Table of Contents

DC dönüştürücüler, bu dönüşüme hükmedecek neredeyse her elektronik cihazın arka kemiğini oluştururlar. Her yaklaşım, verimlilik, boyut, gürültü, maliyet ve karmaşıklıkta farklı bir şekilde çalışır.

DC Converters'a Doğru: Prensip ve Tasarım

DC dönüştürücülere Doğru Dönüşüm zinciri tipik olarak, AC geriliminin alt AC seviyesine doğru adım atmasını sağlayan bir sinyale dönüşür.Bu, bir geri dönüş aşamasına girer - lineer bir düzenleyici, bu işlemsiz DC'yi bir sinyale dönüştürür ve tekrardan gelen bir gerilime dönüşür.

Lineer düzenleyici, sürekli bir çıktıyı korumak için değişken bir direnici olarak çalışır.Bu sürekli, düşük seviyeli düzenleme lineer dönüştürücülerin belirleyici özelliğidir. Çünkü düzenleyicinin geçiş transistörleri her zaman kısmen ve asla yüksek frekanslı geçiş gürültüsünün içinden geçmemektedir.

Linear Converters Avantajları

  • [[Düzücü gürültü performansı [Dönetici:0)Yüksek frekanslı geçişin yokluğu ve radiated elektromanyetik müdahale (EMI) Çıktı dalgalanması genellikle mikro volt aralığında, yüksek sadakatli ses yükselteçleri, hassas araçlamaları, hassas ölçümler ve radyo-fretrasyonlar gibi hassas analog devreler için ideal hale getirir.
  • [FONT:0]Simple, sağlam tasarım.[DÜDÜT:1] Bir lineer dönüştürücü nispeten az bileşen kullanır -transformer, diyotlar, kapasitör ve lineer bir düzenleyici IC - devreyi tasarlamak, debug ve üretim yapmak için kolay hale getirir.
  • [FONT:0)Hızlı geçici yanıt.[[Dönetici:0) Çünkü lineer düzenleyici, mevcut adımların yüklenmesinden hızla geri döner. Bu, yük dinamik olarak değişiklikler olduğu uygulamalarda değerlidir, analog amor-amp devreleri gibi.
  • [[Düzük düşük güç seviyelerinde düşük maliyet.[Dönetici:0) Düşük maliyet çok düşük güç seviyelerindedir.[DDDDD:0) Düşük maliyet, özellikle ek EMI filtreleme maliyetleri dikkate alındığında, doğrusal dönüştürücüler tam geçiş çözümünden daha ucuz olabilir.

Linear perdelerin Disadvantages

  • DÖRT:0) Düşük verimlilik.[DÜDÜT:1) Verimliliği büyük dezavantajdır. Linear dönüştürücüler girdi ve ısı olarak basınç arasındaki gerilim farkı azaltır.Eğer giriş DC 12 V ve çıktı 5 V, düzenleyici kesintiler (12 V – 5 V) × Iout) ısıyı gerektirir. Genel olarak verimlilik nadiren yüzde 60'ı aşıyor ve yüksek performanslı durumlarda% 30'u düşebilir.
  • [FONT=0]Large büyüklüğü ve ağırlığı.[DÜDÜDÜDÜDÜDÜSTR:0)Large büyüklüğü ve ağırlığı.[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜN) Etiketi: AÇEŞÜN, Manyetik flux'i işlemek için büyük, ağır demir çekirdeği gerektiren bir ısıtın. 25 W üzerindeki güçler, dönüştürücünin hacmine ve kütleye hakim olabilir.
  • [[Dönemli giriş gerilimi aralığı.[[Dönetici:0]Returner'in dönüş oranı, ana gerilimdeki (örneğin, 100 V ila 240 V) tek bir giriş gerilimi aralığı için doğal olarak tasarlanmıştır. Linear dönüştürücüler.
  • [FONT=0)Poor yüksek güçte ölçeklenebilirlik.[DDDDDDDD][D][FONT=0)Poor ölçeklenebilirlik.[FONT=0).Poor ölçeklenebilirlik yüksek güçte ölçeklenebilirlik.[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD][XT:0) Yukarıda 50 W, lineer dönüştürücüler verimli, sıcak ve sert bir şekilde etkisiz hale gelir.

Linear Converter için tipik uygulamalar

Linear dönüştürücüler gürültü bağışıklığı ve çıktı istikrarının verimlilik veya boyuttan daha fazla olduğunu bulunur. Ortak örnekler, sesphile-grad önamplifiers ve DACs, laboratuvar güç malzemeleri temiz çıktı, analog ölçüm ekipmanları (veri satın alma sistemleri, sensörler) ve düşük güç (< 10 W) ısı dağılımının yönetilebildiği daha büyük sistemlerde yardımcı malzemeler içerir.

AC'yi DC havuzlarına geçiş: Temel ve Tasarım

Anahtarlama dönüştürücüler, ayrıca geçiş-mode güç malzemeleri (SMPS), temel olarak farklı bir yaklaşım alır. giriş AC ilk yeniden tanımlanır ve yüksek frekanslı bir DC kanallarını üretmek için filtrelenir (tipik olarak 160-400 V giriş gerilimine bağlı olarak). Bu otobüs gerilimi daha sonra yüksek frekansta dolanır - birkaç megahertz'e 20 kHz'den birkaç megahertz'a kadar - bir güç transistatörün geçişini ayarlamak için bir yüksek frekanslı dönüştürücüyü ayarlayın.

Yüksek verimlilik anahtarı, geçiş transistörünün tamamen doygun (düşük gerilim düşüşü) veya tamamen geri dönüştüğünün (zero akımı) kısa geçiş dönemindeki dönüştürücülerin ürüne en aza indirgenmesidir.Bu, geçiş zamanlarının 80-95%'i geniş bir giriş ve yük aralığındaki verimin artırılmasına olanak sağlar.

Anahtarlama perdelerinin avantajları

  • [FONT:0) Yüksek verimlilik.[DÜDÜT:1] Efficiencies% 90'ın üzerindeki performanslar, özellikle de senkronizasyon ve gelişmiş kontrol IC'leri kullanarak modern tasarımlarda. Daha az boşanmış güç, daha düşük ısı nesil anlamına gelir, ısıtlı ve kompakt, fansız muhafazalara ihtiyaç duyar.
  • [FONT:0]Küçük boyut ve düşük ağırlık.[DÜDÜT:1] Çünkü dönüştürücü yüksek frekansta çalışır (20 kHz – 1 MHz), temel bir Bluetooth Hz meslektaşından çok daha küçük olabilir.
  • [[Düzücüler:0)Wide giriş gerilimi aralığı.[[Döncüler evrensel bir giriş (örneğin, 85 V to 264 V AC) manuel yeniden yapılandırma olmadan kabul edilebilir. Kontrol döngüsü, küresel ürünler için ideal hale getirmek için görev döngüsü ayarlar.
  • [FONT:0)Excellent Düzenleme ve yükleme üzerindeki verimlilik.[DDDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜSTR:0)Excellent Düzenleme ve verimlilik.[Dönetici:0) Farklı hat ve yük koşulları üzerinden, genellikle yük düzenleme açısından anahtarlama düzenleyicileri sağlar.
  • [FONT:0) Yüksek güç kapasitesi.[[DÜDÜT:1), miliwatt'lerden binlerce watt'a kadar iyi geçiş yapan dönüştürücüler.

Disadvantages of Switching Converter

  • [FONT=0]Complex devre tasarımı.[[Dönetici: FONT, yüksek frekanslı dönüştürücü, çıkış değiştirici, filtre, geri ödeme ve koruma devreleri. Tasarım, doğrusal dönüştürücüler için daha diktir.
  • [FONT:0)Electromanyatik müdahale (EMI).[FONT 1.Bölüm) Hızlı geçiş kenarları (yüksek dv/dt ve di /t) geniş çaplı gürültüyü, AC anaları gibi düzenlemelerle ilişkilendirir.
  • [FONT=0]Output gürültüsü ve dalgalanan.[[Dönetici:0)[Döneticileri değiştir], geçiş dönüştürücüleri genellikle geçiş frekansında mil aralığına, yüksek frekanslılar ile birlikte, yüksek çözünürlükte, çok hassas analog devreler için, bu gürültü kabul edilemez (örneğin SMPS’den sonra LDO) olabilir.
  • [[Dönetici kaygıları için uygun olan; [Dönetici:0) Daha fazla bileşen ve daha yüksek işletme stresleri (peak akımları, gerilimler, sıcaklık döngüleri) başarısızlıklar arasındaki zamanı azaltabilir (MTBF) basit bir lineer tasarımla kıyasla.
  • [FONT:0) Bu, ancak ışık yüküne bağlı olarak birçok dönüştürücüye (gösterici veya indüktörler) girebilen bir ses oluşturabilir. Modern tasarımlar, 100 kHz'den daha fazla frekanslar üretir, ancak ışık yükü altında birçok dönüştürücüye girer.

Anahtarlama havuzları için tipik uygulamalar

Switching converters dominate most modern electronics: laptop and phone chargers (TexasAletler ([Dönetici:0) genel olarak ([Döneticiler) olarak ayarlanır ([Döneticiler)) ve özellikle taşınabilir veya uzay-konstuarlı tasarımları için varsayılan seçimi yapar.

Head-to-Head Karşılaştırma: Linear vs. Switching Converter

Doğru dönüştürücü türü seçmek için, mühendisler birkaç anahtar performans ölçümlerini tartmalıdır. Aşağıdaki karşılaştırma önemli farklılıkları vurgulamaktadır.

Verimlilik Verimliliği

Linear dönüştürücüler, giriş-to- ⁇ gerilim diferansiyelinin büyük olduğu zaman temel olarak verimsizdir.(D)= V)I) / V))[Döneticileri ve şarj edicileri 12 V DC otobüsünden 5 V çıktı için, verimlilik sadece% 42-95 tutabilir.

Sıcaklık dağılımı farkı dramatikdir: lineer bir dönüştürücüden 10 W çıktı 15 W ısıyı ısıtabilir, büyük bir ısıtımı gerektiren. Aynı çıktı sadece 1 W'yi boşayabilir.

Boyut ve Ağırlık

Linear dönüştürücüler büyük hat-freze dönüştürücüler gerektirir ve genellikle ısıtılır. 50 W lineer tedarik, 1 kg'dan fazla ağırlık alabilir. 50 W anahtar dönüştürücüyü kullanarak, sadece 2-3 cm uzunluğundaki dönüştürücüyü ölçebilir ve küçük bir ısıtabilir, 100 g'ye kadar ağırlıkta bir birincil neden anahtarlama vardır.

Gürültü ve Ripple

Linear dönüştürücüler, geçiş aşamasının gerektirdiği yüksek frekanslı gürültüyü son derece temiz bir DC üretirler. Çıktılar genellikle 10-100 μV RMS. Switching dönüştürücüler, geçiş aşamasından sonra (LDO) ve keskin artışlar önemlidir.

Elektromanyetik Müdahale (EMI)

Linear dönüştürücüler neredeyse hiç EMI oluşturmaz çünkü hızlı bir şekilde meditasyon yapmazlar.Bu basitleştirme dönüştürücüler, giriş EMI filtre, snubbers ve düzen gerektirir ([Dönetici, x/Y kapasiteliler, ferrite beads) maliyet ve alan kurulunu aşırı durumlarda, kötü tasarlanmış SMPS düzenleyici testlerin dikkatli bir tasarımını gerektirir ve tamamen yeniden tasarlayabilir ([DFLT:0).

Transient Response

Linear düzenleyiciler, mikrosaniyelerdeki değişiklikleri minimum aşırı yüklemeye yanıt verir. Anahtarlama dönüştürücüler, geri bildirim döngüsünin sınırlı bant genişliği ve en yüksek verimsiz bir yanıt sergilemeli - on mikrosaniyede - ve daha büyük gerilimler gösterebilir.

Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet Maliyet

Çok düşük güçte (< 5 W), lineer bir dönüştürücü, daha az bileşen ve daha basit manyetikler nedeniyle daha ucuz olabilir. Güç arttıkça, lineer ve ısısink'ın maliyeti keskin bir şekilde yükselir. Anahtarlama dönüştürücüler yüksek hacimli üretim ekonomilerinden yararlanır; çünkü en fazla 15 W için SMPS çözümü tüm sistem seviyesindeki maliyetleri göz önünde bulundurmaktadır (size, soğutma, güç tedarik onayı).

Güvenilirlik ve Yaşam Zamanları

Linear dönüştürücüler, daha az aktif bileşenler ve daha düşük elektrik stresleri ile, genellikle daha uzun MTBF'ye ulaşır, özellikle de iyi ısıtıcılar ve yüksek kaliteli üreticilerden gelen elektrolizatörler milyonlarca saat boyunca MTBF'ye ulaşabilir.

Uygulama-Specific Selection Kriterleri

Lineer ve geçiş dönüştürücüleri arasındaki seçim genellikle uygulamanın gürültü duyarlılığı, güç seviyesi, boyut kısıtlamaları ve verimlilik gereksinimlerine kadar kaymaktadır.

  • [FONT=0] ISSo ve yüksek sadakat ekipmanı: Linear dönüştürücüler, sinyal yolunda çift olabilecek analog ses aşamalarını geçmek için tercih edilir. Digital circuits (DSP, DAC) geçiş dönüştürücüleri tarafından desteklenebilir, ancak dikkatli bir düzen ve filtreleme zorunludur.
  • [FONT:0]Medical cihazları:[Dönetici:[Dönetici:0) Hastaya bağlı tıbbi ekipman, aşırı düşük sızıntı akımları ve gürültü talep eder. Linear dönüştürücüler tıbbi-grad dönüştürücüler en temiz çıktı ve IEC 60601 gibi güvenlik standartlarını sunar.
  • [[Dönetici:0)Portable elektronik:[Döneticiler, tabletler, giyilebilir yükler ve dizüstü bilgisayarlar, batarya ömrünü en üst düzeye çıkarmak ve ince bir muhafaza içinde ısıyı en aza indirmek için yüksek verimlilik gerektirir.
  • [[Düz ve telecom: [Dönetici: 0,3,3,5 $) Yüksek güç (Pekiz) ve izolasyonlu iyi geçiş dönüştürücüleri için ihtiyaç vardır. Endüstri ortamları genellikle önemli EMI'ye sahiptir, ancak geçiş tedarikinin kendi emisyonları genellikle anahtarlama güç modüllerinin anahtarlama ve verimli olmasını gerektirir.
  • [FONT:0]Sensors ve hassas enstrümantasyon: For dc-coupled ölçümler için lineer dönüştürücüler genellikle bir geçiş önleyicisi verimliliğini artırır ve lineer bir post-regulator temizlenir - performans ve ısıyı dengelemek için bir hibrit tasarım.

AC-DC dönüşümü alanı, daha yüksek güç yoğunluğu, daha büyük verimlilik ve daha iyi kontrol talep ederek gelişmeye devam ediyor.

[FONT:0)Wide bandgap yarı iletkenleri [DDDK-1], galyum nitride (GaN) ve silikon ışınları (SiC) daha yüksek frekanslarda (-10 MHz) daha düşük kayıplarla birlikte, elektrik araçlarda ve güneş dönüştürücüleri ([D) boyutlarını azaltır.[D) GaN FET’leri kullanarak, GaN FET’leri kullanarak, bu malzemeler aynı zamanda daha yüksek gerilimleri de işletmeye olanak sağlar.

[FONT:0) Dijital kontrol[[Döneticiler veya DSP’ler ile analog tazminatlar, sofistike algoritmaları uygulayan dijital kontrol, ayarlanabilir geçiş frekansına, giriş/ ⁇ parametrelerine doğru izleme sağlar ve bu esneklik geçici yanıt geliştirir ve aktif termal yönetim yoluyla bileşenleri genişletebilir.

[FONT:0)Integration ve multi-çip modüller[Dönetici:0) Güç aşamasını, kontrolünü ve manyetikleri tek bir pakete birleştirir. Örneğin, bir uç dönüştürücü IC, güç MOSFET'yi entegre edebilir, yani dışsal bileşeni azaltır ve tasarımı basitleştirir.

[FONT=0)Resonant ve yumuşak-switching topolojiler[Dönder:0) (LLC, CLLC, faz-dönüşümlü tam değiştirme köprü) orta yüksek güç uygulamaları için standart hale gelir, çünkü geçiş kayıpları ve EMI'yi azaltırlar.

Lineer dönüştürücüler her zaman mutlak gürültü performansının önemli olduğu bir nişe sahip olacak, enerji verimliliği standartlarına doğru iter (örneğin, Enerji Yıldızı, 80 PLUS Titanyum) çoğu pazarda geçiş dönüştürücüleri güçlü bir şekilde destekliyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

DC dönüştürücülere Doğrult ve AC geçiş, iki temel olarak farklı tasarım felsefelerini temsil eder, her biri iyi tanımlanmış güçlü ve kısıtlamalarla. Linear dönüştürücüler eşsiz gürültü performansı ve basitliği sunar, ancak düşük verimlilik ve yüksek güçlerde ısıtıcılar yüksek verimlilik sunar.

Doğru seçim, uygulamanın belirli gereksinimlerine bağlıdır. Düşük güç için, gürültü-kırık devreleri ısının yönetilebilir, lineer dönüştürücüler, neredeyse her şeyden önce basit bir çözüm olarak kalır.In almost power technology updates with GaN/SiC devices ve dijital kontrol, iki tip arasındaki sınırlar, ancak burada belirtilen temel ticari devreleri değerlendirmeli, boyut kısıtlamaları ve düzenleyici uyumluluklar, son bir seçim yapmadan önce.