Spis treści:
Przetwornica step down to urządzenie wykorzystywane do obniżania napięcia zasilania. Dzięki niemu można stabilnie i bezpiecznie zasilać różnego rodzaju odbiorniki prądu.
Przetwornica step down - co to jest?
Przetwornice step down należą do grupy urządzeń, które obniżają napięcie wejściowe (tak zwane napięcie zasilania) do określonego poziomu. W praktyce oznacza to możliwość bezpiecznego zasilania odbiorników prądu, które wymagają niższego napięcia niż napięcie wejściowe, np. z sieci elektrycznej 230 V AC.
Innymi słowy, przetwornice napięcia to przekształtniki energoelektroniczne, które mają za zadanie obniżenie napięcia wejściowego i dostosowanie napięcia wyjściowego do wymagań elektrycznych zasilanego odbiornika lub odbiorników prądu.
W jaki sposób działa przetwornica step down?
Straty mocy na przetwornicy to niepożądane zjawisko, dlatego producenci dokładają wszelkich starań, aby były jak najmniejsze. Impulsowa przetwornica step down to najczęściej wykorzystywany typ urządzeń, właśnie ze względu na stosunkowo niewielkie straty mocy. Zasada działania przetwornic impulsowych polega na włączaniu i wyłączaniu. Naprzemienny proces dzieje się na tyle szybko, że nie ma on wpływu na działanie podłączonych odbiorników prądu.
Kluczowymi elementami przetwornic step down są podzespoły elektroniczne odpowiedzialne za wygładzania całego przebiegu napięcia. Producenci najczęściej wykorzystują różnego rodzaju kondensatory (w tym modele o dużej pojemności) i dławiki (cewki). Zadaniem kondensatorów jest filtrowanie napięcia. Z kolei cewki służą jako magazyny energii. Przechowują ją w sytuacji, gdy urządzenie jest podłączone do zasilania, natomiast oddają w momencie odłączenia zasilania.
Dodatkowe informacje o przetwornicy step down
Przetwornice obniżające napięcie wejściowe są zarządzane przez sterowniki (układy scalone). Z kolei funkcję przełącznika najczęściej pełni tranzystor MOSFET. Ten element elektroniczny pozwala na bezpieczne i efektywne przewodzenie dużego prądu przy jednocześnie minimalnych stratach energii. W codziennym użytkowaniu oznacza to, że przetwornica impulsowa step down wytwarza zdecydowanie mniejszą ilość ciepła w trakcie pracy (w porównaniu do porównywalnych stabilizatorów liniowych działających w takich samych warunkach).
Kolejnym elementem elektronicznym niezbędnym do prawidłowego działania przetwornic step down jest dioda krzemowa. Jej funkcja polega na kontrolowaniu przepływu energii elektrycznej w obwodzie w prawidłowym kierunku.
Co jeszcze warto wiedzieć o przetwornicach obniżających napięcie?
Cewka w impulsowych przetwornicach step down jest załączana do źródła zasilania w sposób cykliczny. Napięcie w cewce odejmuje się od napięcia wejściowego i w ten sposób urządzenie obniża poziom napięcia do konkretnej wartość (np. 12 V).
Warto jednak zaznaczyć, że cewka w przetwornicy step down musi być ładowana. Podczas tego procesu nie jest możliwe zasilanie odbiorników prądu podłączonych do wyjścia urządzenia. Uniknięcie wahań napięcia i tym samym zapewnienie stabilnego działania przetwornicy jest możliwe poprzez zastosowanie wspomnieniach kondensatorów o odpowiedniej pojemności.
Wykorzystanie przetwornic step down
Nowoczesne przetwornice obniżające napięcie wyróżniają się wysoką sprawnością przekraczającą 90%, a nawet 95%. W codziennym użytkowaniu oznacza to, że praktycznie cała energia dostarczana do przetwornicy na wejściu jest dostępna na wyjściu.
Nie ma jednej uniwersalnej przetwornicy napięcia step down pozwalającej na stabilne i efektywne zasilanie wszystkich odbiorników prądu. W trakcie wyboru konkretnego układu obniżającego napięcie źródłowe, należy kierować się parametrami elektrycznymi urządzeń, które będą zasilane. W przypadku sprzętu przenośnego, który do działania wymaga niewielkiej ilości energii elektrycznej, dobrym wyborem są miniaturowe układy na płytkach drukowanych PCB. Podłączenie przetwornicy tego typu do zasilanego układu przeważnie odbywa się przy wykorzystaniu złącza goldpin.
Większe przetwornice step down, charakteryzujące się mocą kilkudziesięciu watów, umożliwiają stabilne zasilanie układów, których pobór prądy wynosi kilka amperów. Do podłączenia zasilania źródłowego i odbiorników prądu wykorzystuje się m.in. złącza dystansowe. Z kolei montaż przetwornicy odbywa się przy wykorzystaniu 2 lub 4 śrub i tulejek dystansowych. Wybrane modele układów obniżających napięcie są wyposażone w wyświetlacz. Dzięki niemu można nie tylko łatwo i szybko ustawić napięcie wyjściowe (w przypadku przetwornic z możliwością regulowania tego parametru), ale również monitorować napięcie podawane na wyjściu.
Rodzaje przetwornic step down
Przetwornice wykorzystywane do obniżania napięcia źródłowego można podzielić m.in. ze względu na typ konstrukcji i parametry elektryczne. Najważniejsze z nich to napięcie wejściowe (lub jego zakres) i napięcie wyjściowe (lub jego zakres). Miniaturowe przetwornice mogą być zasilane np. napięciem w zakresie od 4,75 V do 23 V i przekształcać je na napięcie w przedziale od 1,0 V do 17 V. W powyższym przypadku mamy do czynienia z urządzeniem, które może być bezpiecznie podłączone do źródła zasilania charakteryzującego napięcie w pewnym zakresie. Napięcie wyjściowe jest również regulowane.
Niektóre przetwornice step down mogą być podłączone wyłącznie do źródła zasilania o napięciu zawierającym się w zakresie np. od 14 V do 42 V. Z kolei napięcie wyjściowe nie jest regulowane i może wynosić np. 12 V.
Kolejny kluczowy parametr to maksymalny prąd ciągły, który określa jakie największe natężenie (na wyjściu) zapewnia konkretny model przetwornicy napięcia. W przypadku niewielkich układów ten parametr przeważnie kształtuje się na poziomie kilkuset miliamperów. Z kolei większe układy wyróżniają się wydajnością prądową na poziomie kilku amperów. Duże przetwornice samochodowe step down charakteryzują się ciągłym prądem wyjściowym na poziomie kilkunastu amperów.
Pozostałe parametry techniczne przetwornic obniżających napięcie źródłowe to częstotliwość przełączania, dokładność napięciowa oraz zakres temperatury roboczej. Ponadto przetwornice step down mogą być wyposażone w dodatkowe funkcje typu soft start (miękki start) oraz zabezpieczenia chroniące np. przed zbyt wysoką temperaturą i przed przeciążeniem.
