conversores de tensão DC

Falando sobre a conversão de energia elétrica, pode-se lembrar de vários transformadores, geradores, fontes de alimentação para diversos eletrodomésticos, carregadores de aparelhos eletrônicos, inversores de soldagem e até usinas nucleares. Em todos os casos, a transformação da energia elétrica ocorre de uma forma ou de outra. Podemos dizer que no dia a dia estamos cercados por vários tipos de conversores elétricos e é difícil imaginar sua total ausência no mundo moderno.

Os conversores CC/CC tornaram-se particularmente comuns nos últimos vinte anos. Isso se deve ao rápido desenvolvimento da indústria de semicondutores e da eletrônica em geral.

Os conversores de pulso de alta frequência quase foram expulsos do mercado por fontes de alimentação de transformadores de baixa frequência, que agora só podem ser encontradas em televisores antigos e outros dispositivos antigos ou em alguns amplificadores de áudio modernos.

O transformador de alta frequência (ou indutor) tem um tamanho muito menor do que o transformador de ferro de baixa frequência projetado para operar em uma rede de 50-60 Hz, e é por isso que as fontes de alimentação chaveadas são tão compactas.De uma forma ou de outra, os conversores DC / DC ainda contêm um transformador (ou indutor) em seu design, mas não é um transformador tão pesado e barulhento.

A gama de conversores DC-DC modernos (ou seja, os chamados conversores de tensão DC-DC) é bastante ampla. Vamos dar uma olhada mais de perto no que exatamente são os conversores DC-DC.

1. Transdutor Miniatura Ajustável

Este pequeno conversor de 43 mm x 21 mm e modelos similares custam US$ 1 ou mais nos mercados chineses. Esta instância executa um chip LM2596 e seus parâmetros de saída podem ser ajustados. Uma tensão CC na faixa de 4,5 a 40 volts é aplicada à entrada e uma tensão CC de 1,3 a 35 volts é obtida na saída.

A corrente máxima que pode ser obtida deste conversor é de 3 amperes, mas neste caso é necessário um dissipador de calor, se o conversor for usado sem dissipador, a corrente média não deve ultrapassar 2 amperes. A eficiência desse conversor pode chegar a 92%.

Este conversor é montado de acordo com a topologia do conversor buck e todos os seus principais componentes são visíveis na placa: capacitores de entrada e saída, sufocamento, diodo Schottky, resistor regulador e o próprio microcircuito em um pacote TO-263-5. O esquema acima não mostra um resistor de compensação, mas existe um na placa.

Sem esse resistor o circuito não vai dar mais que 5 volts na saída, mas se a realimentação não for retirada diretamente do capacitor de saída do filtro, e sim através de um divisor de tensão que acabou de ser montado aqui usando esse resistor regulador, você pode estender significativamente a faixa de tensão de saída conforme implementado nesta placa.

O escopo desses conversores é limitado apenas pela imaginação do desenvolvedor. Aqui você pode alimentar os LEDs e carregar vários dispositivos portáteis e muito mais.

Existem também conversores boost deste tipo, feitos de acordo com a topologia de um conversor crescente (amplificador).

Na imagem acima (placa vermelha) está um conversor boost ajustável com potência máxima de até 150 watts (necessita refrigeração adicional), cuja entrada pode ser alimentada de 10 a 30 volts, e na saída de 12 a 35 volts.

Assim como no exemplo anterior, este conversor possui um resistor regulador na saída, que é responsável por obter o valor desejado da tensão de saída. O chip de controle está localizado na parte de trás da placa. A placa em si mede 65 mm x 35 mm. O preço desse conversor é 3 vezes maior que o exemplo anterior.

2. Fonte de alimentação à prova d'água

Esta fonte de alimentação possui um invólucro resistente, à prova d'água e fundido sob pressão preenchido com epóxi, permitindo que ela seja usada tanto no transporte quanto em qualquer outro equipamento que exija confiabilidade e segurança. O inversor tem proteção contra sobretensão, sobretensão, curto-circuito e sobrecarga.

A faixa de tensão de entrada dos diferentes modelos é muito ampla e neste exemplo de 9 a 24 volts, enquanto a saída é de 24 volts com uma corrente máxima de 5 amperes (neste exemplo). O tamanho da caixa na foto é 75mm x 75mm, a altura é 31mm. O preço desses conversores é de cerca de 10 a 50 dólares, dependendo da capacidade.

Os conversores deste tipo são fabricados para potências de 15 a 360 watts, para tensões de entrada de até 60 volts e para tensões de saída de 5 a 48 volts. Eles também são bastante comuns em muitos mercados.

3. Mude a alimentação CC para o gabinete

Normalmente, essas fontes de alimentação são feitas de acordo com um circuito de comutação flyback, push-pull ou meia ponte. Eles estão disponíveis para tensões de entrada de 19 a 72 volts e acima, e a saída é geralmente de 5 a 24 volts. A potência dos conversores desse tipo pode chegar a 1000 watts. Tamanhos de caixa de 78 mm x 51 mm x 28 mm a 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Essas fontes de alimentação estão disponíveis em vários fabricantes e podem custar até várias centenas de dólares. Muitas vezes, esses dispositivos são usados ​​​​para alimentar faixas de LED. Eles têm a capacidade de ajustar a tensão de saída e possuem proteção contra sobrecarga.

Existem no mercado modelos semelhantes de conversores que são alimentados diretamente da rede de corrente alternada, os chamados conversores AC-DC, mas aí, porém, a tensão da rede é primeiro retificada, filtrada, ou seja, tornada constante, e só depois de convertido por meio de uma conversão e retificação de alta frequência padrão em tensão constante em outro nível, menor ou seja, usado novamente no módulo conversor DC-DC.

Ao contrário de outros conversores, os conversores alimentados por uma rede de corrente alternada necessariamente possuem isolamento galvânico do enrolamento secundário do transformador de pulso de alta frequência do primário... Como regra, o loop de realimentação nessas unidades é isolado usando optoacopladores… Para ser justo, deve-se observar que as unidades de baixa potência desse tipo também estão disponíveis em um design sem moldura.

4. Conversor DC-DC para montagem de PCB

Essas fontes de alimentação em miniatura variam em potência de 0,25 a 100 watts. Eles permitem uma gama de tensões de entrada: 3-3,6 V, 4,5-9 V, 9-18 V, 13-16,6 V, 9-36 V, 18-36 V, 18-72 V, 36-72 V e 36-75 V.Dependendo do fabricante, as faixas de tensão de alimentação podem diferir. Alguns conversores permitem ajustar a tensão de saída e colocar o dispositivo em modo de espera. A faixa de tensão de saída padrão dos blocos: 5V, 12V, 15V.

Os conversores DC-DC para montagem em PCB são eletricamente isolados (1500V), e a temperatura máxima permitida pode chegar a 90 graus Celsius. De maior interesse para os desenvolvedores são os conversores com potência de 3 watts. O custo desses conversores varia de unidades a dezenas de dólares.

Todos os conversores DC-DC de comutação industrial modernos operam com frequência acima de 50kHz e atingem 300kHz. Esta afirmação é verdadeira para transformadores de pulso e bobinas de ferrite, uma vez que os núcleos de ferrite são usados ​​em todos os transformadores e bobinas usados ​​nos conversores descritos.

Os ICs de comutação de conversores dedicados industriais geralmente têm uma frequência estritamente definida que está sempre acima de 50 kHz. Se for usado um controlador PWM, a frequência correspondente é definida por componentes externos.