวลต์ และสำหรับแรงดันเอาต์พุตตั้งแต่ 5 ถึง 48 โวลต์ นอกจากนี้ยังพบได้ทั่วไปในหลายตลาด

3. เปลี่ยนไฟ DC ไปที่โครงเครื่อง

โดยปกติแล้ว พาวเวอร์ซัพพลายเหล่านี้ผลิตขึ้นตามวงจรสวิตชิ่งแบบฟลายแบ็ค พุชพูล หรือฮาล์ฟบริดจ์ มีจำหน่ายสำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตตั้งแต่ 19 ถึง 72 โวลต์ขึ้นไป และเอาต์พุตมักจะอยู่ที่ 5 ถึง 24 โวลต์ พลังของตัวแปลงประเภทนี้สามารถเข้าถึง 1,000 วัตต์ ขนาดเคสตั้งแต่ 78mm x 51mm x 28mm ถึง 295mm x 127mm x 41mm.

พาวเวอร์ซัพพลายเหล่านี้มีจำหน่ายจากผู้ผลิตหลายรายและอาจมีราคาสูงถึงหลายร้อยดอลลาร์ บ่อยครั้งที่อุปกรณ์ดังกล่าวถูกใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับแถบ LED มีความสามารถในการปรับแรงดันเอาต์พุตอย่างละเอียดและมีการป้องกันการโอเวอร์โหลด

มีตัวแปลงรุ่นที่คล้ายกันในตลาดที่ใช้พลังงานโดยตรงจากเครือข่ายกระแสสลับที่เรียกว่าตัวแปลง AC-DC แต่อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายจะถูกแก้ไขกรองก่อนนั่นคือทำให้คงที่และเท่านั้น หลังจากที่มันถูกแปลงโดยวิธีการแปลงความถี่สูงมาตรฐานและการแก้ไขเป็นแรงดันคงที่ในระดับอื่น ต่ำกว่านั้น ใช้โมดูลตัวแปลง DC-DC อีกครั้ง

ซึ่งแตกต่างจากตัวแปลงอื่น ๆ ตัวแปลงที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายกระแสสลับจำเป็นต้องมีการแยกไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงพัลส์ความถี่สูงจากหลัก... ตามกฎแล้วลูปป้อนกลับในหน่วยดังกล่าวจะถูกแยกออกโดยใช้ ออปโตคัปเปลอร์… พูดตามตรง ควรสังเกตว่าหน่วยพลังงานต่ำประเภทนี้มีจำหน่ายในรูปแบบไร้กรอบด้วย

4. ตัวแปลง DC-DC สำหรับการติดตั้ง PCB

พาวเวอร์ซัพพลายขนาดเล็กเหล่านี้มีกำลังไฟตั้งแต่ 0.25 ถึง 100 วัตต์ อนุญาตให้มีช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุต: 3-3.6V, 4.5-9V, 9-18V, 13-16.6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V และ 36-75Vช่วงแรงดันไฟฟ้าอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับผู้ผลิต ตัวแปลงบางตัวอนุญาตให้ปรับแรงดันเอาต์พุตและวางอุปกรณ์ในโหมดสแตนด์บาย ช่วงแรงดันเอาต์พุตมาตรฐานของบล็อก: 5V, 12V, 15V

ตัวแปลง DC-DC สำหรับการติดตั้ง PCB เป็นแบบแยกทางไฟฟ้า (1500V) และอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตจะสูงถึง 90 องศาเซลเซียส สิ่งที่น่าสนใจที่สุดสำหรับนักพัฒนาคือตัวแปลงที่มีกำลังไฟ 3 วัตต์ ค่าใช้จ่ายของตัวแปลงดังกล่าวแตกต่างกันไปตั้งแต่หน่วยจนถึงหลายสิบดอลลาร์

ความถี่การทำงานของตัวแปลง DC-DC สวิตชิ่งอุตสาหกรรมสมัยใหม่ทั้งหมดสูงกว่า 50kHz และสูงถึง 300kHz ข้อความนี้เป็นจริงสำหรับหม้อแปลงพัลส์และโช้กเฟอร์ไรต์ เนื่องจากแกนเฟอร์ไรต์ถูกใช้ทุกที่สำหรับหม้อแปลงและโช้กที่ใช้ในคอนเวอร์เตอร์ที่อธิบายไว้

ไอซีสวิตชิ่งคอนเวอร์เตอร์เฉพาะทางอุตสาหกรรมมักจะมีความถี่ที่ตั้งไว้อย่างเคร่งครัดซึ่งสูงกว่า 50 kHz เสมอ หากใช้ตัวควบคุม PWM ความถี่ที่สอดคล้องกันจะถูกตั้งค่าโดยส่วนประกอบภายนอก