Convertidores de tensión CC
Hablando de la conversión de energía eléctrica, uno puede recordar varios transformadores, generadores, fuentes de alimentación para varios electrodomésticos, cargadores para dispositivos electrónicos, inversores de soldadura e incluso plantas de energía nuclear. En todos los casos, la transformación de la energía eléctrica se produce de una forma u otra. Podemos decir que en la vida cotidiana estamos rodeados de varios tipos de convertidores eléctricos y es difícil imaginar su ausencia total en el mundo moderno.
Los convertidores CC/CC se han vuelto particularmente comunes en los últimos veinte años. Esto se debe al rápido desarrollo de la industria de los semiconductores y la electrónica en general.
Los convertidores de pulsos de alta frecuencia casi han sido expulsados del mercado por las fuentes de alimentación de transformadores de baja frecuencia, que ahora solo se pueden encontrar en televisores viejos y otros dispositivos antiguos o en algunos amplificadores de audio modernos.
El transformador (o estrangulador) de alta frecuencia tiene un tamaño mucho más pequeño que el transformador de hierro de baja frecuencia diseñado para operar desde una red de 50-60 Hz, razón por la cual las fuentes de alimentación conmutadas son tan compactas.De una forma u otra, los convertidores CC/CC aún contienen un transformador (o estrangulador) en su diseño, pero no es un transformador tan pesado y ruidoso.
La gama de convertidores DC-DC modernos (es decir, los llamados convertidores de voltaje DC-to-DC) es bastante amplia. Echemos un vistazo más de cerca a qué son exactamente los convertidores DC-DC.
1. Transductor ajustable en miniatura
Este pequeño convertidor de 43 mm x 21 mm y modelos similares tienen un precio de $1 o más en los mercados chinos. Esta instancia ejecuta un chip LM2596 y sus parámetros de salida se pueden ajustar. Se aplica un voltaje de CC en el rango de 4,5 a 40 voltios a la entrada y se obtiene un voltaje de CC de 1,3 a 35 voltios en la salida.
La corriente máxima que se puede obtener de este convertidor es de 3 amperios, pero en este caso se requiere un disipador, si el convertidor se utiliza sin disipador, la corriente promedio no debe exceder los 2 amperios. La eficiencia de dicho convertidor puede alcanzar el 92%.
Este convertidor se ensambla de acuerdo con la topología del convertidor reductor y todos sus componentes principales son visibles en el tablero: condensadores de entrada y salida, asfixia, Diodo Schottky, resistencia de regulación y el propio microcircuito en un paquete TO-263-5. El esquema anterior no muestra una resistencia de ajuste, pero hay una en la placa.
Sin esta resistencia, el circuito no dará más de 5 voltios en la salida, pero si la retroalimentación no se quita directamente del capacitor de salida del filtro, sino a través de un divisor de voltaje que se acaba de ensamblar aquí usando esta resistencia reguladora, usted puede extender significativamente el rango de voltaje de salida implementado en esta placa.
El alcance de estos convertidores está limitado únicamente por la imaginación del desarrollador. Aquí puede encender los LED y cargar varios dispositivos portátiles y mucho más.
También existen convertidores elevadores de este tipo, fabricados según la topología de un convertidor creciente (amplificador).
En la imagen de arriba (tablero rojo) se encuentra un convertidor elevador ajustable con una potencia máxima de hasta 150 watts (se requiere enfriamiento adicional), cuya entrada puede ser alimentada de 10 a 30 voltios, y en la salida de 12 a 35 voltios.
Al igual que en el ejemplo anterior, este convertidor tiene en la salida una resistencia de regulación, la cual se encarga de obtener el valor deseado de la tensión de salida. El chip de control se encuentra en la parte posterior de la placa. El tablero en sí mide 65 mm x 35 mm. El precio de dicho convertidor es 3 veces mayor que el ejemplo anterior.
2. Fuente de alimentación resistente al agua
Esta fuente de alimentación tiene una carcasa resistente, resistente al agua y fundida a presión llena de epoxi, lo que permite su uso tanto en el transporte como en cualquier otro equipo que requiera confiabilidad y seguridad. El inversor tiene protección contra sobretensión, sobretensión, cortocircuito y sobrecarga.
El rango de tensión de entrada de los diferentes modelos es muy amplio y en este ejemplo de 9 a 24 voltios, mientras que la salida es de 24 voltios con una corriente máxima de 5 amperios (en este ejemplo). El tamaño de la caja en la foto es de 75 mm x 75 mm, la altura es de 31 mm. El precio de tales convertidores es de aproximadamente 10 a 50 dólares, según la capacidad.
Los convertidores de este tipo se fabrican para potencias de 15 a 360 watts, para voltajes de entrada de hasta 60 volts y para voltajes de salida de 5 a 48 volts. También son bastante comunes en muchos mercados.
3. Cambie la alimentación de CC al gabinete
Por lo general, estas fuentes de alimentación se fabrican de acuerdo con un circuito de conmutación flyback, push-pull o de medio puente. Están disponibles para voltajes de entrada de 19 a 72 voltios y superiores, y la salida suele ser de 5 a 24 voltios. La potencia de los convertidores de este tipo puede alcanzar los 1000 vatios. Tamaños de caja de 78 mm x 51 mm x 28 mm a 295 mm x 127 mm x 41 mm.
Estas fuentes de alimentación están disponibles a través de muchos fabricantes y pueden costar varios cientos de dólares. Muy a menudo, estos dispositivos se utilizan para alimentar tiras de LED. Tienen la capacidad de ajustar con precisión el voltaje de salida y tienen protección contra sobrecarga.
Existen en el mercado modelos similares de convertidores que se alimentan directamente de la red de corriente alterna, los llamados convertidores AC-DC, pero allí, sin embargo, la tensión de la red se rectifica primero, se filtra, es decir, se hace constante y solo después de que se convierte por medio de una conversión y rectificación de alta frecuencia estándar en voltaje constante a otro nivel, es decir, más bajo, se usa nuevamente el módulo convertidor DC-DC.
A diferencia de otros convertidores, los convertidores alimentados por una red de corriente alterna necesariamente tienen aislamiento galvánico del devanado secundario del transformador de pulso de alta frecuencia del primario... Como regla general, el circuito de retroalimentación en tales unidades se aísla usando optoacopladores… Para ser justos, debe tenerse en cuenta que las unidades de bajo consumo de este tipo también están disponibles en un diseño sin marco.
4. Convertidor DC-DC para montaje en PCB
Estas fuentes de alimentación en miniatura varían en potencia de 0,25 a 100 vatios. Permiten un rango de voltajes de entrada: 3-3.6V, 4.5-9V, 9-18V, 13-16.6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V y 36-75V.Dependiendo del fabricante, los rangos de tensión de alimentación pueden diferir. Algunos convertidores permiten ajustar el voltaje de salida y poner el dispositivo en modo de espera. El rango de voltaje de salida estándar de los bloques: 5V, 12V, 15V.
Los convertidores CC-CC para montaje en placa de circuito impreso están aislados eléctricamente (1500 V) y la temperatura máxima permitida puede alcanzar los 90 grados centígrados. De mayor interés para los desarrolladores son los convertidores con una potencia de 3 vatios. El costo de dichos convertidores varía desde unidades hasta decenas de dólares.
La frecuencia de funcionamiento de todos los convertidores DC-DC de conmutación industriales modernos está por encima de 50 kHz y alcanza los 300 kHz. Esta afirmación es cierta para los transformadores de impulsos y las bobinas de ferrita, ya que los núcleos de ferrita se utilizan en todas partes para los transformadores y las bobinas de los convertidores descritos.
Los circuitos integrados de conmutación de convertidor dedicados industriales a menudo tienen una frecuencia estrictamente establecida que siempre está por encima de 50 kHz. Si se utiliza un controlador PWM, los componentes externos establecen la frecuencia correspondiente.