DC-DC konbertsore

Kostu baxuko bihurgailuak: bi buck bihurgailu eta boost bihurgailu bat.

DC-DC konbertsoreak tentsio zuzena beste maila desberdineko tentsio zuzen bihurtzen duten potentziako gailuak dira eta, normalean, irteera erregulatua ematen dute.

Orokorrean konbertsore mota honek hainbat izen hartzen ditu: DC-DC bihurgailu kommutatua, elikatze-iturri kommutatua, zuzeneko zatitzailea edo chopperra.

Erreguladore lineala versus erreguladore kommutatua

Ezer baino lehen ikusiko da zergatik behar diren erreguladore kommutatuak eta ez erreguladore linealak.

Erreguladore lineala

Errendimendua erreguladore linealean oso baxua da. Transistoreak zona aktiboan lan egiten du, azken finean potentziometroa izango balitz bezala.

Erreguladore kommutatua

Erreguladore kommutatuan transistoreak kommutazioan lan egiten du, hau da, edo ebakita edo itxita. Suposatuz ideala dela, ez luke potentziarik kontsumituko, beraz, errendimendua % 100ekoa da.

Oinarrizko erreguladore kommutatua

Erreguladore kommutatuaren irteera.

Etengailua ebaketan eta asetasunean jarriz periodikoki irudian agertzen den seinalea lortzen da.

Tentsioaren batez besteko balioa izango da:

$V_{o}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}v_{o}(t)\cdot dt={\frac {1}{T}}\int _{0}^{DT}V_{S}\cdot dt=V_{S}\cdot D$

D lan-zikloa kontrolatuz, batez besteko tentsioa kontrola daiteke.

$D={\frac {t_{on}}{t_{on}+t_{off}}}={\frac {t_{on}}{T}}=t_{on}\cdot f$

Ikusten denez irteerako batez besteko tentsioa iturrikoa baino txikiagoa izan beharko da derrigorrez.

Isolamendu gabeko iturri kommutatuak

Ezaugarriak

• Ez dago isolamendu galvanikorik.
• Irteerako tentsio bakarra.
• Iragazkiko osagaiak kommutazioko maiztasunaren menpe daude.

Oinarrizko lau topologiak

• Bihurgailu erreduktorea (Buck).
• Bihurgailu jasotzailea (Boost).
• Bihurgailu erreduktore-jasotzailea (Buck-Boost).
• Cuk bihurgailua.

Bihurgailu erreduktorea.

Bihurgailu jasotzailea.

Bihurgailu erreduktore-jasotzailea.

Cuk bihurgailua.

Bihurgailu erreduktorea (Buck)

Seinale zuzen konstantea lortzeko behe-paseko iragazkia erabil daiteke maiztasun altuko osagaiak kentzeko.

Diodoak bidea eskaintzen dio korronteari etengailua zabalik dagoenean, eta zabalik dago etengailua itxita dagoen bitartean.

Zirkuitu honi erreduktorea deitzen zaio irteerako tentsioa beti delako sarrerakoa baino txikiagoa.

$V_{o}=V_{S}\cdot D$

Bihurgailu jasotzailea (Boost)

Bihurgailu honetan irteerako tentsioa sarrerakoa baino handiagoa izango da, horregatik jasotzailea deitzen zaio.

$V_{o}={\frac {V_{S}}{1-D}}$

Bihurgailu erreduktore-jasotzailea (Buck-Boost)

Bihurgailu honetan irteerako tentsioa sarrerakoa baino handiagoa edo txikiagoa izan daiteke. Horrez gain tentsioaren polaritatea alderantzikatu du.

$V_{o}=-V_{S}\cdot \left({\frac {D}{1-D}}\right)$

Cuk bihurgailua

Bihurgailu honetan irteerako tentsioa sarrerakoa baino handiagoa edo txikiagoa izan daiteke. Horrez gain tentsioaren polaritatea alderantzikatu du.

${\frac {V_{o}}{V_{S}}}=-\left({\frac {D}{1-D}}\right)$

Kargako uhindura txikiagoa du aurreko bihurgailuak baino, baina hori lortzeko C kondentsadorea handiagoa izan behar da eta ESR (serie-erresistentzia baliokidea) txikia izan behar du korronte altuak pasatu behar baitira.

L₁ harilak behe-paseko iragazki gisa lan egiten du, eta energiaren transferentzia C kondentsadorearen menpekoa da.

Isolamendu galvanikodun elikatze-iturri kommutatuak

Sarrera

Isolamendu gabeko elikatze-iturrietan sarrera eta irteera konektaturik daude elektrikoki. Horixe da desabantailarik handiena. Isolamendu galvanikoa lortzeko transformadore bat erabil daiteke.

AC-DC etapa bat erabiltzen bada, transformadore bat alternoko aldean ipini daiteke, baina aplikazio guztietan ez da beharrezkoa honelako etapa bat. Gainera, behe-maiztasuneko (50-60 Hz) transformadoreak pisutsuak, bolumen handikoak eta garestiak izaten dira.

Sarrera eta irteera isolatzeko kommutazioko zirkuitu bat erabil daiteke. Metodo hori eraginkorragoa da. Kommutazioko maiztasuna handiagoa da eta honek malgutasun gehiago ematen du diseinatzerakoan (harilkatu aniztun transformadoreak erabili daitezke irteerako tentsio desberdinak lortzeko).

Iturri kommutatuetan erabiltzen diren transformadoreak kilohertz inguruko maiztasunekin lan egin beharko dute. Maiztasunaren karratuarekin, burdinako nukleodun transformadoreetan Focault-eko galerak handitzen dira. Horregatik, transformadore horiek ez dira egokiak, galerak handiegiak direlako. Normalean ferrita nukleodunak erabiltzen dira. Material hori zeramikoa da eta ondorioz ez dago Focault-eko galerarik nukleoa isolatzailea delako. Gainera, arazo gutxiago dago nukleoaren asetasunarekin.

Isolamenduko elikatze-iturri kommutatuen ezaugarriak

• Isolamendu galvanikoa daukate.
• Irteerako tentsio bat baino gehiago izan dezakete.
• Iragazkiko osagaiak kommutazioko maiztasunaren menpe daude.
• Hainbat topologia daude.
• Irteerako potentzia watt batzuetatik bi kilowatt tartean izan daiteke.
• Eraginkortasuna % 70 eta % 80 tartean ibiliko da.

Flyback bihurgailua.

Flyback bihurgailua

Irudian Flyback bihurgailua ikusten da eta erabiliko den zirkuitu baliokidea (dispertsioko induktantziak baxuak izan beharko dira euren efektua murrizteko).

Funtzionamendua Buck-Boost bihurgailuaren antzekoa da. Energia L harilean metatzen da etengailua itxita dagoenean eta kargari ematen zaio irekita dagoenean.

Flyback bihurgailuaren ezaugarriak:

• Irteerako tentsioa lan-zikloaren menpe eta transformadorearen hari-kopuruaren menpe egongo da.

$V_{o}=V_{S}\cdot \left({\frac {D}{1-D}}\right)\cdot \left({\frac {N_{2}}{N_{1}}}\right)$

• Irteerako iragazkia kapazitiboa da.
• Kontrola erraza da. Potentzia txikiko aplikazioentzako egokia da.
• Transistoreak jasan beharko du elikadurako tentsioa baino handiagoa.

$V_{SW}=V_{S}+V_{o}\cdot \left({\frac {N_{1}}{N_{2}}}\right)$

Forward bihurgailua.

Forward bihurgailua

Forward bihurgailua ere magnetikoki akoplatuta dago. Transformadoreak hiru harilkatu ditu: 1 eta 2 harilkatuek energia transferitzen dute iturritik kargara etengailua itxita dagoenean, eta 3 harilkatua bide bat da korronte magnetizatzailearentzat etengailua irekita dagoenean. Korronte hori zero izango da kommutazio periodo bakoitza hasi baino lehen.

Forward bihurgailuaren ezaugarriak:

• Buck bihurgailu erreduktorean oinarrituta dago.
• Transformadorearen nukleoa txikiagoa da Flyback bihurgailuaren transformadorearekin konparatuz.
• Kontrola erraza da.
• Potentzia ertaineko aplikazioentzako egokia da.
• Ziklo bakoitzean ziurtatu behar da nukleoaren energia magnetizatzailea desagertzen dela.

Push-Pull bihurgailua

Sw₁ eta Sw₂ etengailuek kommutatzen dutenean kontrako polaritateko pultsuak sortzen dira transformadorearen primarioko eta sekundarioko harilkatuetan. Sekundarioko diodoek pultsuen kontrako polaritatea artezten dute eta V_x tentsioa sortzen dute. Tentsio hori behe-paseko iragazkiaren sarrerara eramaten da.

Full-bridge bihurgailua.

Push-Pull bihurgailuaren ezaugarriak:

• Bihurgailu zuzen honek nukleoaren desmagnetizazioa ziurtatzen du ziklo bakoitzean.
• Transformadorea gutxi gorabehera bihurgailu asimetrikoen transformadoreen erdia da. Horrela diseinu konpaktuagoa lortzen da.
• Transistoreek 2V_s tentsioa jasan beharko dute eta hori desabantaila handia izan daiteke.

Full-Bridge bihurgailua

Funtzionamendua Push-Pull bihurgailuaren antzekoa da. Irudian ikusten den legez etengailu pareak (S₁-S₂ eta S₃-S₄) txandaka irekitzen eta ixten dira.

Half-Bridge bihurgailua.

Full-Bridge bihurgailuaren ezaugarriak:

• Zirkuitu hori potentzia handiko aplikazioetan erabiltzen da.
• Transistoreek U_E tentsioa jasan behar dute.
• Kontrola erraza da, baina driverrak galvanikoki isolaturik egon behar dira.

Half-Bridge bihurgailua

Bihurgailu honetan bi etengailu kontrolatu soilik erabiltzen dira. U_E tentsioa erdibanatu egiten da C₁ eta C₂ kondentsadore berdinetan.

Ikus, gainera

• Artezgailu (elektrizitatea)
• Osagai elektroniko
• MOSFET
• CMOS
• Fotodiodo
• LED
• Memoria gelaxka
• Tiristore
• Triac
• Txip
• Erresistentzia (osagaia)
• Fusible
• Kable elektriko
• Loki (gailua)
• Termistore
• Erreaktantzia elektriko
• Errele

Kanpo estekak

• DC-AC Potentziako Bihurgailu Elektronikoak edo Inbertsoreak

• Datuak: Q1635352
• Multimedia: DC-to-DC converter integrated circuits / Q1635352