直流電圧コンバータ

電気エネルギーの変換について言えば、さまざまな変圧器、発電機、さまざまな家庭用電化製品の電源、電子機器の充電器、溶接インバーター、さらには原子力発電所を思い出すことができます。すべての場合において、電気エネルギーの変換は何らかの形で発生します。日常生活ではさまざまな種類の電力変換器に囲まれており、現代世界にそれらが完全に存在しないことを想像するのは困難であると言えます。

DC/DC コンバータは、過去 20 年間で特に一般的になりました。これは、半導体産業とエレクトロニクス全般の急速な発展によるものです。

高周波パルスコンバータは、低周波トランス電源によって市場からほぼ駆逐され、現在では古いテレビやその他のアンティーク機器、または一部の最新のオーディオアンプにのみ搭載されています。

高周波トランス (またはチョーク) は、50 ～ 60 Hz のネットワークで動作するように設計された低周波鉄トランスよりもはるかに小さいサイズなので、スイッチング電源が非常にコンパクトになります。いずれにしても、DC / DC コンバーターの設計には依然として変圧器 (またはチョーク) が含まれていますが、これはそれほど重くてノイズの多い変圧器ではありません。

最新の DC-DC コンバータ (いわゆる DC-DC 電圧コンバータ) の範囲は非常に幅広いです。 DC-DCコンバータとは具体的に何なのかを詳しく見てみましょう。

1. 小型調整可能なトランスデューサ

この小型の 43mm x 21mm コンバータと同様のモデルの価格は、中国市場では 1 ドル以上です。このインスタンスは LM2596 チップを実行し、その出力パラメータは調整できます。 4.5 ～ 40 ボルトの範囲の DC 電圧が入力に印加され、1.3 ～ 35 ボルトの DC 電圧が出力で得られます。

このコンバータから得られる最大電流は 3 アンペアですが、この場合ヒートシンクが必要です。ヒートシンクなしでコンバータを使用する場合、平均電流は 2 アンペアを超えてはなりません。このようなコンバータの効率は 92% に達することがあります。

このコンバータは降圧コンバータ トポロジに従って組み立てられており、そのすべての主要コンポーネントがボード上に表示されます。 入力および出力コンデンサ、窒息、 ショットキーダイオード、調整抵抗器と超小型回路自体が TO-263-5 パッケージに収められています。上の回路図にはトリム抵抗が示されていませんが、ボード上にはトリム抵抗があります。

この抵抗がないと、回路は出力に 5 ボルトを超える電圧を与えませんが、フィードバックがフィルタの出力コンデンサから直接除去されず、この調整抵抗を使用してここに組み立てられたばかりの分圧器を介して除去される場合、このボードに実装されているように、出力電圧範囲を大幅に拡張できます。

これらのコンバータの範囲は、開発者の想像力によってのみ制限されます。ここでは LED に電力を供給したり、さまざまなポータブル デバイスなどを充電したりできます。

増加（増幅）コンバータのトポロジーに従って作られた、このタイプのブーストコンバータもあります。

上の画像 (赤いボード) は、最大 150 ワットの最大電力 (追加の冷却が必要) の調整可能なブースト コンバータで、入力は 10 ～ 30 ボルト、出力は 12 ～ 35 ボルトで動作します。

前の例と同様に、このコンバータの出力には調整抵抗があり、出力電圧の所望の値を取得する役割を果たします。制御チップはボードの背面にあります。ボード自体のサイズは65mm x 35mmです。このようなコンバータの価格は、前の例より 3 倍高くなります。

2.防水電源

この電源は、エポキシが充填された頑丈で防水性のあるダイキャスト ハウジングを備えており、信頼性と安全性が必要とされる輸送およびその他の機器の両方で使用できます。インバーターには過電圧、過電圧、短絡、過負荷保護機能があります。

さまざまなモデルの入力電圧範囲は非常に広く、この例では 9 ～ 24 ボルトですが、出力は 24 ボルトで、最大電流は 5 アンペアです (この例では)。写真の箱のサイズは75mm×75mm、高さ31mmです。このようなコンバータの価格は、容量に応じて約10〜50ドルです。

このタイプのコンバータは、15 ～ 360 ワットの電力、最大 60 ボルトの入力電圧、5 ～ 48 ボルトの出力電圧用に製造されています。これらは多くの市場でも非常に一般的です。

3. エンクロージャへの DC 電源を切り替えます。

通常、これらの電源は、フライバック、プッシュプル、またはハーフブリッジ スイッチング回路に従って作成されます。 19 ～ 72 ボルト以上の入力電圧に対応しており、出力は通常 5 ～ 24 ボルトです。このタイプのコンバータの電力は 1000 ワットに達することがあります。ケースサイズは78mm x 51mm x 28mmから295mm x 127mm x 41mmまで。

これらの電源は多くのメーカーから入手可能であり、価格は最大で数百ドルかかる場合があります。多くの場合、このようなデバイスは LED ストリップに電力を供給するために使用されます。出力電圧を微調整する機能と過負荷保護機能を備えています。

市場には、交流ネットワークから直接電力供給される、いわゆる AC-DC コンバータと呼ばれる同様のモデルのコンバータがありますが、そこではネットワーク電圧が最初に整流され、フィルタリングされ、つまり一定になり、標準的な高周波変換および整流によって、別のレベル、より低いレベルの定電圧に変換された後、DC-DC コンバータ モジュールが再度使用されます。

他のコンバータとは異なり、交流ネットワークによって電力供給されるコンバータは、高周波パルストランスの二次巻線を一次巻線からガルバニック絶縁する必要があります。原則として、そのようなユニットのフィードバックループは、次の方法で絶縁されます。 フォトカプラ…公平を期すために、このタイプの低電力ユニットはフレームレス設計でも入手できることに注意してください。

4. 基板実装用DC-DCコンバータ

これらの小型電源の出力範囲は 0.25 ～ 100 ワットです。入力電圧の範囲は 3 ～ 3.6V、4.5 ～ 9V、9 ～ 18V、13 ～ 16.6V、9 ～ 36V、18 ～ 36V、18 ～ 72V、36 ～ 72V、および 36 ～ 75V に対応します。メーカーによっては、供給電圧範囲が異なる場合があります。一部のコンバータでは、出力電圧を調整し、デバイスをスタンバイ モードにすることができます。ブロックの標準出力電圧範囲: 5V、12V、15V。

プリント基板実装用のDC-DCコンバータは電気的に絶縁されており（1500V）、最大許容温度は摂氏90度に達します。開発者にとって最も興味深いのは、電力が 3 ワットのコンバータです。このようなコンバータのコストは、単位から数十ドルまでさまざまです。

最新の産業用スイッチング DC-DC コンバータの動作周波数はすべて 50kHz を超え、300kHz に達します。記載されているコンバータで使用されるトランスとチョークにはフェライト コアがあらゆる場所で使用されているため、この記述はパルス トランスとフェライト チョークにも当てはまります。

産業用専用コンバータ スイッチング IC の周波数は、常に 50 kHz を超えるように厳密に設定されていることがよくあります。 PWM コントローラが使用される場合、対応する周波数は外部コンポーネントによって設定されます。