Przetwornice DC/DC
(31 668)Przetwornice DC/DC to zazwyczaj niewielkich rozmiarów komponenty, które służą do zmiany prądu stałego (DC - Direct Current), na prąd stały, o innych parametrach. Spotkać je można w różnych obudowach: w postaci elementu jednobryłowego, przystosowanego do montażu przewlekanego THT, np. w obudowach zgodnych ze standardem DIP (ang. Dual In-line Package) lub SIP (ang. Single In-line Package), przystosowane do montażu powierzchniowego SMD, ale także w obudowach LGA (ang. Land Grid Array) czy w standardzie brick o różnych wielkościach np. half brick lub quarter brick. Szczególnie hobbyści, którzy nie tworzą skomplikowanych układów elektronicznych, będą jednak kojarzyć je głównie w postaci gotowych modułów lutowanych na płytkach PCB albo urządzeń w obudowach do wbudowania lub do montażu na szynie DIN. Ostatni wymieniony rodzaj montażu stosuje się głównie w przemysłowych szafach sterowniczych i elektrycznych. Różnorodność obudów, w jakich spotkać można przetwornice DC/DC, wynika z powszechności ich wykorzystywania. Prądem stałym, nie licząc silników elektrycznych prądu zmiennego, zasilana jest większość urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Z tego względu komponenty te można spotkać m.in. jako zintegrowane układy np. w zasilaczach komputerowych, na płytach głównych czy na kartach graficznych, gdzie wytwarzają one różne wartości napięcia prądu stałego dla poszczególnych podzespołów elektronicznych.
Główne rozróżnienie przetwornic DC/DC wynika ze stosunku napięcia wyjściowego do ich napięcia wejściowego, a więc można spotkać się z przetwornicami obniżającymi napięcie, nazywanymi przetwornicami step-down, podwyższającymi napięcie tzw. step-up, lub takimi, które są w stanie wytworzyć na wyjściu napięcie zarówno wyższe, jak i niższe niż napięcie wejściowe, czyli przetwornicami step-up / step-down. Bardzo często posiadają one regulację napięcia wyjściowego, co pozwala na uzyskanie nawet bardzo szerokiego zakresu jego wartości. W takich przypadkach ustawia się je zazwyczaj za pomocą niewielkiego potencjometru, zintegrowanego z układem elektronicznym danej przetwornicy.
Przetwornice DC/DC - zabezpieczenia
Bardzo duża część obecnie produkowanych przetwornic DC/DC posiada galwanicznie rozdzielone wejście i wyjście. Takie układy nazywane są często przetwornicami izolowanymi. Stanowi to dodatkowe zabezpieczenie zasilanego układu przed przepięciami i skokami napięcia zasilającego, które mogłoby uszkodzić samą przetwornicę, jak i zasilane urządzenie, a w konsekwencji spowodować jego trwałe uszkodzenie. Takie galwanicznie rozdzielenie wejścia i wyjścia ze względów bezpieczeństwa jest wymagane m.in. w urządzeniach medycznych. Oczywiście, przetwornice DC/DC, jak i zdecydowana większość innych urządzeń zasilających, posiadają również inne zabezpieczenia, wśród których wyróżnić można ciągłą ochronę przeciwzwarciową, zabezpieczenie przeciwprzeciążeniowe, przeciwprzepięciowe, przed odwrotną polaryzacją, przeciw przegrzaniu bądź ochronę w przypadku spadku napięcia zasilającego. Najprościej rzecz ujmując, im więcej zabezpieczeń posiada dane urządzenie, tym mniejsza szansa na nieprawidłowość w działaniu lub na trwałe uszkodzenie zasilanych urządzeń, jak i samej przetwornicy.
Wybór przetwornicy DC/DC
Dobierając odpowiednią przetwornicę DC/DC do danego zastosowania, należy zwrócić uwagę na kilka aspektów. Pierwszym z nich jest wartość napięcia wejściowego, która podawana jest w woltach [V]. Przedział napięcia wejściowego danej przetwornicy musi zawierać wartość napięcia, jakim będzie ona zasilana. Podanie zbyt niskiego napięcia może spowodować nieprawidłową pracę przetwornicy, natomiast zbyt wysokie napięcie wejściowe może ją trwale uszkodzić. Następnym parametrem jest napięcie wyjściowe. Wartość, jaką użytkownik chce uzyskać na wyjściu z przetwornicy, należy określić na podstawie urządzeń, które będą za jej pomocą zasilane. Musi ono być identyczne z wartością podaną przez producenta danego urządzenia w dokumentacji technicznej. Napięcie wyjściowe przetwornic DC/DC często jest regulowane w danym zakresie wartości, co może pozwolić na zaopatrywanie w energię elektryczną urządzeń posiadających różne parametry zasilania.
Kolejnym parametrem, który należy odpowiednio dobrać przed zakupem przetwornicy DC/DC, jest maksymalny prąd wyjściowy, podawany w amperach [A]. Bardzo często ta cecha określana jest jako wydajność prądowa urządzenia. Oznacza ona maksymalny prąd elektryczny, jaki dane urządzenie jest w stanie wytworzyć i nadal poprawnie pracować. Wydajność prądowa przetwornicy DC/DC powinna być większa (w skrajnych przypadkach równa) od natężenia, jakie jest wymagane przez zasilany układ. Urządzenie zasilające pracujące w granicach swojej maksymalnej wydajności prądowej będzie generowało znaczną ilość ciepła, co przy długotrwałej pracy w takich warunkach może doprowadzić do jego uszkodzenia. Taka sytuacja jest szczególnie prawdopodobna, jeśli przetwornica nie posiada zabezpieczenia przeciw przeciążeniu lub przegrzaniu. Dobrą praktyką jest dobieranie przetwornicy o większej wydajności prądowej niż wymagana. Po pierwsze, aby nie pracowała ona w górnej granicy swojej wydajności prądowej, ale także aby w razie niewielkiej rozbudowy zasilanego układu, nie doprowadzić do sytuacji, gdy konieczna będzie wymiana obecnie zamontowanej przetwornicy na nową, o większej wydajności prądowej. Często, dla porównania która przetwornica jest bardziej wydajna, bierze się pod uwagę moc danej przetwornicy, która podawana jest w watach [W]. Moc jest iloczynem napięcia oraz natężenia, więc dla jednakowych wartości napięcia łatwo porównać, które urządzenie będzie w stanie wygenerować większą ilość prądu.
Kolejnym aspektem, który bywa istotny jest zakres temperatury, w jakim dana przetwornica może pracować. Niektóre zastosowania mogą wymagać pracy w ujemnych temperaturach lub w środowisku, gdzie temperatura będzie znacznie wyższa niż pokojowa. Istnieją przetwornice, które przeznaczone są nawet na tak niskie temperatury jak -50°C, ale także na tak ekstremalnie wysokie, jak 150°C. Rozbieżność temperaturowa jest znaczna i wybierając przetwornicę pod konkretne zastosowanie, nie wolno pominąć tego aspektu, aby nie doprowadzić do jej uszkodzenia.
Niektóre przetwornice DC/DC mogą posiadać więcej niż jedno wyjście. Każde z wyjść posiada wtedy inną wartość napięcia. Oczywiście, oprócz liczby wyjść może istnieć również większa liczba podłączeń elektrycznych np. w postaci zintegrowanej w układzie listwy zaciskowej. Niekiedy przetwornice DC/DC, jako podłączenie elektryczne, posiadają zintegrowane przewody. Wybierając tego typu urządzenie można zwrócić uwagę również na jego sprawność. Im jest ona wyższa, tym mniejsze straty mocy, które najczęściej występują jako zamiana energii elektrycznej na energię cieplną. Podsumowując, wszystkie parametry przetwornicy DC/DC należy dobrać przede wszystkim pod odpowiednie zastosowanie i pod kryteria, jakie narzucają elementy współpracujące, czyli te zasilające przetwornicę, jak i te, które będą przez nią zasilane.
Magazyn:
