Повышающий преобразователь: DC/DC повышающий преобразователь напряжения 45-390V, 1А купить в Мастер Кит. Драйвер, программы, схема, отзывы, инструкция, своими руками, DIY

Содержание

Повышающий DC-DC преобразователь на MC34063 (из 5В в 12В)

Повышающие DC-DC преобразователи находят широкое применение в электронике. Они могут применяться как отдельные модули питания конкретных объектов, так и могут входить в часть электрической схемы. Например, можно поднять напряжение пятивольтного аккумулятора и питать от него через повышающий преобразователь нагрузку напряжением 12В (усилитель, лампу, реле и т.д.). Еще пример, в некоторых охранно-пожарных сигнализациях на линиях контроля около 30В постоянного тока, а сам блок контроля и управления работает от 12В, поэтому в последние внедряют повышающие преобразователи и они являются частью схемы блоков контроля и управления.

Микросхема МС34063 представляет собой импульсный конвертор, поэтому она обладает высокой эффективностью (КПД) и имеет три схемы включения (инверторную, повышающую и понижающую). В этой статье будет описан исключительно повышающий (Step Up) вариант.

МС34063 выполняется в корпусах DIP-8 и SO-8. Расположение выводов показано ниже.

Основные технические параметры MC34063.

Входное напряжение ………. от 3 до 40 Вольт

Выходное напряжение ………. от 1.25 до 38 Вольт

Максимальный ток на выходе ………. 1.5 Ампер

Максимальная частота ………. 100кГц

Максимальный ток на выходе это пиковый ток на внутреннем транзисторе и он значительно больше тока нагрузки, поэтому не стоит надеяться, что преобразователь будет держать 1.5A на выходе. Ниже представлен калькулятор, который позволит правильно посчитать ток.

Другую интересующую информацию по параметрам и внутреннему устройству микросхемы можно найти в Datasheet.

Схема повышающего DC-DC преобразователя на MC34063.

Опишу работу простыми словами.  В микросхеме MC34063 есть генератор, генерирующий импульсы с определенной частотой. Генератор, взаимодействуя с другими узлами, управляет выходным транзистором, коллектор которого соединен с выводом 1, а эмиттер с выводом 2.

Когда выходной транзистор открыт, дроссель L1 заряжается входным напряжением через резистор R3.

После закрытия выходного транзистора, дроссель отключается от земли и в этот момент происходит его разряд (самоиндукция). Энергия дросселя уже с противоположной полярностью и большая по силе поступает на диод VD1. После выпрямления напряжения диодом, оно поступает на выход схемы, накапливаясь в конденсаторе C3. Помимо накопления, данный конденсатор сглаживает пульсации.

Схема конвертирует напряжение постоянного тока с 5В до 12В. Чуть ниже пойдёт речь об изменении номиналов элементов под нужные напряжения.

Резисторами R1 и R2 задается напряжение на выходе. Резистор R3 ограничивает выходной ток до минимума, при превышении определенной мощности.

Конденсатор C2 задает частоту преобразования.

Элементы.

Все резисторы мощностью 0.25Вт кроме R3 (0.5-1 Ватт).

В качестве L1 я взял готовый дроссель на 470мкГн, намотанный медным эмалевым проводом на гантель из феррита и отмотал три слоя, уменьшив тем самым индуктивность до 75мкГн (индуктивность больше расчетной допускается, а меньше нельзя).

Дроссель должен выдерживать пиковый выходной ток (в моем случае 1.5А).

Также можно взять кольцо из порошкового железа (жёлтого цвета) наружным диаметром 18мм, внутренним 8мм, толщиной 8мм и намотать медным проводом (диаметром 0.6мм и более) 30-40 витков (при 30 витках индуктивность получилась 55мкГн). Кольцо можно взять больше моего, но меньше не рекомендую.

Диод VD1- Шоттки, либо быстродействующий (типа SF, UF, MUR, HER и т.д.) на ток не менее 1А и обратное напряжение в два раза больше выходного (в моем случае 40В).

У микросхемы МС34063 есть отечественный аналог КР1156ЕУ5, они полностью взаимозаменяемы.

Расчет преобразователя на MC34063 под другое напряжение и ток.

Расчет займет не более одной минуты. Для этого необходимо воспользоваться On-line калькулятором расчета параметров МС34063. Помимо номиналов программа высчитает пиковый выходной ток, и в случае его превышения выдаст сообщение.

Калькулятор считает минимальную индуктивность, поэтому ее можно брать с положительным запасом (произойдут незначительные изменения лишь в КПД).

Пару слов…

Расчетная частота (50кГц в моем случае) является минимальной и может значительно отличаться и изменяться в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки.

При выходном токе 200мА происходит достаточно сильный нагрев микросхемы MC34063, и работать в таком режиме долгое время возможно не сможет.

Рекомендую использовать MC34063 в тех случаях, когда нужно питать слаботочную часть схемы или отдельную нагрузку током до 150-250мА, а для нагрузки 3-5А предлагаю обратить внимание на повышающие DC-DC преобразователи, построенные на базе UC3843 и UC3845.

Печатная плата повышающего преобразователя на MC34063 (из 5В в 12В) СКАЧАТЬ

Datasheet на MC34063 СКАЧАТЬ

Повышающий преобразователь на базе XL6009

Продолжая разбирать преобразователи…
Продавец в параметрах скромно ничего не указал, по спецификации XL6009 на вход можно подавать 5-32В, на выходе получать до 60В при токе ключа до 4А. Весьма оптимистично, будем проверять…

Прибыл запаянным в антистатический пакетик, хотя преобразователь не боится статики.



Качество монтажа нормальное, подстроечный резистор запаян вручную.
Подключение только пайкой.

Схема преобразователя

Модуль позволяет выставить уровень выходного напряжение начиная от входного и вплоть до 50В, однако, свыше 40В устанавливать не стоит, т.к. диод SS34 имеет максимальное обратное напряжение 40В, которое превышать нельзя.

Диод SS34 на 3А должен иметь корпус DO-214AB (SMC), однако реально он имеет мелкий корпус DO-214AC (SMA), который используют диоды на 1,5-2A.
Рабочая частота преобразователя 220кГц вместо заявленных 400кГц и это довольно странно, т.к. частоту 220кГц имеет XL6019, который имеет больший ток ключа.
Ток х/х в режиме 12В/24В — 7мА
Тип дросселя и его индуктивность на этот раз выбраны верно.

Проверку проводил при входных напряжениях 5В и 12В без какого либо радиатора «как есть», перегревом считал повышение температуры любого элемента свыше 80°С
В режиме 5В/12В преобразователь вытянул 0,8А, при большем токе начинает перегреваться XL6009
Измеренный КПД всего 75%
В режиме 12В/15В преобразователь вытянул 1,5А, при большем токе начинает перегреваться SS34
Измеренный КПД = 91%
В режиме 12В/24В преобразователь вытянул 1,2А, при большем токе начинают перегреваться XL6009 и SS34

Измеренный КПД = 90%
В режиме 12В/36В преобразователь вытянул 0,75А, при большем токе начинает перегреваться XL6009
Измеренный КПД = 88%
Преобразователь работает при снижении входного напряжения вплоть до 3В, однако такой режим работы производитель не гарантирует.

Амплитуда пульсаций выходного напряжения в режиме 12В / 15В 1,5А около 0,5В, что довольно много

Очевидно, это связано с установленными конденсаторами низкого качества
Входной: 171мкФ ESR 0,44Ом
Выходной: 89мкФ ESR 0,75Ом
При замене выходного конденсатора более качественным 470мкФ/50В, пульсации значительно снизились

Ещё немного снизить пульсации поможет керамика (установлено дополнительно 10мкф/50В)

Напряжение на ключе
12/24В

12/36В

Особенности работы:
— отсутствует индикация питания, что нетипично для китайского преобразователя напряжения

— вращение подстроечника по часовой стрелке понижает выходное напряжение, где логика?
— отсутствует защита от перегрузки и КЗ — при этом сгорает диод
— слабый низковольтный выходной диод
— конденсаторы низкого качества

Вывод: ожидал от преобразователя немного большего, для небольших нагрузок вполне подходит.

ПРОСТОЙ ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Преобразователи напряжения сейчас «на слуху» — весьма востребованные устройства. Поддался искушению и тоже собрал простейший повышающий преобразователь с 1,2 до 9 вольт для питания мультиметра. Тем более, что китайский аккумулятор Camelion купленный три года назад уже был далеко не в лучшей форме.

Стабилитрон подобрал так, чтобы напряжение было несколько более 9 вольт, пусть тестер «кушает вволю» и соответственно при прозвонке пищит, как следует.

Схема устройства

Схема простейшая, в пояснениях не нуждается, заработала сразу, добавлю только, что ферритовое колечко лучше взять от энергосберегающей лампочки – не подведёт, а вместо диода 1N4148 поставить диод Шоттки 1N5817 или 1N5819 – на них меньшее падение напряжения, R2 мощностью 1 Вт.

Замена 9-ти вольтового питающего аккумулятора на аккумулятор напряжением 1,2 вольта удобство фантастическое… НО, где его разместить, опять в штатном отсеке? Это как поменять «шило на мыло». Вот и углядел в защитном кожухе подходящее место и главное прорезь уже есть и внутри её, в продолжении, горизонтальные цилиндрические выемки – как раз под установку контактов.

Приложил аккумулятор – чуть великоват по длине.

Помогла пилка по металлу и напильник, а для того чтобы аккумулятор «не высовывался» по высоте немного срезал буртики имеющейся прорези под углом 45 градусов и он стал по месту.

Ставить дополнительный выключатель не захотел и к уже имеющемуся тандемом решил приспособить дополнительный с самостоятельной функцией отключения «мизинчикового» аккумулятора от преобразователя. Нашёл подходящий, не фиксирующийся выключатель (на фото видно — стоит на  ЖК индикаторе). Сделал под него разметку, благо на плате рядом с кнопкой включения было свободное место и установил.

Подпаял провода и вывел через заднюю стенку наружу корпуса.

Непосредственно к клавише приклеил пластмассовое дополнение в виде овала с резьбовым отверстием и регулировочным винтом внутри его.

Кнопку на место, а винт выставил так, чтобы было необходимое замыкание контакта на дополнительном выключателе при нажатии на его клавишу регулировочным винтом.

Плату с преобразователем поместил в штатный отсек питания, подсоединил, собрал корпус, а к проводам, идущим к новому отсеку питания, припаял соответствующие контакты.

Вот такой вид имеет действующий отсек питания:

Аккумулятор установлен в отведённое место. Мультиметр готов к работе. Обращу внимание на то, что ни в облике мультиметра, ни в порядке действий по его включению ничего не изменилось, а вот функционировать он стал как бы даже пошустрее, ибо получает полноценное питание предписанное изготовителем. Эту статью написал Babay, который никогда не сможет оставить не выключенным дополнительный выключатель))

Принцип работы повышающего DC-DC преобразователя Об электровелосипедах

DC-DC преобразователи находят применение в разнообразных мобильных аппаратах, электронике, вычислительной технике, АСУ, телекоммуникационных приборах. Они применяются для повышения или понижения напряжения на выходе (Uвых) относительно его исходного значения, а также для смены полярности.

Виды DC-DC преобразователей

Есть разные типы преобразователей DC-DC:

  1. Без катушки индуктивности, собранные с использованием конденсаторов. Есть варианты с неменяющимся и настраиваемым напряжением. Такие инверторы подходят для питания нагрузок низкой мощности. Для сборки схемы регулируемого преобразователя DC-DC не нужно иметь моточные компоненты. Это позволяет собирать модули компактных размеров с минимальными расходами.
  2. С катушкой индуктивности, без гальванической развязки. Содержат 1 источник питания в изоляции. Способ преобразования (повышение, понижение, смена полярности) зависит от позиции ключа. В качестве ключевых составляющих обычно используются полевые транзисторы (FET) и биполярные транзисторы с затвором в изоляции (IGBT).

Устройства с индуктивностью бывают:

  1. Повышающего типа. Принцип работы и микросхемы DC-DC повышающих преобразователей будут рассмотрены далее.
  2. Понижающие – с транзистором-ключом. Для его управления применяется широтно-импульсный модулятор.
  3. С возможностью регулирования величины Uвых – подходят для получения повышенного или пониженного значения выходного напряжения. Находят применение в приборах, в которых напряжение задает Li-ion элемент питания, и его напряжение постепенно снижается. Такой инвертор с легкостью поддерживает заданное выходное значение.
  4. С произвольной величиной Uвых, т.е. с возможностью его повышения и понижения. Используются такие преобразователи напряжения DC-DC в схемах, в которых напряжение задает накопитель энергии Li-ion типа. Их номинальное напряжение в процессе эксплуатации элементов питания снижается, и возникает необходимость его изменения до выходного значения 3,3 В.
  • С гальванической развязкой. Содержат импульсные трансформаторы с рядом обмоток. Между цепями входа и выхода связи нет. Между значениями напряжения на концах наблюдается значительная разница потенциалов. В частности, такие конвертеры применяются в блоках питания импульсных фотовспышек с Uвых около 400 В.

Принцип работы DC-DC преобразователя

Рассмотрим принцип работы и схему подключения DC-DC преобразователя повышающего типа. Допустим, нам нужно повысить напряжение 5 В до нужной величины. Есть несколько путей для реализации этой задачи. Можно параллельно заряжать, а затем последовательно переключать конденсаторы.

Но выполнять эти действия нужно со скоростью нескольких переключений в секунду. Для этих целей и используются описываемые устройства. Они содержат минимум 2 полупроводника (диод и транзистор), минимум 1 накопитель энергии (конденсатор, катушку индуктивности или оба элемента). Для снижения пульсаций напряжения на концах конвертера устанавливаются выполненные из конденсаторов фильтры.

 

Принцип работы повышающего конвертера таков:

  1. Во включенном состоянии ключ S замкнут, и индуктивный ток возрастает. Происходит накапливание энергии индуктивностью.
  2. В выключенном состоянии ключ разомкнут. Катушка держит запас энергии в магнитном поле. Избыточная энергия из катушки повышает напряжение. Индуктивный ток следует через обратный диод D, конденсатор С и нагрузку R. Накопленная энергия частично идет к потребляющему устройству, остальная – запасается в конденсаторе.
  3. Ключ повторно замыкается. Энергия собирается в катушке индуктивности. Потребитель получает энергию из запасов конденсатора.

Фактически работа инвертора подобна действию турбины. В таком случае индуктивным дросселем выступает турбина, заслонкой, управляющей водным потоком – транзистор, диодом – клапан, а конденсатором – накопительный резервуар. Вначале выполняется разгон турбины при помощи открытия заслонки. Вода в процессе слива отчасти отдает энергию маховику и раскручивает его.

Затем заслонка закрывается. Вращающаяся турбина толкает воду, в результате чего клапан приоткрывается, и вода частично поступает в накопитель. Остальная часть водного потока идет к потребителю, но уже имеет возросшее давление от накопителя. Ход воды в обратном направлении блокируется клапаном. На последнем этапе турбина замедляется. Повторно открывается заслонка, и вода вращает маховик. Потребитель на этом этапе получает воду из накопительного резервуара. Далее цикл повторяется.

Читайте в нашей предыдущей статье о переделке велосипеда в e-bike для езды со скоростью 50–60 км/ч.

 

Перейти в раздел инверторы DC-DC

 

R&S®SGU100A Повышающий преобразователь частоты серии SGMA | Обзор

Частота
Диапазон частот с опцией R&S®SGS-B106 от 1 МГц до 6 ГГц
  с опциями R&S®SGS-B106 и R&S®SGS-B112 от 1 МГц до 12,75 ГГц
  с опциями R&S®SGS-B106 и R&S®SGS-B112
плюс R&S®SGU100A с опцией
R&S®SGU-B120
от 10 МГц до 20 ГГц
  с опциями R&S®SGS-B106 и R&S®SGS-B112
плюс R&S®SGU100A с опцией R&S®SGU-B120 и опцией R&S®SGU-B140
От 10 МГц до 40 ГГц
  с опцией R&S®SGS-B106V от 80 МГц до 6 ГГц
  с опциями R&S®SGS-B106V и R&S®SGS-B112V от 80 МГц до 12,75 ГГц
  с опциями R&S®SGS-B106V и R&S®SGS-B112V
плюс R&S®SGU100A с опцией R&S®SGU-B120V
от 10 МГц до 20 ГГц
  с опциями R&S®SGS-B106V и R&S®SGS-B112V
плюс R&S®SGU100A с опцией R&S®SGU-B120V и R&S®SGU-B140V
От 10 МГц до 40 ГГц
Время установки при дистанционном управлении через разъем PCIe
  отдельный R&S®SGS100A <500 мкс
  R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A < 2 мс
Входная частота для внешнего опорного сигнала в R&S®SGS100A 10 МГц, 100 МГц, 1000 МГц
Уровень
Гарантированный диапазон уровня сигнала для R&S®SGS100A от –10 дБмВт до +15 дБмВт (PEP)1)
  с опцией R&S®SGS-B26 от –120 дБмВт до +15 дБмВт (PEP)1)
  для R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A
  50 МГц < f ≤ 12 ГГц (режим обхода) от –10 дБмВт до +15 дБмВт (PEP)1)
  12 ГГц < f ≤ 20 ГГц от –10 дБмВт до +17 дБмВт (PEP)1)
  12 ГГц < f ≤ 40 ГГц с R&S®SGU-B140/B140V от –10 дБмВт до +15 дБмВт (PEP)1)
  для R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A и опцией R&S®SGU-B26
  50 МГц < f ≤ 12 ГГц (режим обхода) от –100 дБмВт до +13 дБмВт (PEP)1)
  12 ГГц < f ≤ 20 ГГц от –100 дБмВт до +15 дБмВт (PEP)1)
Погрешность уровня Характеристика настройки: AUTO; диапазон температур от +18 °C до +33 °C
  1 МГц ≤ f ≤ 3 ГГц (отдельный R&S®SGS100A) < 0,5 дБ
  3 ГГц < f ≤ 12,75 ГГц (отдельный R&S®SGS100A) < 0,9 дБ
  12 ГГц < f ≤ 20 ГГц (R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A), уровень > –30 дБмВт < 0,9 дБ
КСВН выходного импеданса в 50-омной системе в всем диапазоне частот, с опцией R&S®SGS-B26
(отдельный R&S®SGS100A)
< 1,8
  во всем диапазоне частот (R&S®SGS100A в сочетании
с R&S®SGU100A)
< 1,7 (изм.)
Время установки при дистанционном управлении через разъем PCIe, характеристика настройки: AUTO
  отдельный R&S®SGS100A <500 мкс
  R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A < 2 мс (без переключений механического аттенюатора)
  R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A плюс R&S®SGU-B26 < 25 мс (без переключений механического аттенюатора)
Спектральная чистота
Гармоники уровень ≤ 8 дБмВт, CW, функция I/Q wideband выключена <–30 дБн
Негармонические составляющие уровень > –10 дБмВт2), отстройка от несущей > 10 кГц,
f ≤ 1,5 ГГц (для R&S®SGS100A)
<–76 дБн
Субгармонические составляющие уровень > –10 дБмВт2), f ≤ 3 ГГц <–76 дБн
Широкополосный шум 1 МГц ≤ f ≤ 6 ГГц и отстройка от несущей 10 МГц,
6 ГГц < f ≤ 12,75 ГГц и отстройка от несущей 30 МГц, режим auto, уровень > 5 дБмВт, полоса измерения 1 Гц, CW
  отдельный R&S®SGS100A <–145 дБн
  R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A
  CW, f ≤ 12 ГГц < –140 дБн (изм.)
  CW, f > 12 ГГц <–142 дБн
  CW, f > 19,5 ГГц < –139 дБн (тип.)
Однополосный фазовый шум отстройка от несущей 20 кГц, полоса измерения 1 Гц
  f = 1 ГГц <–126 дБн, –130 дБн (тип.)
  f = 10 ГГц <–106 дБн, –110 дБн (тип.)
I/Q-модуляция
Полоса I/Q-модулятора (ВЧ) 100 МГц < f ≤ 2,5 ГГц, I/Q wideband 40 % от частоты несущей
  2,5 ГГц < f ≤ 12,25 ГГц, I/Q wideband 1 ГГц
  f > 12 ГГц (R&S®SGS100A в сочетании с
R&S®SGU100A)
2 ГГц
Вектор ошибок измеренный с 16QAM, фильтр на основе квадратного корня из косинуса α = 0,5, символьная скорость 10 кГц
  f > 80 МГц, СКЗ, символьная скорость 10 кГц (отдельный R&S®SGS100A) < (0,4 % + 0,2 % × f/ГГц)
  f > 12 ГГц, СКЗ, символьная скорость 10 МГц (R&S®SGS100A в сочетании с R&S®SGU100A) < (2 % + 0,04 % × f/ГГц)
ACLR WCDMA 3GPP FDD, TM 1/64,
диапазон частот от 1800 МГц до 2200 МГц
(отдельный R&S®SGS100A)
> 67 дБ, 69,5 дБ (изм.)
Режим обхода генератора модулирующего сигнала
Диапазон частот   1 МГц ≤ f ≤ 80 МГц
Гарантированный диапазон уровня сигнала отдельный R&S®SGS100A от –5 дБмВт до +15 дБмВт
  с опцией R&S®SGS-B26 от –120 дБмВт до +15 дБмВт
Дистанционное управление с использованием драйвера прибора Rohde & Schwarz PCIe (одна линия)
  с использованием SCPI 1999.5 или совместимых наборов команд Ethernet (TCP/IP) 10/100/1000BaseT
  с использованием SCPI 1999.5 или совместимых наборов команд USB 2.0
Общие данные
Потребляемая мощность отдельный R&S®SGS100A 70 Вт (изм.)
  отдельный R&S®SGU100A 40 Вт (изм.)
Габариты Ш × В × Г, каждый блок 250 × 52,5 × 401 мм
1 HU, ½ ширина 19-дюймовой стойки
Масса полностью оснащенный 4,0 кг

Что такое повышающий преобразователь? Основы, работа, эксплуатация и конструкция повышающих преобразователей постоянного тока

Мы все сталкивались с неприятными ситуациями, когда нам требовалось немного более высокое напряжение, чем могут обеспечить наши блоки питания. Нам нужно 12 вольт, но у нас только батарея на 9 вольт. Или, может быть, у нас есть источник питания 3,3 В, когда нашему чипу требуется 5 В. Это тоже, в большинстве случаев, текущий розыгрыш вполне приличный.

В конце концов, мы задаемся вопросом, возможно ли преобразовать одно напряжение постоянного тока в другое ?

К счастью для нас, ответ — да.Можно преобразовать одно постоянное напряжение в другое, однако методы несколько хитры.

И нет, это не преобразование постоянного тока в переменный и обратно. Поскольку он включает в себя слишком много шагов. Все, что имеет слишком много шагов, неэффективно; это тоже хороший жизненный урок.

Войдите в мир импульсных преобразователей постоянного тока !

Их называют режимом переключения, потому что обычно есть полупроводниковый переключатель, который очень быстро включается и выключается.

Что такое повышающий преобразователь?

Повышающий преобразователь — один из простейших типов импульсных преобразователей типа . Как следует из названия, он принимает входное напряжение и повышает или увеличивает его. Все, что он состоит из катушки индуктивности, полупроводникового переключателя (в наши дни это полевой МОП-транзистор, так как сейчас можно получить действительно хорошие), диода и конденсатора. Также необходим источник периодической прямоугольной волны.Это может быть что-то простое, например, таймер 555, или даже специальная микросхема SMPS, такая как знаменитая микросхема MC34063A.

Как видите, для создания повышающего преобразователя требуется всего несколько деталей. Он менее громоздкий, чем трансформатор переменного тока или катушка индуктивности.

Они такие простые, потому что изначально были разработаны в 1960-х годах для питания электронных систем самолетов. Требовалось, чтобы эти преобразователи были как можно более компактными и эффективными.

Самым большим преимуществом повышающих преобразователей является их высокая эффективность — некоторые из них могут даже доходить до 99%! Другими словами, 99% входной энергии преобразуется в полезную выходную энергию, только 1% теряется.

Как работает повышающий преобразователь?

Пора сделать действительно глубокий вдох, мы собираемся окунуться в глубины силовой электроники. Сразу скажу, что это очень полезная область.

Чтобы понять принцип работы повышающего преобразователя, необходимо знать, как работают катушки индуктивности, полевые МОП-транзисторы, диоды и конденсаторы.

Обладая этими знаниями, мы можем шаг за шагом пройти процедуру настройки повышающего преобразователя .

ШАГ — 1

Здесь ничего не происходит. Выходной конденсатор заряжается до входного напряжения минус одно падение на диоде.

ШАГ — 2

А теперь пора включить выключатель. Наш источник сигнала становится высоким, включается полевой МОП-транзистор. Весь ток отводится на полевой МОП-транзистор через катушку индуктивности.Обратите внимание, что выходной конденсатор остается заряженным, так как он не может разрядиться через диод с обратным смещением.

Источник питания, конечно, не закорачивается сразу, поскольку индуктор относительно медленно увеличивает ток. Кроме того, вокруг индуктора создается магнитное поле. Обратите внимание на полярность напряжения, приложенного к катушке индуктивности.

ШАГ — 3

MOSFET выключается, и ток в катушке индуктивности резко прекращается.

Сама природа индуктора заключается в поддержании плавного протекания тока; он не любит резких перепадов тока. Так что не любит внезапное отключение тока. Он реагирует на это, генерируя большое напряжение с противоположной полярностью напряжения, первоначально подаваемого на него, используя энергию, запасенную в магнитном поле, для поддержания этого тока.

Если мы забудем остальные элементы схемы и обратим внимание только на символы полярности, мы заметим, что индуктор теперь действует как источник напряжения последовательно с напряжением питания.Это означает, что анод диода теперь находится под более высоким напряжением, чем катод (помните, что колпачок уже был заряжен до напряжения питания в начале) и смещен в прямом направлении.

Выходной конденсатор теперь заряжен до более высокого напряжения, чем раньше, что означает, что мы успешно повысили напряжение постоянного тока с низкого до более высокого!

Я рекомендую вам пройти через шаги еще раз очень медленно и понять их интуитивно.

Эти шаги выполняются много тысяч раз (в зависимости от частоты генератора) для поддержания выходного напряжения под нагрузкой.

Boost Converter Operation — Тонкости

К настоящему времени у многих из вас уже есть вопросы по поводу этого упрощенного объяснения. Было много чего упущено, но это стоило того, чтобы сделать работу повышающего преобразователя абсолютно понятной. Итак, теперь, когда у нас есть это понимание, мы можем перейти к более тонким деталям.

1. Осциллятор . Вы не можете постоянно держать выходной переключатель MOSFET включенным, нет идеальной катушки индуктивности — у них есть токи насыщения.Если мы оставим переключатель MOSFET включенным дольше нескольких сотен микросекунд, то произойдет короткое замыкание источника питания, сгорит изоляция индуктора, MOSFET выйдет из строя и произойдут другие неприятные вещи. Мы используем наши знания об индукторах для расчета времени, необходимого для достижения разумного тока (например, один ампер), а затем соответствующим образом настраиваем время включения генератора. Это приводит к тому, что форма волны тока катушки индуктивности выглядит как пила, отсюда и название «пилообразная».

2.Сам MOSFET. Если вы присмотритесь, во время шага 3 МОП-транзистор видит напряжение, равное напряжению питания плюс напряжение катушки индуктивности, что означает, что МОП-транзистор должен быть рассчитан на высокое напряжение, что опять же подразумевает довольно высокое сопротивление. Конструкция повышающего преобразователя всегда представляет собой компромисс между напряжением пробоя MOSFET и сопротивлением. Переключающий полевой МОП-транзистор повышающего преобразователя всегда является слабым местом, как я убедился на холодном, тяжелом опыте. Максимальное выходное напряжение повышающего преобразователя ограничено не конструкцией, а напряжением пробоя полевого МОП-транзистора.

3. Индуктор. Очевидно, никакая старая катушка индуктивности не подойдет. Катушки индуктивности, используемые в повышающих преобразователях, должны выдерживать высокие токи и иметь высокопроницаемый сердечник, чтобы индуктивность для данного размера была высокой.

Работа повышающего преобразователя

Есть еще один способ думать о работе повышающего преобразователя.

Мы знаем, что энергия, запасенная в катушке индуктивности, определяется выражением:

½ x L x I 2

Где L — индуктивность катушки, а I — максимальный пиковый ток.

Таким образом, мы сохраняем некоторую энергию в катушке индуктивности от входа и передаем ту же энергию на выход, но при более высоком напряжении (очевидно, что мощность сохраняется). Это происходит много тысяч раз в секунду (в зависимости от частоты генератора), поэтому энергия складывается в каждом цикле, так что вы получаете хороший измеримый и полезный выход энергии, например, 10 Джоулей в секунду, то есть 10 Вт.

Как говорит нам уравнение, энергия, запасенная в катушке индуктивности, пропорциональна индуктивности, а также квадрату пикового тока.

Для увеличения выходной мощности нашей первой мыслью может быть увеличение размера индуктора. Конечно, это поможет, но не настолько, как мы думаем! Если мы увеличим индуктивность, максимальный пиковый ток, который может быть достигнут за заданное время, уменьшается или время, необходимое для достижения этого тока, увеличивается (помните основное уравнение V / L = dI / dt), поэтому общая выходная энергия не увеличиваться на значительную сумму!

Однако, поскольку энергия пропорциональна квадрату максимального тока, увеличение тока приведет к большему увеличению выходной энергии!

Итак, мы понимаем, что , выбирая катушку индуктивности , представляет собой прекрасный баланс между индуктивностью и пиковым током.

Обладая этими знаниями, мы можем понять формальный метод проектирования повышающего преобразователя.

Конструкция повышающего преобразователя

ШАГ — 1

Для начала нам нужно досконально понять, что требуется для нашей нагрузки. Настоятельно рекомендуется (исходя из опыта), что если вы пытаетесь построить повышающий преобразователь вначале, очень важно знать выходное напряжение и ток независимо, произведение которых и есть наша выходная мощность.

ШАГ — 2

Как только у нас будет выходная мощность, мы можем разделить ее на входное напряжение (которое также должно быть определено), чтобы получить средний необходимый входной ток.

Мы увеличиваем входной ток на 40%, чтобы учесть пульсации. Это новое значение является пиковым входным током.

Также минимальный входной ток в 0,8 раза превышает средний входной ток, поэтому умножьте средний входной ток на 0,8.

Теперь, когда у нас есть пиковый и минимальный ток, мы можем рассчитать общее изменение тока, вычитая пиковый и минимальный ток.

ШАГ — 3

Теперь рассчитаем рабочий цикл преобразователя, то есть соотношение времени включения и выключения генератора.

Продолжительность включения определяется по формуле из этого учебника:

D.C. = (Vout — Vin) / (Vout)

Это должно дать нам разумное десятичное значение, больше 0, но меньше 0,999.

ШАГ — 4

Теперь пора определиться с частотой генератора. Это было включено в качестве отдельного шага, потому что источником сигнала может быть что угодно, от таймера 555 (где частота и рабочий цикл полностью находятся под вашим контролем) или контроллера ШИМ с фиксированной частотой.

Как только частота определена, мы можем узнать полный период времени, взяв обратное.

Теперь период времени умножается на значение рабочего цикла, чтобы получить время включения.

ШАГ — 5

Поскольку мы определили время включения, входное напряжение и изменение тока, мы можем подставить эти значения в формулу индуктора, которая была немного изменена:

L = (V * dt) / dI

Где V — входное напряжение, dt — время включения, а dI — изменение тока.

Не беспокойтесь, если значение индуктивности не является общедоступным, используйте ближайшее доступное стандартное значение. После небольшой настройки система должна работать нормально.

Выбор деталей

1. Коммутационный транзистор

Я не упоминал тип, поскольку он полностью основан на приложении. Конечно, в наши дни полевые МОП-транзисторы используются во всех приложениях, поскольку они очень эффективны, но могут быть ситуации, когда из-за простоты может быть достаточно обычного биполярного транзистора.

Я повторю то, что говорил ранее — выбирает транзистор с напряжением пробоя, превышающим максимальное выходное напряжение преобразователя .

Также может быть хорошим выбором взглянуть на таблицу MOSFET и определить входную емкость / емкость затвора. Чем ниже это значение, тем проще требования к вождению. Все, что ниже 3500 пФ, приемлемо и в меру легкое в управлении.

Лично я выбрал IRF3205 с включенным сопротивлением 8 миллиОм и напряжением пробоя 55 В, с управляемой входной емкостью 3247 пФ, помимо того, что он является легко доступной деталью.

Также в схеме не упоминается специальный драйвер затвора MOSFET. Опять же, я * очень * рекомендую его использовать. Это сэкономит вам много времени и потерь. Моя рекомендация — TC4427. Он имеет два драйвера в одном корпусе DIP8, которые можно легко подключить параллельно для увеличения тока привода.

2. Выходной диод

Хотя это может показаться тривиальным, при токах, с которыми мы имеем дело (или иногда напряжении), выбор диода играет большую роль в эффективности.

К сожалению, обычный 1N4007 не работает, так как он слишком медленный. Так же как и мощный 1N5408. Я пробовал оба в проектах, над которыми работал, оба работали ужасно, так как они были такими медленными. Не стоит даже пытаться.

Я использую UF4007 с тем же номинальным напряжением, что и 1N4007 (1000 В обратный).

Если вы собираете преобразователь низкого напряжения (скажем, с 3,3 В на 5 В), то предпочтительным диодом будет диод Шоттки, например 1N5822.

Заключение

Чтение этой статьи, как мне кажется, равносильно чтению лекции по энергосистемам, надеюсь, вы станете более осведомленными.Как всегда, лучший способ чему-то научиться — это действительно что-то построить. Теперь у вас есть знания, необходимые для создания и использования повышающего преобразователя!

Повышающий преобразователь

| Step Up Chopper

DC-DC преобразователи также известны как Choppers. Здесь мы рассмотрим повышающий прерыватель или повышающий преобразователь , который увеличивает входное напряжение постоянного тока до заданного выходного напряжения постоянного тока. Типичный Повышающий преобразователь показан ниже.

Источник входного напряжения подключен к катушке индуктивности.Твердотельное устройство, которое работает как переключатель, подключается к источнику. Второй используемый переключатель — диод. Диод подключен к конденсатору, а нагрузка и оба подключены параллельно, как показано на рисунке выше.

Катушка индуктивности, подключенная к входному источнику, обеспечивает постоянный входной ток, и, таким образом, повышающий преобразователь рассматривается как входной источник постоянного тока. А нагрузку можно рассматривать как источник постоянного напряжения. Управляемый переключатель включается и выключается с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).ШИМ может быть основанным на времени или на частоте. Частотная модуляция имеет недостатки, такие как широкий диапазон частот для достижения желаемого управления переключателем, который, в свою очередь, дает желаемое выходное напряжение. Модуляция на основе времени в основном используется для преобразователей постоянного тока в постоянный. Его просто построить и использовать. В этом типе ШИМ-модуляции частота остается постоянной. Преобразователь Boost имеет два режима работы. Первый режим — это когда переключатель включен и проводит ток.

Режим I: переключатель включен, диод выключен

переключатель включен и, следовательно, представляет собой короткое замыкание, в идеале предлагающее нулевое сопротивление потоку тока, поэтому, когда переключатель включен, весь ток будет проходить через переключатель и обратно в источник входного сигнала постоянного тока.Допустим, переключатель включен на время T ON и выключен на время T OFF . Мы определяем период времени T as и частоту переключения

Давайте теперь определим еще один термин, рабочий цикл,

. Давайте проанализируем повышающий преобразователь в установившемся режиме работы для этого режима с использованием KVL.

Поскольку переключатель замкнут на время T ON = D T , мы можем сказать, что Δt = DT.

При проведении анализа повышающего преобразователя необходимо иметь в виду, что

  1. Ток катушки индуктивности является непрерывным, и это становится возможным путем выбора подходящего значения L.
  2. Ток катушки индуктивности в установившемся режиме возрастает от значения с положительной крутизной до максимального значения во включенном состоянии, а затем снова падает до исходного значения с отрицательной крутизной. Следовательно, чистое изменение тока катушки индуктивности за любой полный цикл равно нулю.

Режим II: переключатель выключен, диод включен

В этом режиме полярность индуктора обратная. Энергия, накопленная в катушке индуктивности, высвобождается и в конечном итоге рассеивается в сопротивлении нагрузки, что помогает поддерживать течение тока в том же направлении через нагрузку, а также повышает выходное напряжение, поскольку катушка индуктивности теперь также действует как источник вместе с источником входного сигнала.Но для анализа мы сохраняем исходные соглашения об анализе схемы с использованием KVL.

Давайте теперь проанализируем повышающий преобразователь в установившемся режиме для режима II с использованием KVL.

Так как переключатель открыт какое-то время, мы можем сказать это.

Уже установлено, что чистое изменение тока катушки индуктивности за любой полный цикл равно нулю.

Мы знаем, что D изменяется от 0 до 1. Но, как мы видим из приведенного выше уравнения, если D = 1, то отношение выходного напряжения к входному напряжению в установившемся состоянии стремится к бесконечности, что физически невозможно.Фактически, поскольку повышающий преобразователь является нелинейной схемой, в практическом повышающем преобразователе коэффициент заполнения D, если его поддерживать на значении больше 0,7, приведет к нестабильности. Схема повышающего преобразователя и ее формы сигналов показаны ниже. Индуктивность L составляет 20 мГн, C — 100 мкФ, а резистивная нагрузка — 20 Ом. Частота переключения — 1 кГц. Входное напряжение составляет 100 В постоянного тока, а рабочий цикл — 0,5.


Формы сигналов напряжения показаны выше, а формы сигналов тока показаны на рисунке ниже.

Широкий VIN и проблемы высокой мощности с повышающими преобразователями

Производители полупроводников разработали инновационные технологии производства, которые позволяют интегрировать несколько компонентов и кристалл ИС преобразователя постоянного тока в один модуль. Производство такого модуля dc-dc включает в себя следующее:

  • Защита связанного с ним штампа от окружающей среды.
  • Электронный путь от кристалла к его внешним цепям.
  • Способ крепления модуля к плате.
  • Достаточно контактов ввода / вывода для размещения сложных схем.
  • Возможность интегрировать несколько компонентов в модуль.
  • Средство для отвода тепла от модуля.

Монтаж на печатной плате

Модуль будет установлен на печатной плате, поэтому он должен использовать метод, используемый в полупроводниках. Один метод монтажа аналогичен корпусу полупроводников с плоскими выводами QFN, который физически и электрически соединяет полупроводники с печатными платами.Контактные площадки по периметру нижней части корпуса QFN обеспечивают электрические соединения с печатной платой (рис. 1) . Другие плоские полупроводниковые корпуса без выводов, которые могут быть использованы, — это рамка с микро выводами (MLF) и без выводов с малым контуром (SON).

1. Корпус QFN имеет контактные площадки на дне и открытую площадку для отвода тепла.

В корпусе QFN используются контактные площадки ввода / вывода по периметру для упрощения трассировки печатной платы, а технология открытой медной контактной площадки обеспечивает хорошие тепловые и электрические характеристики.Эти особенности делают QFN идеальным выбором для многих модульных приложений, где важны размер, вес, тепловые и электрические характеристики. Формат пакета QFN предлагает следующие преимущества:

  • Пониженная индуктивность выводов
  • Малогабаритная опорная поверхность, близкая к масштабу микросхемы
  • Тонкий профиль
  • Малый вес

Если необходимо обеспечить большое количество контактов ввода-вывода, вы можете использовать технологию сборки массива наземной сетки (LGA) с прямоугольной сеткой контактов на нижней стороне модуля (рис.2) . Не все строки и столбцы сетки нужно использовать. Модули LGA могут устанавливаться либо в розетку, либо припаиваться с использованием методов поверхностного монтажа.

2. Массив LGA имеет сетку контактов, которая соединена с сеткой контактов на печатной плате.

Шаровая сетка (BGA) — еще один вариант для получения нескольких контактов ввода / вывода (рис. 3) . Это устройство для поверхностного монтажа, используемое для постоянного монтажа полупроводников. BGA может иметь больше выводов для межсоединений, чем может быть размещено на корпусе с двумя линейными полупроводниками.

3. BGA использует решетку из шариков припоя для передачи электрических сигналов на / от печатной платы.

Шарики припоя

BGA могут быть равномерно разнесены друг от друга без случайного их соединения. Шарики припоя сначала помещаются в нижнюю часть модуля в виде сетки, а затем нагреваются. Используя поверхностное натяжение при плавлении шариков припоя, модуль можно выровнять с печатной платой. Шарики припоя охлаждаются и затвердевают при сохранении точного и постоянного расстояния между ними.

Усадка преобразователя мощности

Около пяти лет назад производители полупроводников начали производить модули преобразователей постоянного тока, которые включают компоненты, встроенные в модуль, а не внешние по отношению к устройству. Помимо предоставления места для интегрированных компонентов, новые производственные технологии должны были быть рентабельными. Индукторы были одними из первых пассивных компонентов внутри модуля. Это стало возможным благодаря работе на достаточно высокой частоте переключения, позволяющей использовать индуктор небольшого физического размера.

Помимо индуктора, новое поколение устройств объединяет большее количество компонентов. Примером может служить регулятор LTM8058 μModule, впервые разработанный Linear Technology, ныне Analog Devices (рис. 4) . Этот модуль объединяет контроллеры переключения, силовые полевые транзисторы, катушки индуктивности и все вспомогательные компоненты в стандартном модуле формата BGA. Для модуля требуются только внешние входные и выходные конденсаторы.

4. Внутренняя конструкция микромодуля LTM8058 (Analog Devices) включает изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный, который обеспечивает 2.Выход от 3 до 13 В при 440 мА. Он размещен в модуле BGA размером 9 × 11,25 × 4,92 мм.

В настоящее время микромодуль с наивысшим номинальным выходным током — это LTM4639, представляющий собой полнофункциональный высокоэффективный импульсный понижающий стабилизатор постоянного и постоянного тока с выходом на 20 А. В комплект входят контроллер переключения, силовые полевые транзисторы, катушка индуктивности и компоненты компенсации. LTM4639 работает в диапазоне входного напряжения от 2,375 до 7 В и поддерживает диапазон выходного напряжения от 0,6 до 5,5 В, задаваемый одним внешним резистором.Требуется всего несколько входных и выходных конденсаторов.

Одним из способов охлаждения модуля является использование самой печатной платы для распределения мощности, рассеиваемой внутри модуля. Это можно сделать, разместив переходные отверстия под модулем и вокруг него для распределения тепла по слоям печатной платы. Переходные отверстия действуют как очень хорошие электрические проводники к внутренним плоскостям и служат тепловыми трубками, позволяя печатной плате действовать как теплоотвод.

Для достижения наилучших характеристик и надежности модуль следует эксплуатировать как можно более холодным, чтобы в лучшей конструкции было как можно больше переходных отверстий, которые могут соответствовать занимаемой площади модуля.Однако каждое переходное отверстие начинается как отверстие, просверленное в плате, что уменьшает количество меди, присутствующей на слоях печатной платы для обеспечения электропроводности. Возможно, слишком много переходных отверстий, поэтому следуйте рекомендациям вашей организации.

Упаковка

Analog Devices еще больше продвинула интеграцию компонентов с LTM4661, синхронным повышающим преобразователем µModule, который использует преимущества небольшого размера и минимального количества внешних компонентов, позволяя ему поместиться в небольшом пространстве. Его 6,25 × 6.Модуль BGA размером 25 × 2,42 мм включает двухфазный импульсный контроллер постоянного и переменного тока, силовые полевые МОП-транзисторы, катушки индуктивности и компоненты вспомогательной схемы. Его единственные внешние требования — три конденсатора и один резистор, завершающие конструкцию. Он предназначен для работы от –40 до 125 ℃. Высокий уровень интеграции регуляторов μModule упрощает задачу проектирования печатных плат.

Стратегия разработки LTM4661 (рис. 5) заключалась в том, чтобы минимизировать количество внешних компонентов за счет включения нескольких в устройство, в том числе:

  • Резистор настройки частоты коммутации 28 кОм
  • Резистор 100 кОм внутренний и 31.6 кОм резисторов внешней обратной связи (комплект V OUT )
  • Внутренняя сеть частотной компенсации
  • Четыре мощных полевых МОП-транзистора
  • Две катушки индуктивности (поскольку внутренняя архитектура LTM4661 представляет собой двухфазный синхронный повышающий стабилизатор с двумя выходами)

Компания Texas Instruments (TI) использовала свои новые технологии производства для двух типов наномодулей: MicroSiP и MicroSiL. MicroSIL включает только катушку индуктивности, а MicroSiP, которое является действительно универсальным решением, включает входной конденсатор, выходной конденсатор и катушку индуктивности.Модули MicroSiL имеют тип крепления QFN, включая термопрокладку, которая помогает отводить тепло от этих более мощных устройств MicroSiL. Устройства MicroSiP работают при более низких токах. Большинство MicroSiP имеют максимальную высоту 1 мм, хотя некоторые — 1,1 мм. Устройства MicroSiL обычно имеют большую высоту из-за более высокой индуктивности, используемой для более высоких токов.

Глядя на MicroSiP, показанный на Рис. 6 , мы можем увидеть его зеленую ламинированную подложку FR-4 с красителем PicoStar; кремниевый кристалл встроен внутрь.Вдобавок сверху есть индуктор; высота пайки BGA снизу определяет размер MicroSiP.

6. Устройства MicroSiP сконструированы на подложке печатной платы, с индуктивностью микросхемы и керамическими конденсаторами, припаянными сверху, а паяльные выступы BGA снизу.

MicroSiP имеет меньший размер решения, чем MicroSIL. Когда вы складываете компоненты вертикально, а не бок о бок на печатной плате, это уменьшает размер x и y. Высота, конечно, немного увеличивается, когда вы складываете компоненты друг на друга, но для многих приложений это не важно.Размер x, y у MicroSiP примерно на 45% меньше, чем у эквивалентного дискретного решения.

Интеграция всех компонентов в одну конструкцию дает воспроизводимые и ожидаемые характеристики электромагнитных помех и шума по сравнению с традиционной компоновкой печатной платы. И это верно для разных систем и разных проектов.

Наномодуль с выходом 1 А

LMZM23601 — это понижающий преобразователь постоянного тока MicroSiP, который преобразует входное постоянное напряжение от 4 до 36 В в более низкое постоянное напряжение с максимальной выходной мощностью до 1 А.Этот наномодуль включает в себя конденсатор V CC , загрузочный конденсатор и катушку индуктивности. Устройство доступно на ленте и катушке и совместимо с захватом и перемещением (рис. 7) .

7. LMZM23601 представляет собой 10-контактный наномодуль размером 3,0 × 3,8 × 1,6 мм, который обеспечивает полный фиксированный выход 3,3 или 5 В с выходом 1 А. При добавлении входных и выходных конденсаторов площадь основания 2 составляет 27 мм.

LMZM23601 требует очень мало внешних компонентов для полноценного преобразователя постоянного тока в постоянный.При 3,3 В или 5 В опция фиксированного выходного напряжения требует добавления только внешнего входа и выходного конденсатора. Версия с регулируемым выходным напряжением позволяет устанавливать выходное напряжение от 2,5 до 15 В с помощью двух дополнительных резисторов обратной связи.

TI также представила понижающий модуль на 5,5 В, который обеспечивает истинный непрерывный выходной ток 6 А с КПД до 95% (рис. 8) . Модуль DC-DC TPSM82480 объединяет силовые полевые МОП-транзисторы и экранированные катушки индуктивности в крошечный низкопрофильный корпус для приложений с ограниченным пространством и высотой, таких как телекоммуникации в точке нагрузки, сети и источники питания для испытаний и измерений.

8. Характеристики наномодуля TPS82480 6-A dc-dc от Texas Instruments.

TPSM82480

TI с высокой степенью интеграции поддерживает требуемый выходной ток 6 А во всем температурном диапазоне без дополнительного воздушного потока. Это достигается с помощью двухфазной топологии управления, которая распределяет нагрузку между фазами, чтобы обеспечить высокую эффективность и сбалансированную работу. Дополнительные функции включают регулируемый плавный пуск, выбор напряжения (VSEL) для поддержки нескольких каскадов процессора и индикатор хорошего энергопотребления.

24-контактный модуль QFM похож на QFN, за исключением того, что у него другая компоновка контактных площадок.

Керамические силовые модули

Vicor использует другую модульную конструкцию. Платформа ChiP (преобразователь, размещенный в корпусе) представляет собой керамический модуль постоянного тока (DCM), который использует усовершенствованные магнитные структуры, интегрированные в межсоединительные подложки высокой плотности с силовыми полупроводниками и управляющими ASIC (рис. 9) . ЧИП обеспечивают превосходное управление температурой и высокую удельную мощность.

9. Семейство DCM Vicor с широким диапазоном входных сигналов (вход от 43 до 154 В) 3623 (36 × 23 мм) ЧИПы имеют выходное напряжение постоянного тока от 3,3 до 48 В и уровни мощности до 240 Вт.

Модуль ChiP представляет собой изолированный регулируемый преобразователь постоянного тока в постоянный, который может работать от нерегулируемого широкодиапазонного входа для генерации изолированного выхода постоянного тока. Благодаря топологии высокочастотного переключения при нулевом напряжении преобразователь постоянного тока обеспечивает высокий КПД во всем диапазоне входного напряжения.

Добавьте защиту от короткого замыкания в повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь — это преобразователь постоянного тока в постоянный, используемый для создания выходного напряжения, превышающего входное напряжение. Повышающие преобразователи также используются для управления последовательно включенными светодиодами в таких продуктах, как светодиодные фонарики. Повышающий преобразователь подвержен нагрузке при коротком замыкании. В этой статье обсуждается, почему повышающие преобразователи уязвимы для короткого замыкания, способы защиты повышающего преобразователя от короткого замыкания и альтернативные преобразователи силовой электроники, которые не подвержены уязвимости короткого замыкания, которые можно использовать вместо повышающего преобразователя.

Введение в повышающий преобразователь

Как указывалось ранее, повышающий преобразователь вырабатывает выходное напряжение, превышающее входное. Примеры повышающих преобразователей включают следующее:

  • Производство портов для зарядки 5 В в литиевой аккумуляторной батарее
  • Изготовление шин питания для смартфона.
  • Последовательное включение светодиодов в светодиодный фонарь или фонарик.
  • Стабилизатор напряжения в проекте на базе Arduino.
  • Создание высокого напряжения для запуска двигателя от одноэлементной литиевой батареи.

На рисунке 1 представлена ​​упрощенная схема повышающего преобразователя. Это простая схема, состоящая из конденсаторов, катушки индуктивности, полевого МОП-транзистора и диода. Выходной сигнал управляется через замкнутый контур обратной связи (для простоты не показан) путем управления рабочим циклом или процентом времени, в течение которого MOSFET включен. Передаточная функция или соотношение между выходным напряжением и входным напряжением составляет $ Vout / Vin = 1 / (1-D), где Vout — выходное напряжение, Vin — входное напряжение, а D — рабочий цикл.Настоящий повышающий преобразователь должен иметь микросхему контроллера ШИМ, которая не показана на рисунке 1.

Рисунок 1: Упрощенная схема повышающего преобразователя

Обратите внимание, что если выходная клемма повышающего преобразователя замкнута накоротко на землю, то входное напряжение замыкается на землю через катушку индуктивности и диод. Нет ничего, ограничивающего ток, который будет течь, кроме сопротивления провода и ограничения тока источника питания, подключенного к входному напряжению.Повышающий преобразователь выйдет из строя, если диод, катушка индуктивности или следы загорятся, оплавятся или возникнут другие виды катастрофического отказа, если не будут приняты меры для защиты повышающего преобразователя.

Общая стратегия защиты

Общая стратегия защиты, изложенная в этой статье, заключается в том, чтобы ввести переключатель между источником питания и повышающим преобразователем, который используется для отключения повышающего преобразователя от источника питания в случае короткого замыкания нагрузки. Этот переключатель может быть реализован в виде полевого МОП-транзистора, переключателя нагрузки, интегральной схемы повышающего преобразователя со встроенным защитным переключателем или предохранителя.

Защита с помощью полевого МОП-транзистора

МОП-транзистор, добавленный к передней части повышающего преобразователя, можно использовать для отключения источника питания от повышающего преобразователя. См. Рисунки 2 и 3 для упрощенной схемы. MOSFET может потребовать дополнительных схем для смещения затвора. N-канальный МОП-транзистор требует, чтобы его напряжение на затворе было выше, чем на его выводе истока. Для этого может потребоваться ИС драйвера затвора или накачка заряда. Для полевого МОП-транзистора с p-каналом необходимо, чтобы затвор был опущен ниже его вывода истока. Если входное напряжение достаточно высокое, затвор p-канального МОП-транзистора может быть заземлен, чтобы включить МОП-транзистор.По этой причине использование полевого МОП-транзистора с p-каналом может быть самым простым и легким выбором. Обратите внимание, что на обеих схемах диод корпуса полевого МОП-транзистора направлен от повышающего преобразователя к источнику питания, так что ток блокируется, если МОП-транзистор не включен.

При выборе полевого МОП-транзистора для этого приложения необходимо учитывать номинальное напряжение сток-исток, RDS (ВКЛ) и пороговое значение напряжения затвора. Номинальное напряжение сток-исток должно быть на несколько напряжений выше максимального входного напряжения.Сопротивление в открытом состоянии должно быть достаточно низким, чтобы не генерировать много потерь $ P = I2R $. Пороговое напряжение затвора должно быть достаточно низким, чтобы MOSFET можно было легко включать и выключать.

Рисунок 2: Упрощенная схема повышающего преобразователя с n-канальным MOSFET между источником питания и входом повышающего преобразователя для защиты от короткого замыкания.

Рисунок 3: Упрощенная схема повышающего преобразователя с p-канальным MOSFET между источником питания и входом повышающего преобразователя для защиты от короткого замыкания.

Защита с переключателем нагрузки

Переключатель нагрузки — это силовой полевой МОП-транзистор со встроенной дополнительной схемой. Дополнительные функции могут включать в себя подкачку заряда и переключатель уровня для смещения затвора MOSFET, а также функции защиты от перегрузки по току, которые отключают выключатель, если ток слишком велик. Использование переключателя нагрузки имеет следующие преимущества перед использованием полевого МОП-транзистора:

  • Уменьшает количество спецификаций
  • Уменьшает площадь, занимаемую печатной платой
  • Снижает сложность конструкции, так как вам не нужно добавлять дополнительные схемы управления.

Рисунок 4 : Упрощенная схема повышающего преобразователя с переключателем нагрузки на входе для защиты от короткого замыкания.

Контроллеры повышающего преобразователя

со встроенной защитой

Практичные повышающие преобразователи управляются интегральной схемой, регулирующей преобразование мощности. Некоторые из этих схем контроллера повышающего преобразователя имеют встроенные механизмы защиты, такие как переключатели нагрузки. Использование контроллера со встроенной защитой упрощает конструкцию, сокращает количество спецификаций и уменьшает площадь, занимаемую печатной платой.Примерами ИС повышающего преобразователя, которые включают функции защиты, являются LM4510 и TPS61080 от Texas Instruments.

Рисунок 5: Упрощенный пример ИС повышающего преобразователя со встроенной защитой

Защита с предохранителем

На входе или выходе повышающего преобразователя можно установить предохранитель

А для защиты от короткого замыкания при нагрузке. На рисунке 6 показан пример того, как это делается.

Рисунок 6: Защита с предохранителями на входе или выходе повышающего преобразователя.Обратите внимание, что переключатели нагрузки и схемы защиты MOSFET также могут быть размещены между выходом повышающего преобразователя и нагрузкой, как показано на схемах защиты предохранителей.

Автор рекомендует использовать другие подходы, описанные в этой статье, потому что конструкция с предохранителем более сложна. В случае короткого замыкания предохранитель перегорит, и его необходимо будет заменить. Схемы, построенные с дополнительной защитой MOSFET, переключателями нагрузки или встроенной защитой, не потребуют замены каких-либо компонентов, если преобразователи работают должным образом.Эти конструкции сэкономят конечному пользователю время и деньги на замену сгоревших предохранителей. Кроме того, предохранители срабатывают не так быстро, как можно было бы ожидать при чтении таблицы данных. Это может привести к сгоранию компонентов и следов до сгорания предохранителя. Конструкции, в которых используются полевые МОП-транзисторы, переключатели нагрузки и интегральные схемы со встроенной защитой, могут отключаться от нагрузки за микросекунды или быстрее, обеспечивая дополнительную безопасность и надежность схемы. Однако решение с предохранителями может быть самым простым и дешевым в реализации.


Заключение

Повышающий преобразователь используется повсеместно, но он уязвим для коротких замыканий. В этой статье обсуждаются несколько подходов к обходу этой уязвимости, включая использование полевых МОП-транзисторов, переключателей нагрузки, интегральных схем со встроенной защитой и предохранителей для отключения преобразователя мощности в случае короткого замыкания.


Эталонный дизайн повышающего преобразователя мощностью 60 кВт на основе SiC с чередованием

При производстве солнечной энергии фотоэлектрические элементы используют солнечную энергию для генерации постоянного напряжения, которое обычно находится в диапазоне от 400 до 600 В постоянного тока.Это постоянное напряжение необходимо повысить примерно до 850 В постоянного тока, чтобы инвертор мог генерировать 480 В переменного тока для подачи энергии фотоэлементов в электрическую сеть. Повышение эффективности процесса преобразования энергии позволяет разработчикам создавать меньшие, более легкие и менее дорогие преобразователи солнечной энергии.

Для этих солнечных энергетических систем компания Wolfspeed представила CRD-60DD12N, эталонную конструкцию повышающего преобразователя с чередованием 60 кВт на основе SiC MOSFET C3MTM 1200 В, 75 мОм Cree, который поставляется в корпусе TO-247-4 с доступностью источника Кельвина.Наличие источника Кельвина снижает индуктивность затвора и тракта истока Кельвина, что, в свою очередь, снижает общие коммутационные потери.

В дополнение к этому, повышающий преобразователь мощностью 60 кВт CRD-60DD12N использует недавно разработанную CGD15SG00D2 плату драйвера изолированного затвора Cree, которая адаптирована к требованиям привода SiC MOSFET C3M 3-го поколения.

Эта эталонная конструкция состоит из четырех чередующихся повышающих преобразователей мощностью 15 кВт. Также использовались SiC диоды Шоттки C4D10120D Cree, которые обладают низким падением напряжения и нулевым обратным восстановлением.

Схема верхнего уровня повышающего преобразователя CRD-60DD12N, 60 кВт (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Печатная плата разделена на две части: одна — это плата управления повышением, а другая — плата повышающего питания. На плате управления повышением использовались два из Texas Instrument: UCC2822 с чередованием двойных ШИМ-контроллеров. Каждая ИС контроллера подает сигналы переключения ШИМ на две чередующиеся ступени повышения.

Плата повышающего питания в основном состоит из устройств переключения мощности, пассивных элементов (включая повышающий индуктор и конденсатор) и схемы измерения напряжения / тока.Есть три контактных разъема (CON217, CON218, CON219), которые подключают плату управления повышением к плате повышающего питания.

(щелкните график, чтобы увеличить)

КПД повышающего преобразователя CRD-60DD12N, 60 кВт был измерен при различных условиях нагрузки (10–60 кВт) при сохранении постоянного входного напряжения постоянным на уровне 600 В постоянного тока. Максимальный КПД, достигнутый этой эталонной конструкцией, составил 99,5%

Pololu — Повышающие регуляторы напряжения

Повышающие преобразователи

генерируют регулируемое выходное напряжение, превышающее входное.Для быстрого сравнения в следующей таблице показаны некоторые ключевые характеристики регуляторов в этой категории:

Регулятор Выходное напряжение (В) Макс вход ток Мин. Входное напряжение КПД типовой Размер Цена
Семейство U3V70x 5, 6, 7,5, 9, 12, 15
4,5 — 20
8 А 2,9 В 80% — 95% 0.6 ″ × 1,6 ″ от 12,95 до 16,95 долл. США
Семейство U3V50x 5, 6, 9, 12, 24
4-12
9-30
5 А 2,9 В 80% — 95% 0,6 ″ × 1,9 ″ 13,95–16,95 долл. США
# 2563: U1V10F3 3,3 1,2 А 0,5 В 65% — 85% 0,35 дюйма × 0,45 дюйма $ 4,49
# 2564: U1V10F5 5 1.2 А 0,5 В 70% — 90% 0,35 дюйма × 0,45 дюйма $ 4,49
# 2560: U1V11A 2 — 5,25 1,2 А 0,5 В 70% — 90% 0,45 ″ × 0,6 ″ $ 5,49
# 2561: U1V11F3 3,3 1,2 А 0,5 В 70% — 90% 0,45 ″ × 0,6 ″ $ 4,95
# 2562: U1V11F5 5 1.2 А 0,5 В 70% — 90% 0,45 ″ × 0,6 ″ $ 4,95
# 2115: U3V12F5 5 1,4 А 2,5 В 80% — 90% 0,32 дюйма × 0,515 дюйма $ 3,95
# 2116: U3V12F9 9 1,4 А 2,5 В 80% — 90% 0,32 дюйма × 0,515 дюйма $ 3,95
# 2117: U3V12F12 12 1.4 А 2,5 В 80% — 90% 0,32 дюйма × 0,515 дюйма $ 3,95
# 2114: 3,3 В NCP1402 3,3 0,35 А 0,8 В 75% — 90% 0,33 дюйма × 0,5 дюйма $ 4,95
# 791: Регулируемое усиление 2,5–9,5 В 2,5 — 9,5 2 А 1,5 В 80% — 90% 0,42 дюйма × 0,88 дюйма $ 11.95
# 799: Регулируемое усиление 4–25 В 4–25 2 А 1,5 В 80% — 90% 0,42 дюйма × 0,88 дюйма $ 11.95

Сравнить все товары в этой категории

Подкатегории

Эти мощные синхронные импульсные регуляторы повышения эффективно генерируют более высокие выходные напряжения (до 20 В) при входных напряжениях от 2,9 В при входном токе до 8 А.Они оснащены защитой от обратного напряжения и, в отличие от большинства повышающих регуляторов, предлагают функцию полного отключения, которая отключает питание нагрузки.

Эти импульсные повышающие стабилизаторы эффективно генерируют более высокие выходные напряжения (до 30 В) при входных напряжениях от 2,9 В при входном токе до 5 А. Они оснащены защитой от обратного напряжения.


Продукция в категории «Повышающие регуляторы напряжения»

Этот крошечный (0,35 ″ × 0,45 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V10F3 эффективно генерирует 3.3 В при входном напряжении всего 0,5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V10F3 автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное. Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Этот крошечный (0,35 ″ × 0,45 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V10F5 эффективно генерирует 5 В при входном напряжении всего 0,5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V10F5 автоматически переключается на линейное понижающее напряжение. режим регулирования, когда входное напряжение превышает выходное.Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Этот компактный (0,45 ″ × 0,6 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V11A эффективно повышает входное напряжение от 0,5 В до регулируемого выходного напряжения от 2 В до 5,25 В . В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V11A предлагает функцию истинного отключения, которая отключает питание нагрузки и автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное.Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Этот компактный (0,45 ″ × 0,6 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V11F3 эффективно генерирует 3,3 В при входном напряжении всего 0,5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V11F3 предлагает функцию истинного отключения, которая включает отключает питание нагрузки, и он автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное.Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Этот компактный (0,45 ″ × 0,6 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U1V11F5 эффективно генерирует 5 В при входном напряжении всего 0,5 В. В отличие от большинства повышающих регуляторов, U1V11F5 предлагает функцию истинного отключения, которая включает отключает питание нагрузки, и он автоматически переключается в режим линейного понижающего регулирования, когда входное напряжение превышает выходное.Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Компактный (0,32 ″ × 0,515 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U3V12F5 принимает входное напряжение от 2,5 В и эффективно повышает его до 5 В . Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Компактный (0,32 ″ × 0,515 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U3V12F9 принимает входное напряжение всего 2.5 В и эффективно повышает его до 9 В . Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Компактный (0,32 ″ × 0,515 ″) импульсный повышающий (или повышающий) стабилизатор напряжения U3V12F12 принимает входное напряжение от 2,5 В и эффективно повышает его до 12 В . Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма, что делает эту плату совместимой со стандартными беспаечными макетными и перфорированными платами.

Этот компактный повышающий (или повышающий) регулятор генерирует 3.3 В при напряжении всего 0,8 В и выдаче до 200 мА, что делает его идеальным для питания небольших электронных проектов на 3,3 В от одного или двух NiMH, NiCd или щелочных элементов.

Этот мощный регулируемый повышающий стабилизатор может генерировать выходное напряжение до 9,5 В при низком входном напряжении 1,5 В в компактном корпусе размером 0,42 дюйма x 0,88 дюйма x 0,23 дюйма. Подстроечный потенциометр позволяет установить выходное напряжение повышающего регулятора в диапазоне от 2,5 до 9,5 В .

Этот мощный регулируемый повышающий стабилизатор может генерировать выходное напряжение до 25 В при входном напряжении всего 1.5 В в компактном корпусе размером 0,42 дюйма x 0,88 дюйма x 0,23 дюйма. Подстроечный потенциометр позволяет установить выходное напряжение повышающего регулятора в диапазоне от 4 до 25 В .

Выбор индуктивности повышающего преобразователя

Батарея сама по себе может быть неспособна обеспечить сложные системы всеми шинами напряжения, необходимыми для правильной работы. Такие приложения, как автомобильные светодиодные драйверы, усилители звука и телекоммуникации, и это лишь некоторые из них, требуют повышающих преобразователей для создания более высокого выходного напряжения из более низкого входа.Разработчику повышающего преобразователя может быть неочевидно, должен ли преобразователь разрабатываться для работы в режиме непрерывной проводимости (CCM), режиме прерывистой проводимости (DCM) или их комбинации.

Преобразователи

Boost бывают разных форм и размеров, с широким диапазоном уровней мощности и коэффициентов усиления. Эти требования определяют, какой вариант повышения лучше всего подходит для работы в CCM или DCM. В DCM ток катушки индуктивности нарастает от нуля, когда полевой транзистор включен, и полностью разряжается обратно до нуля перед следующим периодом переключения.Но при несинхронном повышении CCM ток катушки индуктивности всегда больше нуля, когда ток нарастает, а также при линейном снижении и разряжении накопленной энергии катушки индуктивности в выходной конденсатор и нагрузку.

В CCM рабочий цикл постоянен с нагрузкой, но изменяется с входным напряжением. В большинстве конструкций CCM, ниже определенной минимальной нагрузки, рабочий режим переходит в DCM, потому что ток катушки индуктивности в конечном итоге уменьшается до нуля перед следующим циклом переключения.

В большинстве случаев повышающие преобразователи большой мощности предназначены для работы в CCM, а повышающие преобразователи малой мощности работают в DCM. Это связано с тем, что CCM допускает более низкие пиковые токи во всей цепи, что обычно приводит к более низким потерям в цепи. Одним исключением может быть выходной выпрямитель для повышения высокого напряжения, например, в PFC, где токи обратного восстановления могут вызвать дополнительные потери. Как правило, с этими потерями можно справиться с помощью высококачественного (быстрого) выпрямителя.

При работе в DCM ожидайте увидеть пиковые токи индуктивности, которые в два раза больше, чем в CCM, но могут быть намного выше, если значение индуктивности намеренно уменьшено.Эти более высокие токи увеличивают среднеквадратичные токи во входных и выходных конденсаторах и могут увеличивать коммутационные потери в полевом транзисторе, что приводит к тому, что компоненты большего размера (или больше) выдерживают дополнительные нагрузки. Один только этот недостаток часто перевешивает другие преимущества DCM при высокой мощности.

В то время как среднеквадратичное значение тока катушки индуктивности выше в DCM, сопротивление ее провода обычно намного ниже, поэтому потери в меди, как правило, такие же или меньше, чем у CCM. Но потери в сердечнике в DCM больше на высоких уровнях мощности.Иногда это может сделать недействительным часто разрекламированное преимущество уменьшенного размера катушки индуктивности, потому что может потребоваться сердечник большего размера, чтобы справиться с этими дополнительными потерями. Но где DCM действительно проявляет себя, так это на более низких уровнях мощности, где дополнительные напряжения в конденсаторах и полевых транзисторах не обязательно требуют более крупных компонентов, и меньшая катушка индуктивности может работать.

Дополнительным преимуществом DCM является работа с высокими коэффициентами наддува, когда работа CCM требует большого времени включения; индуктивность может быть уменьшена, чтобы сократить время работы (наряду с более высокими пиковыми токами).Это желательно, потому что контроллеры часто выходят за пределы максимально контролируемого времени включения (или минимального времени отключения) и пропускают импульсы. Таким образом, разработчик может точно настроить время включения и выключения в соответствии с рабочим диапазоном контроллера. Кроме того, поведение контура управления в DCM лучше, чем в CCM, из-за отсутствия нуля в правой полуплоскости, что может привести к превосходным переходным характеристикам.

Иногда влияние RHPZ можно свести к минимуму, уменьшив значение индуктивности, которое подталкивает ее к более высокой частоте, где она оказывает меньшее влияние.Все повышения CCM работают в DCM при определенных условиях, будь то небольшая нагрузка, запуск или переходные условия. Это вполне приемлемо, но неплохо знать условия, при которых это происходит.

На рис. 1 показан график обратной зависимости коэффициента усиления (VIN / VOUT) от членов рабочего цикла (Dx (1-D) 2 ) в уравнении индуктивности (уравнение 1). Этот член прямо пропорционален требуемой индуктивности в наддуве CCM. Пик этого графика возникает, когда соотношение VIN / VOUT равно 2/3, или когда коэффициент усиления (VOUT / VIN) равен 1.5 [1]. Это может быть несколько не интуитивно понятный результат. Это означает, что в схемах, использующих переменное входное напряжение, существует диапазон соотношений VIN / VOUT, в котором схема должна работать. Если диапазон широкий и эта полоса включает пик, показанный на Рисунке 1, то индуктивность должна быть рассчитана при соотношении VIN / VOUT, равном 2/3. Если полоса не охватывает точку 2/3, тогда она должна быть рассчитана с учетом относительного соотношения пиков.

Рис. 2 представляет собой приложение для автомобильного драйвера светодиода, в котором контроллер используется для регулирования выходного тока, а не для фиксации выходного напряжения.Эта конструкция работает в диапазоне от 0,27 до 0,97, как показано пунктирными линиями на рисунке 1. Его индуктивность рассчитана как 2/3. Поскольку ток нагрузки светодиода постоянный, для выбора необходимой индуктивности выберите расчетный ток нагрузки, который меньше фактического тока нагрузки. Пока фактический ток нагрузки больше этого выбранного уровня, преобразователь работает в режиме CCM.

В этом примере ток светодиода составляет 0,22 А, а критический уровень проводимости равен 0.Был выбран 15A, что означает, что преобразователь всегда должен работать в CCM. Этот уровень является хорошим балансом между минимизацией необходимой индуктивности и гарантией работы CCM. Для этой конструкции это соответствует расчетной индуктивности 68 мкГн. Чтобы убедиться в правильности этой индуктивности, присвойте константу K равной члену D (1-D) 2 из графика [2]. Подстановка в уравнение 1 и решение дает K в уравнении 2. Мы можем использовать вычисленное значение K для определения наших рабочих границ.

Рисунок 3 — это небольшое изменение рисунка 1, с горизонтальной осью, преобразованной в рабочий цикл, а не в VIN / VOUT. На нем показано расчетное значение K для примера конструкции с использованием индуктивности 68 мкГн и приведенного тока нагрузки 0,15 А. Это показывает, что работа схемы всегда выше кривой, указывая на то, что она будет работать в CCM при всех входных напряжениях. Но на самом деле схема регулирует ток на уровне 0,22 А, поэтому типичное значение K ближе к 0.23. Это значительно выше на кривой и глубже в СКК, обеспечивая предполагаемую маржу.

В качестве примера другой точки проектирования для визуализации непредвиденного рабочего состояния рассмотрим, что произошло бы, если бы вместо него использовалась катушка индуктивности 33 мкГн. Это значение может быть выбрано, если оно было рассчитано при VIN max или VIN min, а не VIN, относящемся к пику на Рисунке 1. При 33 мкГн соответствующее значение K составляет 0,11 и показано на Рисунке 3. Между рабочими циклами. из 0.16 и 0,55 (28 VIN и 15 VIN, соответственно), схема непреднамеренно работает в DCM, но работает в CCM вне этих рабочих циклов. Поскольку оба режима имеют разные характеристики контура управления, возможная нестабильность может возникнуть при работе в нескольких режимах.

Преобразователи

Boost могут работать в CCM, DCM или в обоих режимах в зависимости от входного напряжения и нагрузки. Для расчета индуктивности, необходимой для обеспечения работы CCM, необходимо знать, какое входное напряжение (или рабочий цикл) использовать в расчетах.Для проектов с широким входным диапазоном используйте соотношение VIN / VOUT 2/3 (D = 0,33). Существующие конструкции могут использовать вычисленное значение K из уравнения 2 для определения рабочего режима по кривой D (1-D) 2 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *