منبع تغذیه مبتنی بر مبدل DC-DC قابل تنظیم آماده. نمای کلی مبدل های ولتاژ قابل تنظیم (تثبیت کننده ها، مبدل های DC-DC) کنترل ماژول DC-DC

ولتاژ ورودی تا 61 ولت، ولتاژ خروجی از 0.6 ولت، جریان خروجی تا 4 آمپر، قابلیت همگام سازی خارجی و تنظیم فرکانس، و همچنین تنظیم جریان محدود کننده، تنظیم زمان شروع نرم، حفاظت از بار جامع، گسترده محدوده دمای کارکرد - همه این ویژگی های منابع تغذیه مدرن با استفاده از خط جدید مبدل های DC/DC تولید شده توسط .

در حال حاضر، محدوده ریز مدارهای تنظیم کننده سوئیچینگ تولید شده توسط STMicro (شکل 1) به شما امکان می دهد منابع تغذیه (PS) با ولتاژ ورودی تا 61 ولت و جریان خروجی تا 4 آمپر ایجاد کنید.

وظیفه تبدیل ولتاژ همیشه آسان نیست. هر دستگاه خاص الزامات خاص خود را برای تنظیم کننده ولتاژ دارد. گاهی اوقات قیمت (لوازم الکترونیکی مصرفی)، اندازه (لوازم الکترونیکی قابل حمل)، کارایی (دستگاه های باتری دار)، یا حتی سرعت توسعه محصول نقش اصلی را ایفا می کنند. این الزامات اغلب با یکدیگر در تضاد هستند. به همین دلیل، مبدل ولتاژ ایده آل و جهانی وجود ندارد.

در حال حاضر چندین نوع مبدل استفاده می شود: خطی (تثبیت کننده های ولتاژ)، مبدل های DC/DC پالسی، مدارهای انتقال بار و حتی منابع تغذیه مبتنی بر عایق های گالوانیکی.

با این حال، رایج ترین آنها رگولاتورهای ولتاژ خطی و مبدل های DC/DC سوئیچینگ گام به گام هستند. تفاوت اصلی در عملکرد این طرح ها از نام آن مشخص است. در حالت اول، سوئیچ برق در حالت خطی عمل می کند، در حالت دوم - در حالت کلید. مزایا، معایب و کاربردهای اصلی این طرح ها در زیر آورده شده است.

ویژگی های تنظیم کننده ولتاژ خطی

اصل عملکرد یک تنظیم کننده ولتاژ خطی به خوبی شناخته شده است. تثبیت کننده کلاسیک یکپارچه μA723 در سال 1967 توسط R. Widlar توسعه یافت. علیرغم این واقعیت که الکترونیک از آن زمان تاکنون راه طولانی را پیموده است، اصول عملیاتی تقریباً بدون تغییر باقی مانده است.

طرح استانداردتنظیم کننده ولتاژ خطی از تعدادی عنصر اصلی تشکیل شده است (شکل 2): ترانزیستور قدرت VT1، منبع ولتاژ مرجع (VS)، مدار جبران بازخوردبر تقویت کننده عملیاتی(OU). رگولاتورهای مدرن ممکن است حاوی بلوک های کاربردی اضافی باشند: مدارهای حفاظتی (در برابر گرمای بیش از حد، از جریان بیش از حد)، مدارهای مدیریت توان و غیره.

اصل عملکرد چنین تثبیت کننده ها بسیار ساده است. مدار بازخورد روی op-amp مقدار ولتاژ مرجع را با ولتاژ تقسیم کننده خروجی R1/R2 مقایسه می کند. یک عدم تطابق در خروجی آپ امپ ایجاد می شود که ولتاژ منبع گیت ترانزیستور قدرت VT1 را تعیین می کند. ترانزیستور در حالت خطی کار می کند: هر چه ولتاژ در خروجی آپ امپ بیشتر باشد، ولتاژ منبع گیت کمتر و مقاومت VT1 بیشتر می شود.

این مدار به شما امکان می دهد تمام تغییرات ولتاژ ورودی را جبران کنید. در واقع، فرض کنید که ولتاژ ورودی Uin افزایش یافته است. این باعث زنجیره تغییرات زیر می شود: Uin افزایش می یابد → Uout افزایش می یابد → ولتاژ در تقسیم کننده R1/R2 افزایش می یابد → ولتاژ خروجی op-amp افزایش می یابد → ولتاژ منبع دروازه کاهش می یابد → مقاومت VT1 کاهش می یابد. افزایش → Uout کاهش خواهد یافت.

در نتیجه وقتی ولتاژ ورودی تغییر می کند، ولتاژ خروجی کمی تغییر می کند.

هنگامی که ولتاژ خروجی کاهش می یابد، تغییرات معکوس در مقادیر ولتاژ رخ می دهد.

ویژگی های عملکرد مبدل DC/DC کاهنده

مدار ساده شده مبدل کلاسیک DC/DC گام به گام (مبدل نوع I، مبدل باک، مبدل کاهنده) از چندین عنصر اصلی تشکیل شده است (شکل 3): ترانزیستور قدرت VT1، مدار کنترل (CS)، فیلتر (Lph) -Cph)، دیود معکوس VD1.

برخلاف مدار رگولاتور خطی، ترانزیستور VT1 در حالت سوئیچینگ کار می کند.

چرخه عملکرد مدار شامل دو فاز است: فاز پمپ و فاز تخلیه (شکل 4...5).

در فاز پمپاژ، ترانزیستور VT1 باز است و جریان از آن عبور می کند (شکل 4). انرژی در سیم پیچ Lf و خازن Cf ذخیره می شود.

در مرحله تخلیه، ترانزیستور بسته است، جریانی از آن عبور نمی کند. سیم پیچ Lf به عنوان منبع جریان عمل می کند. VD1 دیودی است که برای جریان معکوس لازم است.

در هر دو فاز، ولتاژی برابر با ولتاژ خازن Sph به بار اعمال می شود.

مدار فوق تنظیم ولتاژ خروجی را هنگام تغییر مدت زمان پالس فراهم می کند:

Uout = Uin × (ti/T)

اگر مقدار اندوکتانس کوچک باشد، جریان تخلیه از طریق اندوکتانس زمان دارد تا به صفر برسد. این حالت حالت جریان متناوب نامیده می شود. مشخصه آن افزایش موج جریان و ولتاژ در خازن است که منجر به بدتر شدن کیفیت ولتاژ خروجی و افزایش نویز مدار می شود. به همین دلیل، حالت جریان متناوب به ندرت استفاده می شود.

یک نوع مدار مبدل وجود دارد که در آن دیود "ناکارآمد" VD1 با یک ترانزیستور جایگزین می شود. این ترانزیستور در آنتی فاز با ترانزیستور اصلی VT1 باز می شود. چنین مبدلی سنکرون نامیده می شود و کارایی بیشتری دارد.

مزایا و معایب مدارهای تبدیل ولتاژ

اگر یکی از طرح های فوق برتری مطلق داشت، دومی با خیال راحت فراموش می شد. با این حال، این اتفاق نمی افتد. این بدان معنی است که هر دو طرح دارای مزایا و معایب هستند. تجزیه و تحلیل طرح ها باید بر اساس طیف وسیعی از معیارها انجام شود (جدول 1).

جدول 1. مزایا و معایب مدارهای تنظیم کننده ولتاژ

مشخصات الکتریکی برای هر مبدل، ویژگی های اصلی راندمان، جریان بار، محدوده ولتاژ ورودی و خروجی است.

مقدار بازده برای رگولاتورهای خطی کم است و با ولتاژ ورودی نسبت معکوس دارد (شکل 6). این به این دلیل است که تمام ولتاژ "اضافی" در ترانزیستور که در حالت خطی کار می کند افت می کند. نیروی ترانزیستور به صورت گرما آزاد می شود. راندمان کم منجر به این واقعیت می شود که محدوده ولتاژ ورودی و جریان خروجی تنظیم کننده خطی نسبتاً کوچک است: تا 30 ولت و تا 1 آمپر.

راندمان رگولاتور سوئیچینگ بسیار بیشتر است و کمتر به ولتاژ ورودی وابسته است. در عین حال، ولتاژ ورودی بیش از 60 ولت و جریان بار بیش از 1 آمپر غیر معمول نیست.

اگر از یک مدار مبدل سنکرون استفاده شود که در آن دیود چرخ آزاد ناکارآمد با یک ترانزیستور جایگزین شود، بازده حتی بالاتر خواهد بود.

دقت و پایداری ولتاژ خروجی تثبیت کننده های خطی می توانند دقت و پایداری بسیار بالایی در پارامترها داشته باشند (کسری از درصد). وابستگی ولتاژ خروجی به تغییرات ولتاژ ورودی و جریان بار از چند درصد تجاوز نمی کند.

طبق اصل کار، یک تنظیم کننده پالس در ابتدا منابع خطای یکسانی با تنظیم کننده خطی دارد. علاوه بر این، انحراف ولتاژ خروجی می تواند به طور قابل توجهی تحت تأثیر میزان جریان جریان قرار گیرد.

ویژگی های نویز تنظیم کننده خطی متوسط ​​است ویژگی های نویز. رگولاتورهای دقت کم صدا وجود دارد که در فناوری اندازه گیری با دقت بالا استفاده می شود.

تثبیت کننده سوئیچینگ خود منبع قدرتمند تداخل است، زیرا ترانزیستور قدرت در حالت سوئیچ کار می کند. نویز تولید شده به دو دسته هدایت شده (انتقال از طریق خطوط برق) و القایی (انتقال از طریق رسانه های نارسانا) تقسیم می شود.

تداخل هدایت شده با استفاده از فیلترهای پایین گذر حذف می شود. هرچه فرکانس کاری مبدل بیشتر باشد، راحت تر از شر تداخل خلاص می شود. در مدارهای اندازه گیری، یک تنظیم کننده سوئیچینگ اغلب همراه با یک تثبیت کننده خطی استفاده می شود. در این حالت سطح تداخل به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

خلاص شدن از اثرات مضر تداخل القایی بسیار دشوارتر است. این نویز از سلف منشأ می گیرد و از طریق هوا و رسانه های نارسانا منتقل می شود. برای از بین بردن آنها، از سلف ها و سیم پیچ های محافظ روی یک هسته حلقوی استفاده می شود. هنگام چیدمان تخته، از پر کردن مداوم زمین با یک چند ضلعی استفاده می کنند و/یا حتی یک لایه زمین جداگانه را در تخته های چند لایه انتخاب می کنند. علاوه بر این، مبدل پالس خود تا حد امکان از مدارهای اندازه گیری دور است.

ویژگی های عملکرد. از نقطه نظر سادگی اجرای مدار و چیدمان برد مدار چاپی، رگولاتورهای خطی بسیار ساده هستند. علاوه بر خود تثبیت کننده یکپارچه، فقط چند خازن مورد نیاز است.

یک مبدل سوئیچینگ حداقل به یک فیلتر L-C خارجی نیاز دارد. در برخی موارد، یک ترانزیستور قدرت خارجی و یک دیود چرخ آزاد خارجی مورد نیاز است. این منجر به نیاز به محاسبات و مدل سازی می شود و توپولوژی برد مدار چاپی به طور قابل توجهی پیچیده تر می شود. پیچیدگی اضافی برد به دلیل الزامات EMC رخ می دهد.

قیمت. بدیهی است که به دلیل تعداد زیاد قطعات خارجی، مبدل پالس هزینه بالایی خواهد داشت.

به عنوان نتیجه گیری، مناطق سودمند کاربرد هر دو نوع مبدل را می توان شناسایی کرد:

• رگولاتورهای خطی را می توان در مدارهای کم توان، ولتاژ پایین با دقت بالا، پایداری و نویز کم مورد استفاده قرار داد. یک مثال می تواند مدارهای اندازه گیری و دقیق باشد. علاوه بر این، اندازه کوچک و هزینه کم راه حل نهایی می تواند برای لوازم الکترونیکی قابل حمل و دستگاه های ارزان قیمت ایده آل باشد.
• رگولاتورهای سوئیچینگ ایده آل برای کم و قدرتمند هستند مدارهای ولتاژ بالادر خودرو، صنعتی و الکترونیک مصرفی. راندمان بالا اغلب باعث می شود استفاده از DC/DC جایگزینی برای آن نباشد دستگاه های قابل حملو دستگاه هایی که با باتری کار می کنند.

گاهی اوقات استفاده از رگولاتورهای خطی در ولتاژهای ورودی بالا ضروری می شود. در چنین مواردی می توانید از تثبیت کننده های تولید شده توسط STMicroelectronics استفاده کنید که دارای ولتاژ کاری بیش از 18 ولت هستند (جدول 2).

جدول 2. رگولاتورهای خطی STMicroelectronics با ولتاژ ورودی بالا

اگر تصمیمی برای ساخت منبع تغذیه پالسی گرفته شود، باید یک تراشه مبدل مناسب انتخاب شود. انتخاب با در نظر گرفتن تعدادی از پارامترهای اساسی انجام می شود.

ویژگی های اصلی مبدل های DC/DC پالس کاهنده

اجازه دهید پارامترهای اصلی مبدل های پالس را فهرست کنیم.

محدوده ولتاژ ورودی (V). متأسفانه، همیشه نه تنها در حداکثر، بلکه در حداقل ولتاژ ورودی نیز محدودیت وجود دارد. مقدار این پارامترها همیشه با مقداری حاشیه انتخاب می شود.

محدوده ولتاژ خروجی (V). به دلیل محدودیت در حداقل و حداکثر مدت زمان پالس، محدوده مقادیر ولتاژ خروجی محدود است.

حداکثر جریان خروجی (A). این پارامتر توسط تعدادی از عوامل محدود می شود: حداکثر اتلاف توان مجاز، مقدار نهایی مقاومت کلیدهای برق و غیره.

فرکانس کاری مبدل (کیلوهرتز). هرچه فرکانس تبدیل بیشتر باشد، فیلتر کردن ولتاژ خروجی آسان تر است. این امکان مبارزه با تداخل و کاهش مقادیر عناصر فیلتر خارجی L-C را فراهم می کند که منجر به افزایش جریان خروجی و کاهش اندازه می شود. با این حال، افزایش در فرکانس تبدیل، تلفات سوئیچینگ سوئیچ های قدرت را افزایش می دهد و مولفه القایی تداخل را افزایش می دهد، که به وضوح نامطلوب است.

بازده (%) یک شاخص جدایی ناپذیر از بازده است و به صورت نمودار برای ولتاژها و جریان های مختلف ارائه می شود.

پارامترهای باقیمانده (مقاومت کانال کلیدهای برق یکپارچه (mOhm)، مصرف جریان خود (µA)، مقاومت حرارتی کیس و غیره) اهمیت کمتری دارند، اما باید آنها را نیز در نظر گرفت.

مبدل های جدید STMicroelectronics دارای ولتاژ ورودی و راندمان بالایی هستند و پارامترهای آنها را می توان با استفاده از برنامه رایگان eDesignSuite.

خط DC/DC پالسی از ST Microelectronics

سبد DC/DC STMicroelectronics به طور مداوم در حال گسترش است. ریزمدارهای مبدل جدید دارای محدوده ولتاژ ورودی گسترده تا 61 ولت (//)، جریان خروجی بالا، ولتاژ خروجی از 0.6 ولت (//) (جدول 3) هستند.

جدول 3. DC/DC STMicroelectronics جدید

همه ریز مدارهای مبدل پالس جدید دارای عملکردهای حفاظتی شروع نرم، جریان بیش از حد و گرمای بیش از حد هستند.

یکی از محبوب ترین وسایل در کارگاه یک رادیو آماتور تازه کار یک منبع تغذیه قابل تنظیم است. قبلاً در مورد نحوه مونتاژ مستقل منبع تغذیه قابل تنظیم با استفاده از تراشه MC34063 صحبت کرده ام. اما محدودیت ها و معایبی نیز دارد. اولا، قدرت است. ثانیاً عدم وجود نشانگر ولتاژ خروجی.

در اینجا من در مورد نحوه مونتاژ یک منبع تغذیه قابل تنظیم 1.2 - 32 ولت و حداکثر جریان خروجی تا 4 آمپر با حداقل زمان و تلاش صحبت خواهم کرد.

برای انجام این کار به دو عنصر بسیار مهم نیاز داریم:

ترانسفورماتور، با ولتاژ خروجی تا ~25...26 ولت. من در مورد نحوه برداشتن و کجا پیدا کردن آن بیشتر به شما خواهم گفت.

ماژول آماده DC-DC قابل تنظیممبدل با ولت متر داخلی بر اساس ریزمدار XL4015.

رایج ترین و ارزان ترین ماژول های مبتنی بر ریز مدارها XL4015و LM2956. ارزان ترین گزینه یک ماژول بدون آن است ولت متر دیجیتال. برای خودم، چندین نسخه از چنین مبدل های DC-DC را خریداری کردم، اما بیشتر از همه ماژول مبتنی بر تراشه XL4015 با ولت متر داخلی را دوست داشتم. این چیزی است که در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

این چیزی است که او به نظر می رسد. من آن را در Aliexpress خریدم، این لینک است. شما می توانید از طریق جستجو، موردی را که برای شما مناسب است با قیمت و اصلاح انتخاب کنید.

سمت معکوس تخته و نمای جانبی.

ویژگی های اصلی ماژول:

فراموش نکنیم که تولیدکنندگان دوست دارند ویژگی های محصولات خود را متورم کنند. با قضاوت بر اساس بررسی ها، بهینه ترین گزینه برای استفاده از این ماژول DC-DC، کار با ولتاژ ورودی تا 30 ولت و مصرف جریان تا 2 آمپر است.

کنترل ماژول DC-DC.

روی برد مدار چاپی ماژول DC-DC دو دکمه کنترل و یک تنظیم کننده ولتاژ خروجی وجود دارد - یک مقاومت متغیر چند چرخشی معمولی.

فشار کوتاه دکمه 1 نشانگر ولت متر را غیرفعال/فعال می کند. نوعی دیمر. هنگام تغذیه با باتری راحت است.

دکمه را کوتاه فشار دهید 2 می توانید حالت عملکرد ولت متر را تغییر دهید، یعنی نمایش ولتاژ ورودی یا خروجی روی نشانگر. در صورت استفاده همراه با باتری، می توانید ولتاژ باتری را کنترل کرده و از تخلیه عمیق جلوگیری کنید.

کالیبراسیون قرائت های ولت متر

ابتدا از دکمه 2 برای انتخاب ولتاژ نمایش ولت متر (ورودی یا خروجی) استفاده کنید. سپس از یک مولتی متر برای اندازه گیری ولتاژ DC (ورودی یا خروجی) در پایانه ها استفاده کنید. اگر با ولتاژ نمایش داده شده توسط ولت متر متفاوت باشد، کالیبراسیون را شروع می کنیم.

دکمه 2 را به مدت 3-4 ثانیه فشار دهید. صفحه نمایش باید تاریک شود. بیایید دکمه را رها کنیم. در این حالت، قرائت شده روی صفحه نمایش ظاهر می شود و شروع به چشمک زدن می کند.

در مرحله بعد، با فشار دادن کوتاه دکمه های 1 و 2، مقدار ولتاژ نمایش داده شده را در مراحل 0.1 ولت کاهش یا افزایش می دهیم. اگر نیاز به افزایش قرائت دارید، به عنوان مثال، از 12.0 ولت به 12.5 ولت، سپس دکمه 2 را 5 بار فشار دهید. اگر نیاز به کاهش از 12 ولت به 11.5 ولت دارید، بر این اساس، دکمه 1 را 5 بار فشار دهید.

پس از اتمام کالیبراسیون، دکمه 2 را به مدت 5 ثانیه فشار دهید. در این حالت، خوانش های روی صفحه نمایش ولت متر چشمک نمی زند - کالیبراسیون کامل شده است. همچنین نمی توانید کاری انجام دهید و پس از 10 ثانیه ولت متر از حالت کالیبراسیون خارج می شود.

برای مونتاژ منبع تغذیه، علاوه بر خود ماژول DC/DC، به یک ترانسفورماتور و همچنین یک مدار کوچک - یک پل دیود و یک فیلتر نیاز داریم.

در اینجا نموداری است که باید مونتاژ کنیم.

(تصویر قابل کلیک است. روی آن کلیک کنید تا در پنجره جدید باز شود)

کمی بعد در مورد ترانسفورماتور T1 صحبت خواهم کرد، اما اکنون اجازه دهید به پل دیود VD1-VD4 و فیلتر C1 نگاه کنیم. من این قسمت از مدار را نام می برم یکسو کننده. قسمت بعدی در عکس قطعات لازم برای مونتاژ آن است.

من طرح آهنگ های چاپ شده آینده را با یک نشانگر برای بردهای مدار چاپی روی برد رسم کردم. قبل از این، من طرحی از چیدمان عناصر روی برد تهیه کردم و هادی های اتصال را مسیریابی کردم. سپس با استفاده از شابلون، محل های حفاری را روی قطعه کار مشخص کردم. من قبل از اچ کردن در کلرید آهن سوراخ کردم، زیرا اگر بعد از حفاری سوراخ کنید، ممکن است سوراخ‌هایی در اطراف سوراخ‌ها باقی بماند و به راحتی به لبه‌های اطراف سوراخ‌ها آسیب برساند.

سپس قطعه کار را پس از اچینگ خشک کردم و با وایت اسپریت لایه محافظ لاک را از روی نشانگر شستم. پس از آن، قطعه کار را دوباره شستم و خشک کردم، مسیرهای مسی را با سمباده ریز تمیز کردم و تمام مسیرها را با لحیم کاری قلع کردم. این چیزی است که اتفاق افتاد.

کمی در مورد محاسبات اشتباه از آنجایی که من همه کارها را به سرعت و روی زانو انجام دادم، البته، برخی از "جملات" وجود داشت. اولا، من تخته را دو طرفه ساختم، اما لازم نبود. واقعیت این است که سوراخ ها فلزی نیستند و سپس لحیم کردن همان کانکتور به چنین برد مدار چاپی دو طرفه کار آسانی نیست. از یک طرف می توانید کنتاکت ها را بدون مشکل لحیم کنید، اما در طرف دیگر برد نمی توانید. پس از آن خسته شدم.

صاف کننده آماده.

به جای کلید اصلی، SA1 به طور موقت یک جامپر را لحیم کرد. کانکتورهای ورودی و خروجی و همچنین کانکتور برای اتصال ترانسفورماتور نصب شده است. من کانکتورها را با مدولار بودن و سهولت استفاده نصب کردم تا در آینده امکان اتصال سریع و بدون لحیم کاری واحد یکسو کننده با ماژول های مختلف DC-DC وجود داشته باشد.

مانند فیوز FU1 به ​​صورت آماده با نگهدارنده استفاده شده است. خیلی راحت و کنتاکت های زنده پوشیده شده اند و تعویض فیوز بدون لحیم کاری مشکلی ندارد. از نظر تئوری، فیوز در هر طرح و نوع مسکنی مناسب است.

مانند پل دیودی(VD1 - VD4) من از یک مجموعه RS407 برای حداکثر جریان رو به جلو 4 آمپر استفاده کردم. آنالوگ های پل دیودی RS407 KBL10، KBL410 هستند. پل دیودی را می توان از دیودهای یکسو کننده جداگانه نیز مونتاژ کرد.

در اینجا قابل درک است که خود ماژول DC-DC قابل تنظیم برای حداکثر جریان 5 آمپر طراحی شده است ، اما فقط در صورت نصب رادیاتور روی تراشه XL4015 و برای دیود SS54 روی برد ، می تواند چنین جریانی را تحمل کند. جریان 5A است - بیشترین!

همچنین فراموش نکنیم که تولیدکنندگان تمایل دارند توانایی های محصولات خود و عمر مفید آنها را تحت چنین بارهایی بیش از حد ارزیابی کنند. بنابراین، برای خودم تصمیم گرفتم که چنین ماژول را می توان با جریان تا 1 - 2 آمپر بارگیری کرد. ما در مورد یک بار ثابت و طولانی مدت صحبت می کنیم و نه دوره ای (نبض).

در این شرایط می توان پل دیودی را برای جریان مستقیم 3-4 آمپر انتخاب کرد. این باید زیاد باشد. اجازه دهید به شما یادآوری کنم که اگر یک پل دیود را از دیودهای جداگانه جمع آوری کنید، هر یک از دیودهای موجود در پل باید حداکثر مصرف جریان را تحمل کند. در مورد ما 3-4 آمپر است. دیودهای 1N5401 - 1N5408 (3A)، KD257A (3A) و غیره کاملاً مناسب هستند.

همچنین برای مونتاژ به یک خازن الکترولیتی C1 با ظرفیت 470 - 2200 μF نیاز دارید. بهتر است یک خازن برای ولتاژ کاری 63 ولت انتخاب کنید، زیرا حداکثر ولتاژ ورودی مبدل DC-DC می تواند تا 36 ولت یا حتی 38 ... 40 ولت باشد. بنابراین، نصب خازن در 63 ولت عاقلانه تر است. با رزرو و اطمینان.

در اینجا، دوباره، شایان ذکر است که همه چیز به ولتاژی که در ورودی ماژول DC-DC خواهید داشت بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر قصد دارید از ماژول برای تغذیه یک نوار LED 12 ولتی استفاده کنید و ولتاژ DC-DC ورودی ماژول تنها 16 ولت باشد، خازن الکترولیتی را می توان با ولتاژ کاری 25 ولت یا ولتاژ تامین کرد. بیشتر.

من آن را روی حداکثر تنظیم کردم، زیرا قصد داشتم از این ماژول و یکسو کننده مونتاژ شده با ترانسفورماتورهای مختلف استفاده کنم که ولتاژهای خروجی متفاوتی دارند. بنابراین، برای اینکه خازن را هر بار لحیم نکنید، آن را روی 63 ولت تنظیم کردم.

هر ترانسفورماتور شبکه با دو سیم پیچ به عنوان ترانسفورماتور T1 مناسب است. سیم پیچ اولیه (Ⅰ) شبکه است و باید برای ولتاژ متناوب 220 ولت طراحی شود، سیم پیچ ثانویه (Ⅱ) نباید ولتاژی بیش از 25 تا 26 ولت تولید کند.

اگر یک ترانسفورماتور بگیرید که خروجی آن بیشتر از 26 ولت باشد ولتاژ AC، پس از یکسو کننده ولتاژ ممکن است در حال حاضر بیش از 36 ولت باشد. و همانطور که می دانیم ماژول مبدل DC-DC برای ولتاژ ورودی تا 36 ولت طراحی شده است. همچنین ارزش در نظر گرفتن این واقعیت را دارد که در منبع تغذیه خانگی 220 ولت ولتاژ گاهی اوقات کمی بیش از حد بالا است. به همین دلیل، حتی اگر به طور خلاصه، یک "پرش" ولتاژ نسبتاً قابل توجهی می تواند در خروجی یکسو کننده ایجاد شود که از آن فراتر خواهد رفت. ولتاژ مجازدر 38...40 ولت برای ماژول ما.

محاسبه تقریبی ولتاژ خروجی تو بیرونبعد از یکسو کننده دیود و فیلتر روی خازن:

U out = (U T1 - (V F *2))*1.41.

ولتاژ متناوب در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور T1 (Ⅱ) - U T1;

افت ولتاژ ( افت ولتاژ رو به جلو ) روی دیودهای یکسو کننده - V F. از آنجایی که در یک پل دیودی جریان در هر نیم چرخه از دو دیود عبور می کند، پس V Fضرب در 2. برای مجموعه دیود وضعیت یکسان است.

بنابراین، برای RS407 در دیتاشیت خط زیر را پیدا کردم: حداکثر افت ولتاژ رو به جلوهر عنصر پل در اوج 3.0A- 1 ولت این بدان معنی است که اگر جریان مستقیم 3 آمپر از هر یک از دیودهای پل عبور کند، ولتاژ 1 ولت در آن از بین می رود. هر عنصر پل - برای هر عنصر پل). یعنی مقدار را می گیریم V F= 1 ولت و مانند دیودهای جداگانه، مقدار را ضرب کنید V Fدو، زیرا در هر نیم چرخه جریان از دو عنصر مجموعه دیود عبور می کند.

به طور کلی، برای اینکه مغز خود را درگیر نکنید، دانستن آن مفید است V Fبرای دیودهای یکسو کننده معمولاً حدود 0.5 ولت است. اما این با یک جریان رو به جلو کوچک است. با افزایش آن، افت ولتاژ نیز افزایش می یابد V Fدر محل اتصال p-n دیود. همانطور که می بینیم، ارزش V Fبا جریان رو به جلو 3A برای دیودهای مجموعه RS407 از قبل 1 ولت است.

از آنجایی که مقدار پیک ولتاژ یکسو شده (تپاننده) بر روی خازن الکترولیتی C1 آزاد می شود، ولتاژ نهایی که پس از پل دیود به دست می آوریم ( U T1 - (V F*2)) باید در جذر 2 ضرب شود، یعنی √2 ~ 1.41 .

بنابراین با این فرمول ساده می توانیم ولتاژ خروجی فیلتر را تعیین کنیم. اکنون تنها کاری که باید انجام دهید یافتن یک ترانسفورماتور مناسب است.

به عنوان یک ترانسفورماتور از ترانسفورماتور زرهی قدرت TP114-163M استفاده کردم.

متأسفانه من اطلاعات دقیقی در مورد آن پیدا نکردم. ولتاژ خروجی سیم پیچ ثانویه بدون بار 19.4 ولت است. توان تقریبی این ترانسفورماتور ~7 وات است. من حساب کردم.

علاوه بر این، تصمیم گرفتم داده های به دست آمده را با پارامترهای ترانسفورماتورهای سری مقایسه کنم TP114(TP114-1, TP114-2,...,TP114-12). حداکثر توان خروجی این ترانسفورماتورها 13.2 وات است. مناسب ترین پارامتر برای ترانسفورماتور TP114-163M معلوم شد TP114-12. ولتاژ سیم پیچ ثانویه در حالت بیکار 19.4 ولت و تحت بار - 16 ولت است. جریان بار نامی - 0.82A.

یک ترانسفورماتور دیگر هم در اختیار داشتم، آن هم از سری TP114. ایناهاش.

با قضاوت بر اساس ولتاژ خروجی (~22.3V) و علامت گذاری لاکونیک 9M، این اصلاح ترانسفورماتور است. TP114-9. پارامترهای TP114-9 به شرح زیر است: ولتاژ نامی - 18 ولت. جریان بار نامی - 0.73A.

بر اساس اولین ترانسفورماتور ( TP114-163M) من می توانم یک منبع تغذیه قابل تنظیم 1.2 ... 24 ولت بسازم، اما این بدون بار است. واضح است که وقتی یک بار (مصرف کننده جریان) وصل می شود، ولتاژ خروجی ترانسفورماتور کاهش می یابد و ولتاژ حاصل در خروجی مبدل DC-DC نیز چندین ولت کاهش می یابد. بنابراین این نکته را باید در نظر گرفت و در نظر داشت.

بر اساس ترانسفورماتور دوم ( TP114-9) اکنون یک منبع تغذیه قابل تنظیم 1.2...28 ولت خواهید داشت. همچنین بدون بار است.

در مورد جریان خروجیسازنده اعلام کرده است که حداکثر جریان خروجی مبدل DC-DC 5A است. با قضاوت بر اساس بررسی ها، حداکثر 2A. اما، همانطور که می بینید، من موفق به پیدا کردن ترانسفورماتورهای بسیار کم مصرف شدم. بنابراین، بعید است بتوانم حتی 2 آمپر را فشار دهم، اگرچه همه اینها به ولتاژ خروجی ماژول DC-DC بستگی دارد. هرچه کوچکتر باشد، جریان بیشتری می توانید دریافت کنید.

برای هر تیغ کم مصرف این منبع تغذیه مناسب خواهد بود. در اینجا منبع تغذیه "توپ خنده" با ولتاژ 9 ولت و جریان حدود 100 میلی آمپر است.

و این در حال حاضر یک نوار LED 12 ولتی به طول حدود 1 متر را تغذیه می کند.

همچنین نسخه سبک وزن و لایت این مبدل DC-DC وجود دارد که روی تراشه XL4015E1 نیز مونتاژ شده است.

تنها تفاوت در عدم وجود ولت متر داخلی است.

پارامترها مشابه هستند: ولتاژ ورودی 4 ... 38 ولت، حداکثر جریان 5 آمپر (توصیه می شود بیش از 4.5 آمپر نباشد). استفاده از آن با ولتاژ ورودی تا 30 ولت، 30 ولت یا بیشتر واقع بینانه است. جریان بار بیش از 2 ... 2.5 آمپر نباشد. اگر آن را بیشتر بارگذاری کنید، به طور محسوسی گرم می شود و طبیعتاً عمر مفید و قابلیت اطمینان کاهش می یابد.

مبدل های DC/DC به طور گسترده ای برای تغذیه تجهیزات الکترونیکی مختلف استفاده می شوند. آنها در دستگاه های محاسباتی، دستگاه های ارتباطی، طرح های مختلفکنترل و اتوماسیون و غیره

منابع تغذیه ترانسفورماتور

در منابع تغذیه ترانسفورماتور سنتی، ولتاژ شبکه تغذیه با استفاده از یک ترانسفورماتور به مقدار دلخواه تبدیل می شود که اغلب کاهش می یابد. ولتاژ کاهش یافته توسط یک فیلتر خازن صاف می شود. در صورت لزوم، یک تثبیت کننده نیمه هادی بعد از یکسو کننده نصب می شود.

منابع تغذیه ترانسفورماتور معمولاً مجهز به تثبیت کننده های خطی هستند. چنین تثبیت کننده هایی حداقل دو مزیت دارند: هزینه کم و تعداد کمی قطعات در مهار. اما این مزایا به دلیل راندمان پایین از بین می رود، زیرا بخش قابل توجهی از ولتاژ ورودی برای گرم کردن ترانزیستور کنترل استفاده می شود که برای تغذیه دستگاه های الکترونیکی قابل حمل کاملاً غیرقابل قبول است.

مبدل های DC/DC

اگر تجهیزات از سلول های گالوانیکی یا باتری ها تغذیه می شود، تبدیل ولتاژ به سطح مورد نیاز تنها با استفاده از مبدل های DC/DC امکان پذیر است.

ایده بسیار ساده است: ولتاژ مستقیم به ولتاژ متناوب تبدیل می شود، معمولاً با فرکانس چند ده یا حتی صدها کیلوهرتز، افزایش می یابد (کاهش می یابد)، و سپس اصلاح می شود و به بار عرضه می شود. چنین مبدل هایی اغلب مبدل های پالس نامیده می شوند.

به عنوان مثال یک مبدل تقویت کننده از 1.5 ولت به 5 ولت، فقط ولتاژ خروجی USB کامپیوتر است. یک مبدل کم مصرف مشابه در Aliexpress فروخته می شود.

برنج. 1. مبدل 1.5V/5V

مبدل های پالس خوب هستند زیرا راندمان بالایی دارند که از 60..90٪ متغیر است. مزیت دیگر مبدل های پالس، طیف گسترده ای از ولتاژهای ورودی است: ولتاژ ورودی می تواند کمتر از ولتاژ خروجی یا بسیار بیشتر باشد. به طور کلی مبدل های DC/DC را می توان به چند گروه تقسیم کرد.

طبقه بندی مبدل ها

پایین آوردن، در اصطلاح انگلیسی step down or buck

ولتاژ خروجی این مبدل ها، به عنوان یک قاعده، کمتر از ولتاژ ورودی است: بدون تلفات گرمایش قابل توجه ترانزیستور کنترل، می توانید ولتاژ تنها چند ولت با ولتاژ ورودی 12 ... 50 ولت دریافت کنید. جریان خروجی چنین مبدل هایی به تقاضای بار بستگی دارد که به نوبه خود طراحی مدار مبدل را تعیین می کند.

نام انگلیسی دیگر مبدل کاهنده، chopper است. یکی از گزینه های ترجمه این کلمه قطع کننده است. در ادبیات فنی، یک مبدل کاهنده گاهی اوقات "چاپر" نامیده می شود. فعلا فقط این اصطلاح را به خاطر بسپاریم.

افزایش، در اصطلاح انگلیسی step-up یا boost

ولتاژ خروجی این مبدل ها بیشتر از ولتاژ ورودی است. به عنوان مثال با ولتاژ ورودی 5 ولت ولتاژ خروجی می تواند تا 30 ولت باشد و تنظیم روان و تثبیت آن امکان پذیر است. اغلب، مبدل های تقویت کننده، تقویت کننده نامیده می شوند.

مبدل های جهانی - SEPIC

ولتاژ خروجی این مبدل ها زمانی که ولتاژ ورودی بالاتر یا کمتر از ولتاژ ورودی باشد، در یک سطح معین حفظ می شود. در مواردی که ولتاژ ورودی می تواند در محدوده قابل توجهی تغییر کند، توصیه می شود. به عنوان مثال، در یک ماشین، ولتاژ باتری می تواند در محدوده 9 ... 14 ولت تغییر کند، اما شما باید ولتاژ پایدار 12 ولت دریافت کنید.

مبدل های معکوس

وظیفه اصلی این مبدل ها تولید ولتاژ خروجی با قطبیت معکوس نسبت به منبع تغذیه است. برای مثال در مواردی که برق دوقطبی مورد نیاز است بسیار راحت است.

تمامی مبدل های ذکر شده می توانند تثبیت یا ناپایدار شوند؛ ولتاژ خروجی می تواند به صورت گالوانیکی به ولتاژ ورودی وصل شود یا دارای ایزوله ولتاژ گالوانیکی باشد. این همه به دستگاه خاصی که مبدل در آن استفاده خواهد شد بستگی دارد.

برای ادامه مطلب در مورد مبدل های DC/DC، حداقل باید این نظریه را به صورت کلی درک کنید.

چاپر مبدل کاهنده - مبدل باک

نمودار عملکردی آن در شکل زیر نشان داده شده است. فلش های روی سیم ها جهت جریان ها را نشان می دهد.

شکل 2. نمودار عملکردیتثبیت کننده خرد کن

ولتاژ ورودی Uin به فیلتر ورودی - خازن Cin عرضه می شود. ترانزیستور VT به عنوان یک عنصر کلیدی استفاده می شود؛ این سوئیچینگ جریان فرکانس بالا را انجام می دهد. می تواند هر دو باشد. علاوه بر قطعات نشان داده شده، مدار حاوی یک دیود تخلیه VD و یک فیلتر خروجی - LCout است که از آن ولتاژ به بار Rн تامین می شود.

به راحتی می توان دید که بار به صورت سری با عناصر VT و L متصل می شود. بنابراین، مدار متوالی است. افت ولتاژ چگونه اتفاق می افتد؟

مدولاسیون عرض پالس - PWM

مدار کنترل پالس های مستطیلی با فرکانس ثابت یا دوره ثابت تولید می کند که در اصل همان چیزی است. این پالس ها در شکل 3 نشان داده شده اند.

شکل 3. کنترل پالس ها

در اینجا t زمان پالس است، ترانزیستور باز است، t زمان مکث است و ترانزیستور بسته است. نسبت ti/T را چرخه وظیفه چرخه کاری می نامند که با حرف D نشان داده می شود و به صورت %% یا به سادگی به اعداد بیان می شود. مثلاً با D برابر 50% معلوم می شود که D=0.5.

بنابراین، D می تواند از 0 تا 1 متغیر باشد. با مقدار D=1، ترانزیستور کلید در حالت رسانایی کامل است و با D=0 در حالت قطع، به بیان ساده، بسته است. حدس زدن اینکه در D=50% ولتاژ خروجی برابر با نصف ورودی خواهد بود دشوار نیست.

کاملاً بدیهی است که ولتاژ خروجی با تغییر عرض پالس کنترل t و در واقع با تغییر ضریب D تنظیم می شود که به این اصل تنظیم (PWM) می گویند. تقریباً در تمام منابع تغذیه سوئیچینگ، با کمک PWM است که ولتاژ خروجی تثبیت می شود.

در نمودارهای نشان‌داده‌شده در شکل‌های 2 و 6، PWM در مستطیل‌هایی با برچسب «مدار کنترل» «پنهان» شده است که برخی عملکردهای اضافی را انجام می‌دهد. به عنوان مثال، این می تواند شروع نرم ولتاژ خروجی، روشن شدن از راه دور یا حفاظت از اتصال کوتاه مبدل باشد.

به طور کلی مبدل ها آنقدر پرکاربرد شده اند که شرکت های تولیدی قطعات الکترونیکیتولید کنترلرهای PWM را برای همه موارد راه اندازی کرد. مجموعه آنقدر بزرگ است که فقط برای فهرست کردن آنها به یک کتاب کامل نیاز دارید. بنابراین، مبدل ها را جمع آوری کنید عناصر گسسته، یا همانطور که اغلب در "راسیپوخ" می گویند، به ذهن کسی نمی رسد.

علاوه بر این، مبدل های آماده کم مصرف را می توان در Aliexpress یا Ebay با قیمت پایین خریداری کرد. در این حالت برای نصب در طرح آماتور کافی است سیم های ورودی و خروجی را به برد لحیم کرده و ولتاژ خروجی مورد نیاز را تنظیم کنید.

اما اجازه دهید به شکل 3 خود برگردیم. در این مورد، ضریب D تعیین می کند که چه مدت باز (فاز 1) یا بسته (فاز 2) خواهد بود. برای این دو فاز، مدار را می توان در دو نقشه نشان داد. شکل ها آن دسته از عناصری را که در این مرحله استفاده نشده اند نشان نمی دهند.

شکل 4. فاز 1

هنگامی که ترانزیستور باز است، جریان منبع تغذیه (سلول گالوانیکی، باتری، یکسو کننده) از چوک القایی L، بار Rn و خازن شارژ Cout عبور می کند. در همان زمان، جریان از طریق بار عبور می کند، خازن Cout و سلف L انرژی را جمع می کنند. به دلیل تأثیر اندوکتانس سلف، iL فعلی به تدریج افزایش می یابد. این فاز پمپاژ نامیده می شود.

پس از رسیدن ولتاژ بار به مقدار تنظیم شده (تعیین شده توسط تنظیمات دستگاه کنترل)، ترانزیستور VT بسته می شود و دستگاه به فاز دوم - فاز تخلیه می رود. ترانزیستور بسته در شکل اصلا نشان داده نشده است، انگار وجود ندارد. اما این فقط به این معنی است که ترانزیستور بسته است.

شکل 5. فاز 2

هنگامی که ترانزیستور VT بسته می شود، هیچ تجدید انرژی در سلف رخ نمی دهد، زیرا منبع تغذیه خاموش است. اندوکتانس L تمایل دارد از تغییر در مقدار و جهت جریان (خود القایی) که از سیم پیچ سلف عبور می کند جلوگیری کند.

بنابراین، جریان نمی تواند فورا متوقف شود و از طریق مدار "دیود-بار" بسته می شود. به همین دلیل دیود VD را دیود تخلیه می نامند. به عنوان یک قاعده، این یک دیود شاتکی با سرعت بالا است. پس از دوره کنترل، فاز 2، مدار به فاز 1 سوئیچ می شود و روند دوباره تکرار می شود. حداکثر ولتاژ در خروجی مدار در نظر گرفته شده می تواند برابر با ورودی باشد و نه بیشتر. برای به دست آوردن ولتاژ خروجی بیشتر از ورودی، از مبدل های تقویت کننده استفاده می شود.

در حال حاضر فقط باید میزان اندوکتانس را که دو حالت کارکرد هلی کوپتر را تعیین می کند، یادآوری کنیم. اگر اندوکتانس کافی نباشد، مبدل در حالت جریان قطع کار می کند، که برای منابع تغذیه کاملا غیر قابل قبول است.

اگر اندوکتانس به اندازه کافی بزرگ باشد، عملیات در حالت جریان پیوسته رخ می دهد، که این امکان را با استفاده از فیلترهای خروجی، به دست آوردن یک ولتاژ ثابت با سطح قابل قبول ریپل فراهم می کند. مبدل های تقویت کننده، که در زیر مورد بحث قرار خواهند گرفت، در حالت جریان پیوسته نیز کار می کنند.

برای افزایش اندکی راندمان، دیود تخلیه VD با یک ترانزیستور MOSFET جایگزین می شود که در لحظه مناسب توسط مدار کنترل باز می شود. به چنین مبدل هایی سنکرون می گویند. استفاده از آنها در صورتی توجیه می شود که قدرت مبدل به اندازه کافی بزرگ باشد.

مبدل های افزایش یا تقویت

مبدل های تقویت کننده عمدتاً برای منبع تغذیه ولتاژ پایین، به عنوان مثال، از دو یا سه باتری استفاده می شوند و برخی از اجزای طراحی نیاز به ولتاژ 12 ... 15 ولت با مصرف جریان کم دارند. اغلب، یک مبدل تقویت کننده به طور خلاصه و واضح کلمه "تقویت کننده" نامیده می شود.

شکل 6. نمودار عملکردی یک مبدل تقویت کننده

ولتاژ ورودی Uin به فیلتر ورودی Cin اعمال می شود و به L متصل سری و ترانزیستور سوئیچینگ VT عرضه می شود. یک دیود VD به نقطه اتصال بین سیم پیچ و تخلیه ترانزیستور متصل است. بار Rn و خازن شنت Cout به ترمینال دیگر دیود متصل می شوند.

ترانزیستور VT توسط یک مدار کنترلی کنترل می شود که سیگنال کنترلی با فرکانس پایدار با چرخه کار قابل تنظیم D را تولید می کند، همانطور که دقیقاً در بالا هنگام توصیف مدار چاپر توضیح داده شد (شکل 3). دیود VD بار را از ترانزیستور کلید در زمان های مناسب مسدود می کند.

هنگامی که ترانزیستور کلید باز است، خروجی سمت راست سیم پیچ L مطابق نمودار به قطب منفی منبع تغذیه Uin متصل می شود. جریان فزاینده ای (به دلیل تأثیر اندوکتانس) از منبع تغذیه از طریق سیم پیچ و ترانزیستور باز جریان می یابد و انرژی در سیم پیچ جمع می شود.

در این زمان، دیود VD بار و خازن خروجی را از مدار سوئیچینگ مسدود می کند و در نتیجه از تخلیه خازن خروجی از طریق ترانزیستور باز جلوگیری می کند. بار در این لحظه توسط انرژی انباشته شده در خازن Cout تغذیه می شود. به طور طبیعی، ولتاژ خازن خروجی کاهش می یابد.

به محض اینکه ولتاژ خروجی کمی کمتر از مقدار تنظیم شده (که توسط تنظیمات مدار کنترل تعیین می شود) کاهش یابد، ترانزیستور کلید VT بسته می شود و انرژی ذخیره شده در سلف، از طریق دیود VD، خازن Cout را شارژ می کند، که انرژی را به انرژی می دهد. بار. در این حالت emf خود القایی سیم پیچ L به ولتاژ ورودی اضافه شده و به بار منتقل می شود، بنابراین ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی است.

هنگامی که ولتاژ خروجی به سطح تثبیت تنظیم شده رسید، مدار کنترل ترانزیستور VT را باز می کند و فرآیند از مرحله ذخیره انرژی تکرار می شود.

مبدل های جهانی - SEPIC (مبدل سلف اولیه یا مبدل با یک اندوکتانس اولیه با بار نامتقارن).

چنین مبدل هایی عمدتاً زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که بار دارای توان ناچیز است و ولتاژ ورودی نسبت به ولتاژ خروجی بالا یا پایین تغییر می کند.

شکل 7. نمودار عملکرد مبدل SEPIC

بسیار شبیه به مدار مبدل تقویت کننده نشان داده شده در شکل 6، اما با عناصر اضافی: خازن C1 و سیم پیچ L2. این عناصر هستند که عملکرد مبدل را در حالت کاهش ولتاژ تضمین می کنند.

مبدل های SEPIC در برنامه هایی استفاده می شود که ولتاژ ورودی به طور گسترده ای متفاوت است. به عنوان مثال رگولاتور مبدل ولتاژ بالا و پایین 4V-35V به 1.23V-32V Boost Buck ولتاژ است. با این نام است که مبدل در فروشگاه های چینی به فروش می رسد که نمودار آن در شکل 8 نشان داده شده است (برای بزرگنمایی روی شکل کلیک کنید).

شکل 8. نمودار شماتیکمبدل SEPIC

شکل 9 ظاهر تخته را با تعیین عناصر اصلی نشان می دهد.

شکل 9. ظاهرمبدل SEPIC

شکل قطعات اصلی را مطابق با شکل 7 نشان می دهد. توجه داشته باشید که دو سیم پیچ L1 L2 وجود دارد. بر اساس این ویژگی، می توانید تشخیص دهید که این مبدل SEPIC است.

ولتاژ ورودی برد می تواند در محدوده 4…35 ولت باشد. در این مورد، ولتاژ خروجی را می توان در 1.23…32V تنظیم کرد. فرکانس کاری مبدل 500 کیلوهرتز می باشد.برد با ابعاد کوچک 50*25*12 میلی متر توان تا 25 وات را تامین می کند. حداکثر جریان خروجی تا 3A.

اما در اینجا باید تذکری داده شود. اگر ولتاژ خروجی روی 10 ولت تنظیم شود، جریان خروجی نمی تواند بیشتر از 2.5 آمپر (25 وات) باشد. با ولتاژ خروجی 5 ولت و حداکثر جریان 3 آمپر، توان تنها 15 وات خواهد بود. نکته اصلی در اینجا این است که زیاده روی نکنید: یا از حداکثر توان مجاز تجاوز نکنید یا از حد مجاز جریان فراتر نروید.

تونی آرمسترانگ ترجمه: پاول باشماکوف active@site Vladimir Rentyuk

معرفی

سیاست فنی سازندگان تجهیزات مخابراتی، در پاسخ به تقاضای بازار، با هدف افزایش مداوم توان عملیاتی و کارایی سیستم‌هایی است که تولید می‌کنند و همچنین بهبود عملکرد و به طور کلی آنها. مشخصات فنی. در عین حال، مسائل مربوط به کاهش مصرف انرژی کلی سیستم های تولیدی نیز همچنان مرتبط است. به عنوان مثال، یک هدف معمولی کاهش مصرف کلی انرژی با تغییر مسیر worker thread و انتقال بار کاری به سرورهای کم استفاده است، که اجازه می دهد برخی از سرورهایی که در حال حاضر آزاد هستند خاموش شوند. برای برآورده ساختن این الزامات، دانستن میزان مصرف برق تجهیزات مصرف کننده نهایی ضروری است. بنابراین، یک سیستم مدیریت برق دیجیتال (DPSM) که به درستی طراحی شده باشد، می‌تواند داده‌هایی را در مورد مصرف انرژی در اختیار کاربر قرار دهد، که به پیاده‌سازی راه‌حل‌های هوشمند یا، به قول خودشان، «هوشمند» برای مدیریت مصرف انرژی کلی کمک می‌کند.

مزیت و مزیت اصلی استفاده از فناوری DPSM کاهش هزینه های توسعه و کاهش زمان عرضه به بازار برای محصول نهایی است. سیستم‌های چند باس پیچیده را می‌توان با استفاده از یک محیط توسعه جامع با رابط کاربری گرافیکی بصری (GUI) ایجاد کرد. علاوه بر این، چنین سیستم هایی تست و اشکال زدایی دستگاه را ساده می کنند و امکان ایجاد تغییرات مستقیم از طریق رابط گرافیکی به جای جامپرهای لحیم کاری را فراهم می کنند. مزیت دیگر پیش بینی خرابی های سیستم قدرت و اجرای اقدامات پیشگیرانه است که با در دسترس بودن داده های تله متری بلادرنگ امکان پذیر است. شاید مهم‌تر از همه، مبدل‌های DC/DC با قابلیت‌های کنترل دیجیتال، طراحان را قادر می‌سازد تا سیستم‌های برق سبز را طراحی کنند که عملکرد مورد نیاز را با حداقل مصرف برق در نقاط بار ارائه کنند. علاوه بر این، مزایا در سطح نصب چنین سیستم‌هایی وجود دارد که هزینه‌های زیرساختی و هزینه کلی استفاده از سیستم را در طول عمر محصول کاهش می‌دهد.

بیشتر سیستم‌های مخابراتی از طریق یک ریل 48 ولت تغذیه می‌شوند، که سپس معمولاً به ولتاژ ریل متوسط ​​کاهش می‌یابد، معمولاً در محدوده ولتاژ 12 ولت تا 3.3 ولت، که مستقیماً کارت‌های موجود در قفسه‌های سیستم را تغذیه می‌کند. با این حال، اکثر مدارهای کمکی یا آی سی روی بردها باید در ولتاژهای کمتر از 1 ولت تا 3.3 ولت در جریان های بین ده ها میلی آمپر تا صدها آمپر کار کنند. در نتیجه، مبدل‌های DC/DC مورد استفاده در فناوری POL (نقطه بار) باید ولتاژ باس متوسط ​​را به ولتاژ مورد نیاز این مدارها یا ریزمدارهای کمکی کاهش دهند. چنین اتوبوس هایی مشمول الزامات بسیار سختگیرانه برای انطباق با ترتیب سوئیچینگ، دقت ولتاژ، حاشیه و کنترل هستند (معمولاً از عملکرد سرپرست استفاده می کنند).

تا پنجاه باس POL مختلف در سیستم‌های مخابراتی وجود دارد و طراحان سیستم به روشی ساده برای کنترل این باس‌ها، هم از نظر ولتاژ خروجی، هم ترتیب فعال‌سازی و هم سطح حداکثر جریان بار مجاز نیاز دارند. به عنوان مثال، برخی از پردازنده ها نیاز دارند که درگاه های I/O آنها قبل از اعمال ولتاژ اصلی به هسته، با ولتاژ تغذیه شوند. راه حل های دیگر، به ویژه DSP (English DSP - Digital Signal Processor, Digital signal processor)، تامین ولتاژ اصلی آن را حتی قبل از رسیدن ولتاژ به پورت های ورودی/خروجی فراهم می کند. رعایت یک روش خاص برای کاهش استرس هنگام خاموش کردن برق نیز یک پیش نیاز است. به منظور ساده سازی طراحی قدرت، طراح سیستم به یک راه آسان برای ایجاد تمام تغییرات لازم برای بهینه سازی عملکرد سیستم نیاز دارد و در عین حال پیکربندی خاص مورد نیاز برای هر یک از مبدل های DC/DC خود را حفظ می کند.

علاوه بر این، برای برآورده کردن همزمان الزامات برای همه ریل های برق چندگانه روی بردها و کاهش مساحت خود بردها، طراحان سیستم باید مبدل های ولتاژ نسبتا ساده ای داشته باشند، زیرا مبدل های ولتاژ با ارتفاع بیش از 2 میلی متر نمی توانند به دلیل تراکم نصب در صورتی که در قفسه های رک اجرا شود در قسمت پشتی تخته ها قرار گیرد. بنابراین، متخصصان واقعاً به چنین منابع تغذیه کاملاً کاملی در یک ضریب شکل کوچک نیاز دارند.

راه حل

μ ماژولشرکت ها یک سیستم کامل به اصطلاح در یک بسته ارائه می دهند - SiP (SiP انگلیسی - System in a Package). استفاده از چنین طرحی زمان طراحی را به حداقل می رساند و کاهش مساحت بردهای مدار چاپی و افزایش تراکم طرح را ممکن می سازد.

نوع مبدل DC/DC μ ماژولیک راه حل کامل مدیریت توان با یک کنترلر داخلی، ترانزیستورهای قدرت، خازن های ورودی و خروجی، عناصر مدار جبرانی و سلف ها است که در بسته های نصب سطحی فشرده مانند BGA یا LGA قرار گرفته است. طراحی با مبدل های DC/DC مانند μModules می تواند زمان توسعه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. بدین ترتیب زمان لازم برای تکمیل فرآیند طراحی بسته به پیچیدگی طرح تا 50 درصد کاهش می یابد. خانواده μModule بار سنگین انتخاب مؤلفه، بهینه‌سازی و چیدمان دستگاه را از عهده توسعه‌دهنده برمی‌دارد و کاهش می‌دهد. کل زمانتوسعه سیستم و جستجو نقص های احتمالیو در نهایت زمان عرضه محصول به بازار را افزایش می دهد.

راه حل های مبتنی بر مبدل های DC/DC μ ماژولاز شرکت فناوری خطی،آنها که به شکل فشرده و شبیه IC طراحی شده اند، همه اجزای کلیدی را یکپارچه می کنند و معمولاً برای جایگزینی منابع تغذیه در قطعات مجزا، مدارهای سیگنال و ساختارهای جدا شده استفاده می شوند. با تشکر از کنترل دقیق و آزمایش دقیق توسط شرکت فناوری خطیخانواده مبدل های DC/DC μ ماژولبا قابلیت اطمینان بالا متمایز می شوند و طیف گسترده ای از چنین محصولاتی انتخاب آنها را برای بهینه سازی طراحی و قرار دادن مبدل ها بر روی یک برد مدار چاپی خاص ساده می کند.

خانواده محصولات μ ماژولطیف وسیعی از برنامه ها، از جمله ماژول های PoL را پوشش می دهد، دستگاه شارژ، درایورهای LED، تراشه های مدیریت انرژی (منبع تغذیه PMBus با کنترل دیجیتال) و مبدل های ایزوله. مبدل های خط μ ماژولراه حل های قدرت زمان طراحی را کاهش می دهند و بر محدودیت های فضا غلبه می کنند در حالی که کارایی بالا، قابلیت اطمینان و برای برخی از محصولات راه حل های تداخل الکترومغناطیسی تابشی کمتر (EMI) را ارائه می دهند که الزامات EN55022 کلاس B را برآورده می کند.

برنج. 1. منابع خط μModule با مشخصات پایین (ارتفاع کمتر از 2 میلی متر) را می توان در هر دو طرف PCB قرار داد.

از آنجایی که به دلیل افزایش پیچیدگی سیستم، تمام عناصر ساختاری تشکیل دهنده آن پراکنده می شوند و خود چرخه های طراحی تا حد امکان کوتاه می شوند، موضوع مالکیت معنوی چنین سیستمی به عنوان یک کل مطرح می شود. این اغلب به این معنی است که طراحی سیستم قدرت را نمی توان تا زمانی که کل چرخه طراحی کامل کرد، رها کرد. با زمان کم و منابع بسیار محدود، طراحان سیستم های قدرت اغلب با چالش ایجاد سازگارترین و بازدهی بالا سیستم قدرت ممکن در حالی که کمترین مقدار فضای PCB را اشغال می کنند، مواجه می شوند. برای حل دقیقاً چنین مشکلاتی، منابع تغذیه خط μModule ایجاد شد که ترکیبی از راندمان بالای مبدل پالس و سهولت استفاده از LDO است.

طراحی دقیق، چیدمان صحیح PCB، انتخاب دقیق اجزاء - همه اینها هنگام طراحی یک سیستم قدرت موثر یک کار جدایی ناپذیر و وقت گیر است. زمانی که زمان بسیار محدود است یا تجربه در ایجاد چنین سیستم هایی کافی نیست، منابع تغذیه ماژولار آماده از خط μModule به صرفه جویی در وقت شما و از بین بردن خطر از دست دادن مهلت های پروژه کمک می کند.

به عنوان مثال، اجازه دهید یک رگولاتور ولتاژ DC/DC پالس فوق فشرده را در نظر بگیریم -. این یک رگولاتور ولتاژ 5-A دو کاناله 2.5 آمپر در هر کانال/تک کانال 5-A در طراحی میکرو ماژولار در بسته LGA بسیار نازک و کوچک 6.25 x 6.25 x 1.82 میلی متر است. مشخصات این منبع قابل مقایسه با پروفیل یک خازن سرامیکی استاندارد در پکیج 1206 است که امکان قرار دادن این منبع در دو طرف بالا و پایین برد مدار چاپی را فراهم می کند و باعث کاهش چشمگیر ردپا می شود که به ویژه برای کارت های با فرمت PCIe و انواع اتصالات میانی (شکل 1).

خانواده مبدل های DC/DC μ ماژولشرکت ها فناوری خطیهمچنین نشان دهنده راه حلی است که به طور همزمان بالا ارائه می دهد توان خروجیو عملکرد DPSM.

جدول. فهرست منابع تغذیه ماژولار DC/DC با مشخصات پایین از فناوری خطی

از آنجایی که بسیاری از تثبیت کننده های ولتاژ خانواده μ ماژولبرای بارهای جریان بالا را می توان به صورت موازی وصل کرد و با تطابق با دقت بالا در توزیع جریان ها (در انحراف اسمی 1٪ از یکدیگر)، این خطر نقاط گرمایش موضعی را کاهش می دهد. علاوه بر این، کافی است تنها یکی از تثبیت کننده های ولتاژ متصل شود μ ماژولتوانایی پیاده‌سازی عملکرد DPSM را فراهم می‌کند و این اوست که می‌تواند یک رابط دیجیتال کامل ارائه دهد، حتی اگر سایر دستگاه‌های μModule متصل به موازات توانایی اجرای عملکرد DPSM را نداشته باشند. در شکل شکل 2 مداری را برای یک راه حل برای جریان 180 A به اضافه اجرای تابع DPSM برای فناوری PoL نشان می دهد. این راه حل بر اساس یک ماژول است LTM4677(تنظیم کننده ولتاژ میکرومژول با عملکرد DPSM برای جریان تا 36 A)، به صورت موازی با سه LTM4650 (تثبیت کننده ولتاژ μModule برای جریان تا 50 A بدون عملکرد DPSM) متصل شده است.

برنج. 2. ترکیب یک LTM4677 DPSM μModule و سه تنظیم کننده ولتاژ خانواده μModule LTM4650 به شما امکان می دهد یک منبع تغذیه با ولتاژ خروجی 1 ولت و جریان 186 A از گذرگاه میانی ورودی با ولتاژ ورودی اسمی 12 ولت پیاده سازی کنید.

نتیجه

با قابلیت DPSM و پروفیل های بسیار نازک، طراحان قدرت می توانند به راحتی پیاده سازی کنند سیستم های مدرنالزامات طراحی را برآورده می کند و توان خروجی 1 ولت بالا را برای تامین انرژی جدیدترین مدارهای مجتمع زیر 20 نانومتری ویژه برنامه (ASIC)، هسته های GPU و FPGA ارائه می دهد. وقتی LTM4622 روی PCB نصب می شود، به لطف نمایه بسیار نازک خود، استفاده از فضای زیرین برد را بهینه می کند. البته این راه حل باعث صرفه جویی قابل توجهی در فضای گران قیمت روی برد نمی شود، اما کاهش می دهد الزامات کلیخنک کننده به دلیل کارایی بیشتر

و در پایان، می خواهم به شما یادآوری کنم که استفاده از تثبیت کننده های ولتاژ خانواده μModule در مناطقی که زمان اشکال زدایی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و به استفاده موثرتر از ناحیه برد مدار چاپی کمک می کند منطقی است. نتیجه کاهش هزینه های زیرساخت و همچنین هزینه های کل مالکیت در طول عمر محصول نهایی است.

نمونه ها و ابزارهای اشکال زدایی را می توان در سایت درخواست کرد

اصل عملیات

اصل عملکرد در خود نام موجود است. ولتاژ مستقیم به ولتاژ متناوب تبدیل می شود. پس از این، آن را بالا یا پایین آورده و به دنبال آن صاف می شود و به دستگاه تغذیه می شود. مبدل های DC-DC که بر اساس اصل فوق کار می کنند مبدل های پالسی نامیده می شوند. مزیت مبدل های پالس راندمان بالای آنها است: حدود 90٪.

ولتاژ خروجی این مبدل ها کمتر از ورودی است. به عنوان مثال، با ولتاژ ورودی 12-50 ولت، با استفاده از چنین مبدل های DC-DC می توانید ولتاژ چند ولتی را در خروجی دریافت کنید.

مبدل های ولتاژ نیز در طراحی متفاوت هستند. اونها می تونند ... باشند:

مدولار
این رایج ترین نوع مبدل های DC-DC است که تعداد زیادی از آنها را شامل می شود مدل های مختلف. مبدل در یک محفظه فلزی یا پلاستیکی قرار می گیرد، به استثنای دسترسی به عناصر داخلی.
برای نصب PCB

این مبدل ها به طور خاص برای نصب بر روی برد مدار چاپی طراحی شده اند. آنها با مدولار تفاوت دارند زیرا مسکن ندارند.

→ محدوده ولتاژ خروجی شامل پارامترهایی است که مبدل DC-DC قادر است در هنگام کارکرد عادی در خروجی تولید کند.

→ ضریب عملکرد (بازده) نسبت مقادیر توان ورودی و خروجی است. راندمان به تعدادی از شرایط بستگی دارد، اما بیشترین بازده در حداکثر بار مجاز به دست می آید. هرچه اختلاف بین ولتاژ ورودی و خروجی بیشتر باشد، بازده کمتری دارد.

→محدودیت جریان خروجی این محافظ در اکثر مدل های تثبیت کننده مدرن موجود است. به صورت زیر عمل می کند: به محض اینکه جریان خروجی به مقدار تنظیم شده برسد، ولتاژ ورودی کاهش می یابد. هنگامی که جریان خروجی در محدوده قابل قبول قرار گرفت، تغذیه ولتاژ از سر گرفته می شود.

پارامترهای دقت

→ موج دار شدن. حتی در شرایط ایده آل، "صداهای" خاصی وجود دارد، بنابراین حذف کامل آنها غیرممکن است. واحدهای اندازه گیری mV هستند. گاهی اوقات سازنده "rr" را در کنار آن قرار می دهد که به معنای محدوده ولتاژ موج دار است - از حداقل اوج منفی تا حداکثر مثبت.

کنترل ها
کنترل ها با چهار دکمه نشان داده می شوند.