Klantpaneel
In uw winkelwagen
Laat zich registreren

DC-spanningsomvormer – welke te kiezen?

2021-02-12

DC-spanningsomvormer

Elk elektronisch apparaat heeft de juiste voedingsbron nodig. In de meeste gevallen steken we simpelweg een stekker in het stopcontact. Helaas is het zo dat er maar weinig apparaten zijn die worden gevoed door 230V wisselstroom die uit het stopcontact komt, omdat apparaten veel vaker gelijkspanning met een veel lagere potentiaal nodig hebben om correct te functioneren. Om daarin te kunnen voorzien, ontwerpen fabrikanten van apparatuur vaak zeer complexe voedingsonderdelen of rusten ze het apparaat uit met een poort waar u het uiteinde van een klassieke losse voeding kunt aansluiten. Het kan ook gebeuren dat een apparaat meerdere spanningen met verschillende waarden nodig heeft om goed te kunnen werken. In dat geval moeten de ontwikkelaars de ingangsspanning dienovereenkomstig verlagen of soms verhogen.

Drie voedingsmethoden: omvormer, spanningsdeler, lineaire stabilisator

In principe bestaan er drie voedingsmethoden: het voedingselement kan gebaseerd zijn op een spanningsdeler, lineaire stabilisator of omvormer. Elk van deze methoden zorgt voor een verlaging van de spanning, maar alleen omvormers kunnen die ook verhogen.

Spanningsverdeler

De eerste methode die u kunt tegenkomen om een voedingselement uit te voeren zijn componenten op basis van een spanningsdeler. De werking van zo'n component berust op de wet van Ohm en verdeelt de spanning over de verschillende weerstanden. Door hun waarde te manipuleren, kunt u een willekeurige spanning op de uitgang verkrijgen, maar die zal altijd lager zijn dan de ingangsspanning. Deze voedingsmethode kent echter een aantal nadelen. De eerste daarvan is de stroomcapaciteit - een spanningsverdeler is opgebouwd uit weerstanden, waarvan het vermogen meestal bijzonder klein is. Een hogere stroomsterkte zal de weerstanden zeer snel laten doorbranden. U kunt natuurlijk weerstanden met een hoger vermogen gebruiken, maar daardoor stijgt de prijs van de component aanzienlijk. Een ander belangrijk nadeel is dat de verdeler altijd is ontworpen op basis van een concrete waarde van de ingangsspanning. Als die groter of kleiner wordt, verandert ook de uitgangsspanning.

 

spanningsverdeler Schema van een eenvoudige spanningsverdeler.

Lineaire stabilisatoren

Lineaire stabilisatoren zijn de tweede mogelijkheid waarmee u de ingangsspanning kunt verlagen. Ze worden meestal geproduceerd als elementen met drie pootjes. U komt ze vaak tegen in gebruiksapparatuur. Hun taak is heel eenvoudig – zorgen voor een vaste spanningswaarde op de uitgang, onafhankelijk van de ingangsspanning. Uiteraard moet de ingangsspanning hoger zijn dan de uitgangspanning. Elementen van dit type hebben een lage prijs, maar ze geven veel warmte af. Elke lineaire stabilisator moet het verschil tussen de ingangsspanning en de gewenste uitgangspanning omzetten in warmte. Dit heeft tot gevolg dat het element zelfs bij lage stromen zeer snel opwarmt, zodat het gebruik van extra koellichamen noodzakelijk is. Uiteraard betekent dit dat u voor deze oplossing een hogere prijs betaalt.

 

L7805ACV Lineaire stabilisator:
L7805ACV

Spanningsomvormers

De derde mogelijkheid om een voedingssysteem te implementeren is om het te baseren op een spanningsomvormer. Zo'n systeem bestaat uit verschillende basiselementen: een spoel, een schakeltransistor, condensatoren, weerstanden en een siliciumdiode. Zoals u ziet, is de spanningsomvormer een veel complexer apparaat in vergelijking met de eerder gepresenteerde oplossingen. Er bestaan verschillende soorten die de uitgangsspanning zowel kunnen verhogen als verlagen ten opzichte van de ingangsspanning.

OKY3497-5 Omvormer: OKY3497-5

Waarom is het de moeite waard om te kiezen voor spanningsomvormer?

Spanningsomvormers kenmerken zich door een eigenschap die bijzonder nuttig is bij het ontwerpen van elektronische apparaten – efficiëntie. Zoals u al eerder heeft gezien is het grote nadeel van lineaire stabilisatoren hun vermogensverlies. Omvormers zijn op dit gebied aanzienlijk zuiniger. Elke spanningsomvormer heeft een parameter die is gedefinieerd als efficiëntie. Deze wordt uitgedrukt in een percentage en betreft de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het vermogen dat wordt afgenomen van de bron. Met andere woorden: als het apparaat een efficiëntie heeft van 80%, betekent dit dat 20% verdwijnt in de vorm van warmte die hoofdzakelijk wordt afgegeven aan de transistor en de spoel. Het is echter goed om te weten dat efficiëntie geen vaste waarde heeft en afhankelijk is van de bedrijfsomstandigheden van de omvormer. Het gaat hierbij hoofdzakelijk om de voedingsspanning, uitgangspunt en belastingsstroom.

Ondanks hun voordelen hebben spanningsomvormers ook een nadeel – interferentie. Door zijn ontwerp en werkingsprincipe is de uitgangsspanning van de omvormer niet perfect constant. Dit kan een probleem zijn als u een systeem wilt voeden dat een ideale vaste spanning nodig heeft. In dat geval moet u een RC-filter op de uitgang van de omvormer plaatsen.

Spanningsomvormers kunnen dankzij hun kleine formaat en hoge efficiëntie vrijwel overal worden toegepast. Bij het ontwerpen van een apparaat is het dan ook de moeite waard om te kiezen voor dit type element.

Spanningsomvormer – hoe werkt hij?

Een spanningsomvormer is een schakelend element dat simpel gezegd de spanning verlaagt door hem om te schakelen (afwisselend in- en uitschakelen). Dit proces verloopt zo snel dat het de werking van het gevoede apparaat of systeem niet verstoort. Het besturingselement voor bovengenoemd schakelen in DC/DC-omvormers is meestal een MOSFET-transistor. Om echter te zorgen voor vaste spanning op de uitgang van het apparaat, zijn extra componenten nodig, zoals condensatoren en een spoel (smoorspoel). Terwijl de condensatoren hier alleen als filters fungeren, heeft het inductieve element de taak om energie op te slaan terwijl het apparaat werkt, om die later weer af te geven. Bovendien moet het omvormercircuit een siliciumdiode bevatten om de richting van de stroom te regelen.

Spanningsomvormers: soorten

Op de markt is een aantal soorten spanningsomvormers verkrijgbaar, de populairste hiervan zijn:

  • step-down (buck) omvormer – die de spanning verlaagt;
  • step-up (boost) omvormer – die de spanning verhoogt;
  • step-up/down (SEPIC) omvormer – het apparaat kan de uitgangspanning zowel verhogen als verlagen

OKY3497-4 Omvormer: OKY3497-4

Daarnaast bestaan er nog andere constructies, de interessantste daarvan zijn:

  • forward omvormer (pass-through omvormer) – een type DC/DC-omvormer die is gebaseerd op een transformator. Het is een eentrapselement – de energie die uit de bron wordt gehaald, wordt in realtime naar de uitgang overgebracht. Dankzij het gebruik van een transformator maakt een voeding van het type forward galvanische scheiding van de ingang en uitgang mogelijk. Pass-through omvormers worden gebruikt in schakelende voedingen waarvan het vermogen niet meer dan een paar honderd watt bedraagt, alsmede in inverter-lasapparaten.
  • flybackomvormer – een type DC/DC-omzetter waarin ook galvanische scheiding van de ingang en uitgang is toegepast. Het is een tweetrapsapparaat, in de eerste cyclus wordt de energie opgeslagen in het magnetische veld van de spoel om die in de tweede cyclus weer af te geven. Dit type wordt meestal toegepast in schakelende voedingen met een laag vermogen.

Spanningsomvormer: waar moet u op letten bij uw keuze?

De keuze van een geschikte omvormer is vooral afhankelijk van het ontworpen apparaat. Als u een klein, draagbaar apparaat ontwerpt, moet u letten op miniatuuromvormers. In grotere apparatuur kunt u omvormers toepassen van grotere afmetingen en met een ingebouwd koellichaam dat de warmteafvoer vergemakkelijkt. Verder moet u vaststellen welk type omvormer u nodig heeft – step-up, step-down of step-up/down.

Als u het energieverlies zoveel mogelijk wilt beperken, is het de moeite waard om te kiezen voor spanningsomvormers met het hoogste rendement. Standaard ligt de efficiëntie van dit type apparaten tussen 80-95%. Daarnaast is het ook belangrijk om aandacht te besteden aan de basisparameters van de omvormer, zoals de maximale uitgangsstroom, het bereik van de uitgangsspanning en het bereik van de ingangsspanning.

VERDER LEZEN

Uw browser wordt niet meer ondersteund, download een nieuwe versie

Chrome Chrome Download
Firefox Firefox Download
Internet explorer Internet Explorer Download