Ток dc – Обзор DC-DC повышающего конвертера с регулировкой тока и напряжения / Kvazis House / iXBT Live

Различие постоянного (dc-ток) и переменного (ac) тока

Постоянным, или DC-током, называется поток электрических зарядов, со временем не меняющий своего направления и силы, которая согласно классическому определению этой величины измеряется в кулонах в секунду (или амперах).

Образное представление

Образное представление

При знакомстве с электрическими явлениями постоянного характера важно помнить не только о направлении протекания физических процессов, но и об их интенсивности (силе). В реальных условиях эксплуатации электротехнического или электронного оборудования значение DC редко бывает абсолютно постоянным.

Причины непостоянства

Дело в том, что на выходе любой выпрямительной схемы, преобразующей переменный ток, всегда имеются низкочастотные гармоники исходного сигнала, называемые пульсациями.

Обратите внимание! При работе аккумуляторов и гальванических элементов говорить о его постоянстве также не совсем корректно, поскольку это может относиться только к понятию «полярность».

Батарея

Батарея

Сила потока электронов в любой нагрузке со временем также меняется (убывает), что связано со снижением ЭДС источника питания.

Из приведённых выше рассуждений следует, что говорить о постоянстве токовых характеристик в данных цепях можно только с некоторой долей условности. Оно приемлемо лишь в ситуациях, когда изменениями его силы можно пренебречь.

Основные характеристики тока

При рассмотрении основных параметров этой физической величины сразу оговоримся, что часто употребляемый термин «сила тока» большинством специалистов признан не совсем корректным. Гораздо более подходящей для обозначения его скалярной характеристики является не сила, а скорость (иногда её называют интенсивностью) перемещения свободных электрических зарядов.

Согласно классическому представлению, эта скорость определяется как количество заряда, перемещающегося через заданное сечение проводящего материала в единицу времени. Именно этот показатель, принимаемый за единицу силы тока, носит название одного Ампера.

Сила тока

Сила тока

Таким образом, поток в один Ампер – это перемещение заряда в один Кулон через данное проводящее сечение за время, равное секунде. Ещё одна характеристика постоянного тока, связанная с его протеканием по нагрузке с сопротивлением R, называется падением напряжения, которое измеряется в Вольтах. Оно определяется как разность потенциалов, образуемая на проводнике при протекании через него одного Ампера.

Это же определение может быть представлено в следующем виде. Один Вольт – это такая разность потенциалов между разнесёнными в электрическом поле точками, которой достаточно для совершения работы в один Джоуль (при переносе между ними заряда в один Кулон).

К практическим характеристикам получаемой посредством выпрямителей токовой компоненты обычно относят следующие параметры:

  • Амплитуда пульсаций, определяемая как разность его предельных значений;
  • Показатель пульсаций, представляемый в виде отношения двух величин, в котором в числителе ставится ток AC, а в знаменателе – DC.

Исследуем последнюю более подробно.

DC составляющая

При исследовании формы нагрузочного тока на выходе диодного выпрямителя с помощью осциллографа удаётся разглядеть его пульсации, проявляющиеся из-за ограниченности возможностей фильтрующих компонентов (ёмкостей).

В отдельных случаях эти составляющие настолько малы, что они могут не учитываться при расчёте схем, в которых должны устанавливаться фильтрующие конденсаторы. При таком подходе к категории исследуемый показатель удобнее рассматривать как импульсный или пульсирующий и выделять две его составляющие: DC и ас. Рассмотрим каждую из этих компонент более подробно.

Постоянная DC

Указанная величина вычисляется как среднее значение токового действия в течение периода. Она в корне отлична от другой характеристики пульсирующего потока, называемой переменной составляющей ас.

Изменяющаяся компонента

Переменный ток (точнее составляющая пульсирующего тока) ас представляет собой периодическое колебание его амплитуды около уже рассмотренного ранее среднего положения. При расчёте этой величины следует исходить из того, что её значение включает следующие составляющие:

  • Постоянную часть;
  • Значение переменной компоненты (ас), определяемое как среднеквадратичная величина.

Обе они являются компонентами исследуемого токового сигнала и, подобно всем электрическим параметрам, имеют фиксированную мощность (то есть способность выполнять определённую работу).

Последняя вычисляется как:

P=UхI,

где I – это средняя квадратичная постоянной составляющей и пульсаций тока.

То есть при расчёте мощности компоненты постоянной DC и переменной ас суммируются как комплексные величины.

Дополнительная информация. Они представляются в этом случае в виде векторных составляющих исходного сигнала.

Также важно, что все рассмотренные определения, как и символы AC и DC, в равной степени применимы и для категории «напряжение».

В заключение ещё раз обратим внимание на то, что представление о постоянном токе чаще всего связано с неизменностью направления потока свободных электронов. Однако в реальности это понятие предполагает учёт ряда скалярных характеристик, к одной из которых относится интенсивность потока зарядов в пассивной нагрузке.

При изменяющемся во времени номинальном значении этой токовой составляющей считать его постоянным можно только условно, что допускается в рамках решаемой в каждом конкретном случае задачи.

Видео

Оцените статью:

Как работает DC-DC преобразователь напряжения | Блог

Преобразователи напряжения используются везде и всюду. Будь то огромные многотонные трансформаторы на электроподстанциях, обычные 50-герцовые трансформаторы в домашней аппаратуре или сложные импульсные схемы с умными микроконтроллерами. Любой электроприбор имеет собственные требования к питанию, да и отдельные узлы в этом приборе тоже привередливы к значениям напряжений. Вопрос — почему? Из статьи вы узнаете, зачем вообще нужны преобразователи и как работает DC-DC регулятор напряжения на материнской плате компьютера.

Никакого единства…

В розетке 220 вольт, у блока питания 12 вольт, у зарядки телефона 5 вольт… Может сложиться впечатление, что инженерам нравится играть с напряжением, сначала повышая его до миллионов вольт на линиях электропередач, а потом до единиц вольт для питания центрального процессора. Почему люди не придумали какое-то единое значение напряжения и не используют его везде?

Определенно, центральный процессор — да и вообще любой другой микрочип — питать высоким напряжением прямо из розетки нельзя. Двенадцать вольт после блока питания тоже не подойдут. Во-первых, на микроскопическом уровне даже лишние пара десятых вольта могут привести к утечкам тока и повлиять на стабильность схемы. Во-вторых, чем выше напряжение, тем большее энергии расходуется на работу процессора. Поэтому с уменьшением техпроцесса разработчики стараются снизить и рабочий вольтаж. Когда-то процессоры, например, древний Intel 8086 выпуска 70-х годов, питались от 5 вольт, а современные работают всего от 1-1,4 вольта.

Блоки питания с напряжением 1 вольт на выходе — тоже не вариант, так как сила тока будет чрезмерно высокой — от нескольких десятков до сотен ампер. Ведь, снижая напряжение, растет сила тока при той же мощности. Вычислить силу тока можно, поделив мощность на напряжение.

 Большая сила тока вставляет палки в колеса при подборе проводников из-за их сопротивления. Сопротивление — эффект, когда структура проводника мешает беспрепятственному протеканию тока по нему. Заряженные частицы врезаются на полной скорости в атомы проводника, чем и вызывают сопутствующий нагрев, а сами частицы теряют энергию. Это как бег с препятствиями. Вы тоже потеряете энергию, если во время бега по густому лесу будете влетать в деревья.

Сопротивление любого провода не нулевое, причем оно увеличивается с ростом его длины. Толщина провода также влияет на сопротивление. Поэтому, чтобы передать большую мощность при низком значении напряжения и высокой силе тока, придется использовать довольно толстые провода.

К примеру, напряжение на ЛЭП специально увеличивают до сотен тысяч вольт после электростанции, чтобы передавать мегаватты электрической мощности на значительные расстояния с помощью относительно тонких проводов.

И последнее. У любой электроники свое значение рабочего напряжения, а у процессора оно еще и регулируется в зависимости от нагрузки и условий работы. Так что договориться и сделать единую энергосистему с одинаковым значением напряжения попросту нереально.

Нет, без преобразователей ну никак не обойтись.

Устройство DC-DC преобразователя

Для питания микроэлектроники от постоянного напряжения используются DC-DC преобразователи, основанные на принципах широтно-импульсной модуляции — ШИМ. Их еще называют регуляторами напряжения — VRM.

Как это работает? Возьмите обычный вентилятор. Что будет, если вы его включите? Правильно, он будет дуть с одинаковой силой.

Что произойдет, если с равной периодичностью дергать рубильник — включать вентилятор всего на полсекунды, а на следующие полсекунды выключать? Двигатель вентилятора не может мгновенно набрать максимальную скорость вращения, поэтому за такой небольшой промежуток времени он как следует не разгонится. Но и остановиться за то же время он не успеет, так как продолжит крутиться по инерции. Так что вентилятор продолжит дуть, но с гораздо меньшей мощностью. Попробуйте поэкспериментировать со своим домашним вентилятором.

Выходит, если включать и выключать питание вентилятора, то вместо постоянного напряжения мы получим прерывистые импульсы той же амплитуды.

Так и работает простейший ШИМ-регулятор. Но вместо человека с выключателем используется транзистор — он то открывается на некоторое время (ВКЛ), то закрывается (ВЫКЛ). Только делает это с частотой не два раза в секунду (2 Гц), а десятки тысяч раз (10 кГц). Вы так точно не сможете. Такой транзистор называется «ключевым».

Кто-то может возмутиться: «Но, погодите, нам нужно получить напряжение в 1 вольт, а тут хоть и прерывистые, но те же 12 вольт, что и на входе! Кажется, нас обманывают!»

Действительно, таким образом питать процессор по-прежнему нельзя. Так что к ключевому транзистору (VT1) понадобятся еще несколько элементов: катушка индуктивности (L), конденсатор (C) и синхронный транзистор (VT2). Катушка и конденсатор образуют LC-фильтр.

Технически можно разделить цикл преобразования на две стадии: накачка энергии в катушку с конденсатором и стадию разряда.

Первая стадия — накачиваем энергию

Когда транзистор VT1 открыт, его собрат — синхронный транзистор VT2 — закрыт. В катушке L накапливается энергия, плавно нарастает ток и заряжается конденсатор C.

Вторая стадия — стадия разряда

Транзистор VT1 закрывается, открывается синхронный VT2 — он нужен, чтобы соединить вход катушки с отрицательным выводом нагрузки, создавая замкнутую цепь питания. Пусть мы и разорвали на этот краткий миг связь с источником питания, но катушка никуда не делась. Накопленная в катушке энергия теперь играет роль источника питания и поддерживает силу и направление тока, а конденсатор разряжается и питает нагрузку.

Затем транзистор VT1 снова открывается, а VT2 закрывается, и цикл начинается заново. Причем для наибольшей эффективности циклы повторяются с довольно высокой частотой — у современных компьютерных комплектующих миллионы раз в секунду (измеряется в мегагерцах, МГц).

Благодаря этому процессу мы получаем постоянное напряжение на нагрузке ниже, чем входное до ключевого транзистора. Импульсы как бы сглаживаются, образую близкую к прямой линию напряжения.

То, что линия напряжения не совсем прямая — это нормально. В реальных условиях идеальных LC-фильтров не бывает, и всегда присутствуют небольшие пульсации напряжения. И главное, подобрать параметры катушки и конденсатора таким образом, чтобы они не успевали разрядиться полностью к концу цикла. Тогда ток становится неразрывным.

К слову, ток на всей цепи примерно равен. А так как синхронный транзистор VT2 открыт несоизмеримо дольше — работать ему приходиться, что называется, за троих.

Как настраивается преобразователь

Уровень напряжения на нагрузке будет зависеть от длительности первой и второй стадий в рамках одного цикла. Ведь чем дольше открыт транзистор VT1, тем больше энергии успевает накопить катушка и тем выше будет по итогу напряжение после LC-фильтра.

Если мы поделим время первой стадии на длительность полного цикла, то получим коэффициент заполнения (D) от 0 до 100 %. Чтобы узнать выходное напряжение (U out), нужно коэффициент заполнения умножить на входное напряжение (U in).

А чтобы узнать коэффициент заполнения, делим U out на U in. Простой пример: чтобы получить типичное для центрального процессора напряжение в 1,2 вольта, то, поделив на входные 12 вольт (напряжение на выходе блока питания), получим D=0,1. Это значит, что первая стадия (накачки энергии) займет всего 10 % времени от общей длительности цикла, а оставшиеся 90 % времени уйдут на стадию разряда.

Когда одной фазы недостаточно

В мощных преобразователях часто используется не один канал с парой транзисторов, одной катушкой и одним конденсатором, а несколько параллельно подключенных каналов.

Как мы уже выяснили, любой проводник имеет ненулевое сопротивление и нагревается. Транзистор в ключевом режиме — тоже проводник, как обычный выключатель. И сопротивление (Rds) между его входом и выходом (сток-исток) не равно нулю. Значит, чем выше ток, тем сложнее будет электронам пробиться через него, что приведет к потерям энергии и нагреву. Чтобы минимизировать этот эффект и применяются несколько фаз — нагрузка распределяется между ними поровну.

Еще один интересный способ повысить эффективность: синхронный транзистор VT2 открыт примерно в семь-восемь раз дольше чем VT1, поэтому VT2 часто дублируют и стараются подобрать более продвинутую и дорогую модель с низким Rds.

Но это еще не все. Такие каналы не просто так называют «фазами». Процесс переключения транзисторов в разных каналах происходит не одновременно, а с небольшим сдвигом по фазе.

На выходе после LC-фильтров все фазы объединяются в одну, и амплитуда пульсаций становится значительно ниже, чем было бы у каждой фазы в отдельности.

Так что даже несколько десятков каналов в преобразователе на материнской плате неправильно называть «избытком». Ведь это не только меньшие потери, но и лучшее качество напряжения. Меньше пульсаций напряжения — меньше выбросов во внутренние узлы процессора — выше стабильность всей схемы, особенно при разгоне.

Те же принципы справедливы и для графического чипа видеокарты, процессора смартфона и любой другой «тонкой» электроники. Но в этом случае разработчики уже за нас рассчитали потребляемую мощность и количество необходимых узлов. А вот при выборе материнской платы пользователь должен сам определить, что ему нужно, учесть потребляемую мощность процессора. Тем более, если в планах серьезный разгон.

dc — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. DC.

dc (desk calculator) — пакет для арифметических вычислений с произвольной точностью в unix-системах. Обычно он оперирует в десятичной системе счисления с целыми числами, однако можно задать системы счисления для ввода и вывода, а также точность вычислений. Общая структура dc — стековый калькулятор, использующий обратную польскую запись. Если аргумент указан, то сначала ввод производится из файла, а потом со стандартного ввода.

dc распознаёт следующие конструкции:

число Значение числа помещается в стек. Число — непрерывная цепочка цифр 0-9. В начале её может стоять знак подчеркивания _ для ввода отрицательного числа. Число может содержать десятичную точку.
+ — / * % ^ Верхние два числа стека складываются (+), вычитаются (-), умножаются (*), делятся (/), берётся остаток (%) или выполняется возведение в степень. Оба операнда извлекаются из стека и результат помещается обратно в стек. Дробная часть показателя степени игнорируется.
sx Извлекается вершина стека и помещается в регистр с именем x, где x — любой символ. Если конструкция имеет вид Sx, то x рассматривается как стек, в который и помещается извлечённое значение.
lx Значение, хранящееся в регистре x, помещается в стек. Регистр x не изменяется. Изначально все регистры инициализируются нулём. Если конструкция имеет вид Lx, то x рассматривается как стек, его вершина извлекается и помещается в главный стек.
d Вершина стека удваивается.
p Выводится вершина стека (без удаления из стека).
P Вершина стека трактуется как цепочка символов, печатается и удаляется из стека.
f Выводятся все элементы стека (без удаления).
q Завершает работу программы. При выполнении цепочки символов уровень рекурсии уменьшается на два.
Q Завершает работу программы. Вершина стека извлекается и уровень рекурсии уменьшается на полученное значение.
x Вершина стека трактуется как цепочка символов, содержащая dc-команды, и выполняется.
X Вершина стека заменяется количеством цифр в её дробной части.
[..] Цепочка символов, заключённая в скобки, помещается в вершину стека.
=x Два верхних элемента стека извлекаются и сравниваются. Если они удовлетворяют указанному условию, то содержимое регистра x рассматривается как команда dc и выполняется.
v Верхний элемент стека заменяется квадратным корнем из него. Если он имел дробную часть, то она учитывается; в противном случае точность вычислений (см. команду k) игнорируется.
! Остаток строки интерпретируется как команда shell’а.
c Очистка стека.
i Вершина стека извлекается и используется как основание системы счисления при вводе. Команда I помещает используемое при вводе основание системы счисления в вершину стека.
o Вершина стека извлекается и используется как основание системы счисления при выводе. Команда O помещает используемое при выводе основание системы счисления в вершину стека.
k Извлекается вершина стека; она используется для задания точности вычислений: количества знаков в дробной части при выводе и при выполнении умножения, деления и возведения в степень.
z В стек помещается количество его элементов.
Z Число в вершине стека заменяется его длиной (без учёта десятичной точки и знака минус).
? Со стандартного ввода вводится одна строка и исполняется.
;: Используются утилитой bc для операций с массивами.

Вывести факториалы первых 10 натуральных чисел:

[la1+dsa*pla10>y]sy
0sa1
lyx

Квайн (программа, которая выводит саму себя):

[91Pn[dx]93Pn]dx
  • bc(1) — страница справки man по пользовательским командам FreeBSD  (англ.)
⛭

Команды Unix

Пусковой ток в DC/DC-преобразователях — Журнал «Вестник электроники»

 

 

Рис. 1. Пусковой ток в DC/DC-преобразователях

Вступление

Пусковой ток — это пиковый ток, возникающий в цепях источника питания при включении. На рисунке 1 показана стандартная система источника питания. Входной фильтр электромагнитных помех (EMI-фильтр) включает в себя конденсатор, который подключается к входной линии. DC/DC-преобразователь также имеет конденсаторы, которые подключаются на входе и выходе. Кроме того, к нагрузке может подключаться дополнительный конденсатор. Для каждого из этих конденсаторов требуется ток зарядки для обеспечения нужного уровня напряжения для устойчивого режима работы. Таким током является пусковой ток.

Высокий пусковой ток зависит от конкретно выбранных элементов схемы. Существует проблема, заключающаяся в том, что большие скачки тока могут создавать электромагнитные помехи в прилегающих схемах и приводить в действие (активизировать) элементы защиты цепей на входе, например предохранитель или полупроводниковую защиту от сверхтоков.

 

Кривая пускового тока

Типовая кривая пускового тока показана на рисунке 2. На ней видны два пиковых скачка тока. Первый скачок пускового тока отмечается при включении источника входного напряжения. Такой пиковый ток протекает через конденсаторы EMI-фильтра и входной конденсатор DC/DC-преобразователя, заряжая их до уровня, необходимого для устойчивого режима работы. Второй скачок тока наблюдается при включении DC/DC-преобразователя. Такой пиковый ток течет через силовой трансформатор DC/DC-преобразователя и выходной конденсатор и, в свою очередь, заряжает их до необходимого для устойчивого режима работы уровня.

Рис. 2. Пусковой ток в DC/DC-преобразователях

 

Пусковой ток

Первый пик тока часто называется пусковым пиком. Его пиковое значение и форма значительно зависят от характеристик источника входного питания, времени повышения напряжения и сопротивления источника питания. Резко поднимающееся вверх колебание входного напряжения, как в случае замыкания пускового переключателя, будет соответствовать высокой и узкой кривой пика. Более медленное и плавное нарастание входного напряжения, например на выходе любого входного электронного устройства или конденсаторной батареи, будет соответствовать более мягкому пику.

Пиковое значение пускового тока определяется уравнением i=Cхdv/dt, где С — емкостное сопротивление, общее сопротивление EMI-фильтра и входного сопротивления DC/DC-преобразователя, а dv/dt — это крутизна кривой напряжения. Пик тока фиксируется только один раз, если источник входного напряжения характеризуется очень быстрым временем восстановления напряжения. Для этого источник должен обладать достаточным запасом мощности. Как правило, резкое изменение напряжения бывает только в случаях механического переключения нагрузки или замыкания реле. Если источником питания является импульсный преобразователь, полупроводниковый регулятор мощности или конденсаторная батарея, то длительность импульса будет более продолжительной. Обычно длительность импульса выходного напряжения импульсных преобразователей составляет несколько миллисекунд, полупроводниковых регуляторов (SSPC) обычно 50 мкс–500 мкс, а больших конденсаторных батарей — обычно не менее нескольких миллисекунд. Такое длительное нарастание напряжения не приведет к образованию высоких пиков. Важно также определить не только пиковый ток, но и крутизну нарастания тока, чтобы установить, будут ли приведены в действие входной предохранитель, выключатель и SSPC под воздействием пускового тока.

 

Ток включения

Второй пик тока на рисунке 2 также является важной частью пускового тока. Этот скачок отмечается, когда DC/DC-преобразователь включается и направляет ток от входа для зарядки своего выходного конденсатора и конденсатора нагрузки. Стандартные кривые тока включения показаны на рисунке 3. Ток включения остается одинаковым, независимо от того, включается ли преобразователь под воздействием входного напряжения или управляющим сигналом.

Рис. 3. Пусковой ток в DC/DC-преобразователях

Для DC/DC-преобразователей компании VPT используется запатентованная схема обратной магнитной связи с жестким контролем внутреннего цикла запуска и четкой и плавной подачей выходного напряжения. Плавная подача напряжения обеспечивает контролируемое изменение на выходе и меньшую крутизну dv/dt. Благодаря мягкому пуску входной ток обычно не превышает значения входного тока устойчивого режима работы преобразователя во время пуска.

DC/DC-преобразователи компании VPT также характеризуются непрерывным постоянным предельным током на выходе. Они подают весь объем номинального тока на источник нагрузки, не дают сбоев и не отключаются, вызывая необходимость перезапуска. Это позволяет им запускать любой конденсатор источника нагрузки, независимо от емкости. В случае использования очень больших емкостных нагрузок DC/DC-преобразователь входит в режим ограничения тока. В данном случае входной ток не должен более чем в 1,5 раза превысить номинальный ток работы. Этого оказывается достаточно, чтобы не вызывать помехи и/или активировать защитные устройства на входе. Второй скачок пускового тока не оказывает негативного воздействия на DC/DC-преобразователи в рамках конструкции системы.

 

Ограничение активного скачка

В некоторых случаях требуется ограничить скачок тока, идущего на входные конденсаторы. Единственная возможность сделать это — включить в цепь последовательный элемент перед конденсаторами. На рисунке 4 показана базовая схема ограничения скачка тока. Последовательный резистор R1 ограничивает входной ток, пока будут достаточно заряжены конденсаторы. После зарядки входных конденсаторов реле S1 замыкается и полный объем тока подается на DC/DC-преобразователь.

Рис. 4. Пусковой ток в DC/DC-преобразователях

Для ограничения пускового тока может также использоваться дроссель. Для такого решения не требуется обходного контура, так как постоянный ток проходит через него с низкими потерями. Вместе с тем, как правило, требуется большой номинал индуктивности для эффективного ограничения пускового тока. Необходимо проявлять осторожность, так как дроссель может образовывать резонансный контур с входным фильтром или с внутренним контуром обратной связи DC/DC-преобразователя, вызывая нестабильность работы системы. Обычно требуется установка дополнительных компонентов для снижения возникшего резонанса.

Другая распространенная схема изображена на рисунке 5. В ней используется последовательный МОП-транзистор VT1. Транзистор VT1 обычно находится в выключенном состоянии, при этом через резистор R2 подается низкое напряжение на затвор. При подаче входного напряжения питание на затвор подается через R1. Время включения транзистора VT1 ограничивается временем зарядки конденсатора С1. Значения R1 и С1 подбираются такие, чтобы входные конденсаторы заряжались медленно, ограничивая при этом пусковой ток. После зарядки входных конденсаторов на затвор транзистора VT1 подается напряжение до такого значения, пока оно не будет ограничено стабилитроном. При этом транзистор VT1 остается полностью включенным.

Данная схема может быть изменена путем подключения транзистора VT1 к плюсу питающего провода. Питание может подаваться точно так же с помощью использования Р-канального МОП-транзистора. Возможно также использование N-канального МОП-транзистора, но с подачей питания на затвор через генератор или отдельный источник питания. Существует множество других схем ограничения пускового тока. Все они используют последовательное устройство в первичной цепи и работают приблизительно по одной и той же схеме. Важно, чтобы всегда при окончании зарядки конденсаторов последовательное устройство было шунтировано или полностью включено в целях снижения сопротивления и потери мощности. Также важно, чтобы контроль пускового тока не приводил к возникновению шума и помех во входной линии, так как он осуществляется до EMI-фильтра.

 

Входные модули с ограничением пускового тока

Во многих входных модулях компании VPT предусмотрена встроенная система ограничения пускового тока (таблица 1). В каждом модуле используется последовательный N-канальный МОП-транзистор, подключенный к плюсу питающего провода. N-канальный МОП-транзистор обеспечивает самое низкое сопротивление в открытом состоянии с целью минимальных потерь мощности. Благодаря подключению его к плюсу питающего источника обратная цепь остается замкнутой, что упрощает конструкцию системы. В таких моделях МОП-транзистор используется в двух целях. Он также обеспечивает защиту от входного напряжения во время переходного режима.

Таб. 1. Пусковой ток в DC/DC-преобразователях

Модели DV–704A и DVMN28 включают EMI-фильтр и ограничение пускового тока. Обе схемы оптимизированы для совместной работы. Цепь пускового тока ограничивает любой ток, поступающий в EMI-конденсаторы, но не вызывает никаких дополнительных электромагнитных помех во входных линиях, как это может происходить в случае дискретных контуров. Модель VPTPCM–12 содержит цепь контроля пускового тока, которая ограничивает пусковой ток на конденсаторах данной модели и на конденсаторах в нагрузке. Но в ней также имеются переключатели, вследствие чего могут потребоваться дополнительные EMI-фильтры на входе.

 

Заключение

Пусковой ток — это пиковый ток, возникающий при подаче или включении напряжения. В некоторых случаях может быть необходимо ограничение скачка тока во входных конденсаторах. Это требует построения дополнительной схемы. А с применением DC/DC-преобразователей компании VPT многие системы питания будут соответствовать необходимым требованиям без построения специального решения ограничения пускового тока, что позволит упростить схему, снизить количество элементов, размер и цену на компоненты, при этом увеличив надежность и эффективность устройства.

 

Вадим ДроздовКомментарий специалиста Построение качественных многоуровневых и многоканальных систем питания требует от инженеров и конструкторов решения проблемы минимизации негативного взаимовлияния комплексных переходных процессов в момент включения систем. Вследствие этого возникает необходимость согласования нагрузок, фильтрации помех до приемлемого уровня для обеспечения стабильного функционирования приборов в жестких условиях эксплуатации.Модули питания VPT успешно решают данную задачу, а системы питания, построенные на их основе, уже долгие годы обеспечивают надежную работу сложнейшей бортовой и научной аппаратуры в космических программах Роскосмоса, NASA и ESA.
Вадим Дроздов, технический специалист PT Electronics

Обзор DC-DC повышающего конвертера с регулировкой тока и напряжения / Kvazis House / iXBT Live

Здравствуйте друзья. 

Со времени моего знакомства с DC-DC конвертером Jtron, кому интересно, обзор можно прочитать здесь, меня не оставляла мысль найти подобное решение с регулировкой не только по напряжению, но и по току. Например для создания недорогого зарядного для аккумуляторных батарей (под термином батарея — понимается 2 и более соединенных вместе аккумулятора). Вот про один из вариантов такого конвертера я сегодня и расскажу. 

Сразу скажу — обзор носит больше исследовательский чем прикладной характер, в некотором роде это творческий поиск, поэтому буду благодарен за конструктивные комментарии и предложения. 

Почему мое внимание привлек именно данный конвертер? Кроме того что он имеет регулировку по току и по напряжению, он является  повышающим — Step — Up Boost Converter, что для меня весьма интересно, так как на хозяйстве имеется довольно много 12 В блоков питания (да и не забываем про бортовую сеть автомобиля), а для заряда например 4х элементной LiOn батареи с последовательно соединенными элементами, нужно напряжение в 16.8 В. Так же понравилась невысокая цена, и возможность скинуть часть ее поинтами — в моем случае свободных поинтов было на 2 с небольшим доллара, что дало цену примерно в 5.5 доллара. 

Узнать актуальную цену на странице товара в магазине Gearbest можно — здесь

Характеристики:

● Входное напряжение / ток: DC 11-35V/10A (Max)
● Выходное напряжение / ток: DC 11-35V/10A (Max)
● Выходное напряжение: 100W (Max, 150W кратковременно), если позволяет источник питания 
● Может работать как источник питания для ноутбуков 65W — 90W 
● При использовании 12V источника для питания 19V 3.42A ноутбука, температура модуля — около 45 С градусов 
● Эффективность преобразования: 94% (вход 16V выход 19V 2.5A) 
● Рабочая температура: от -40 до +85 градусов, если температура окружающей среды превышает 40 градусов, необходимо использование активного охлаждения
● Температура при полной нагрузке: 45 градусов

Так же на странице товара имеется полезная информация о назначении элементов управления

 

Внешний осмотр, элементная база

Поставляется в антистатическом пакете

Размеры модуля — ширина чуть менее 6 см

Длина — чуть более 6,5 см

Максимальная габаритная высота, на уровне электролитов — около 2,5 см

На одной из сторон конвертера находится два подстроечника, для регулировки тока и напряжения, за ними находится массивный, относительно размеров конвертера дроссель

между подстроечниками находится ШИМ контролер 3843b

По бокам находятся два радиатора, которые рассеивают тепло от MOSFET транзистора IRF2807 с одной стороны

И сдвоенного диода Шотки MBR2060CT с другой стороны

С другой стороны находится контактная колодка на 4 винтовых разъема, соответственно входное и выходное напряжение, за ними два 35 В электролита на 1000 мкФ

Нижняя часть конвертера:

Испытания

В качестве источника питания, я использовал 12 В блок питания, про который рассказывал в одном из своих предыдущих обзоров. В качестве нагрузки для первого включения — 24 В автомобильная лампочка. Первое включение — «из коробки» без проведения каких-либо настроек. В данном случае, разницы с прямым подключением к блоку питания нет

При помощи подстроечника напряжения поднимаю напряжение до 24 В, максимума для лампочки, ограничения по току нет. Потребляемая лампочкой мощность в этом случае — более 60 Ватт. Так что рассматривать данный конвертер в качестве источника питания для ноутбуков от, например, бортовой сети автомобиля — вполне вероятно. 

«Прикрутить» напряжение удалось до 11.76 В. При использовании этой лампочки в качестве нагрузки с этим блоком питания — это минимальные показатели 

Цель моего эксперимента — зарядить аккумуляторную батарею из 4х 18650 последовательно соединенных аккумуляторов. Рабочее напряжение выставляю 4,2 * 4 = 16,8 В.

После этого прикручиваю ток до 2 А. 

Проверяю на холстом ходу — напряжение 16,8, индикатор напряжения без нагрузки светит зеленым.

Собираю стенд из 4х NCR1860B — напряжение на батарее, источник питания отключен

А теперь включаю блок питания. Зарядный ток выставлен в ходе предыдущего теста на 2А

При желании ток можно ограничить и на 1 А

и на 0,5 А

Я зафиксировал ток на 1,5 А, весь дальнейший тест будет проходить с этим ограничением

В ходе всего теста я делал замеры температуры, максимум который мне удалось зафиксировать на самом горячем элементе конвертера — MOSFET транзисторе IRF2807 — около 40 С

Максимальная температура зафиксированная на аккумуляторах — 32С

Когда напряжение на аккумуляторной батарее приблизилось к отметке 16.7 В, потребляемый ток стал существенно падать

В районе 0.3 А — изменения практически прекратились и я завершил заряд

После заряда — напряжение на батарее без нагрузки

Напряжение на единичном элементе

Вывод 

С одной стороны — аккумуляторы я зарядил. С другой стороны — каким образом отслеживать момент, когда следует прекращать заряд? Применять дополнительные индикаторы? Вопрос пока открыт, жду комментариев. Может быть этот конвертер вообще нельзя применять как зарядное, я ошибся с выбором ? 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *