Spis treści:
Przetwornica step up to urządzenie przeznaczone do podwyższania napięcia źródłowego (napięcia zasilania) do określonego poziomu.
Co to jest przetwornica step up?
Przetwornica step up (z ang. step-up converter) należy do grupy urządzeń określanych jako przekształtniki energoelektroniczne. Ich zadaniem jest efektywne i bezpieczne przekształcanie źródłowego napięcia stałego (napięcia wejściowego) na odpowiednio wyższe napięcie wyjściowe.
W codziennym użytkowaniu przetwornice step up umożliwiają wydajne zasilanie odbiorników prądu, które wymagają wyższego napięcia niż napięcie źródłowe. Cała konstrukcja zasilaczy sieciowych charakteryzujący się impulsowym działaniem opiera się o przetwornice podwyższające napięcie wejściowe.
Przetwornice step up - podstawowe informacje
Zasada działania przetwornic impulsowych polega na cyklicznym włączaniu i wyłączaniu. Te procesy są realizowane tak szybko, że nie mają wpływu na podłączone odbiorniki prądu. Jaka jest największa zaleta przetwornic impulsowych? Przede wszystkim minimalne straty mocy i generowanie niewielkiej ilości ciepła, w odniesieniu do stabilizatorów liniowych pracujących z takim samym obciążeniem i w identycznych warunkach.
Przetwornice podwyższające napięcie zasilania składają się m.in. z kondensatorów o różnej pojemności, które pełnią funkcje filtrów wygładzających przebieg napięcia wyjściowego. Z kolei cewka (dławik) pełni funkcję magazynu. Cewka przechowuje energię w momencie, gdy przetwornica jest podłączona do zasilania. Ten element elektroniczny wymaga ładowania. Niestety ładująca się cewka uniemożliwia zasilanie podłączonych do przetwornicy odbiorników. Aby zapobiec wahaniom napięcia wyjściowego, a co za tym idzie, niestabilnemu działaniu podłączonych układów, producenci przetwornic wykorzystują wcześniej wspomniane kondensatory. Z kolei oddanie zmagazynowanej energii w cewce następuje w momencie odłączenia zasilania.
Zarządzanie pracą przetwornicy napięcia jest realizowane poprzez sterownik (najczęściej jest to układ scalony). Z kolei za kluczowanie odpowiada tranzystor MOSFET, czyli element elektroniczny pozwalający na przewodzenie nawet bardzo dużego prądu przy praktycznie niezauważalnych stratach energii. Następnym pasywnym elementem elektronicznym jest dioda krzemowa, która pełni funkcję kontrolowania przepływu prądu w układzie w odpowiednim kierunku.
Co jeszcze warto wiedzieć o przetwornicach napięcia step up?
Impulsowe przetwornice napięcia, a dokładniej ich cewki, są załączane do zasilania cyklicznie. Napięcie w cewce dodaje się do napięcia źródłowego (napięcia wejściowego) i w taki sposób przetwornica podwyższa napięcie do konkretnego poziomu (np. do 25 V).
Impulsowe przetwornice napięcia step up wyróżniają się wysoką sprawnością na poziomie od 70% do nawet 90%. W praktyce oznacza to, że większość mocy wejściowej jest dostępna na wyjściu. Wybrane modele mają sprawność na poziomie 95%.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze przetwornicy napięcia step up?
Przetwornice podwyższające napięcie źródłowe różnią się między sobą konstrukcją, wydajnością prądową, zakresem temperatury pracy oraz innymi parametrami elektrycznymi. Tak dużo zmiennych sprawia, że nie ma uniwersalnego urządzenia podwyższającego napięcie, przeznaczonego do stabilnego i bezpiecznego zasilania każdego odbiornika prądu.
Wybierając przetwornice napięcia step up należy zwrócić szczególną uwagę na zakres napięcia źródłowego i zakres napięcia wyjściowego (w przypadku przetwornic wyposażonych w układ regulujący napięcie). Kolejnym parametrem technicznym jest maksymalny prądy wyjściowy. W przypadku niewielkich przetwornic step up ten parametr oscyluje w granicach kilkuset miliamperów. Projekty DIY lub gotowe przetwornice step up tego typu są przeważnie wyposażone w złącza goldpin.
Z kolei przetwornice o wydajności prądowej rzędu kilku amperów mają wbudowane złącza śrubowe lub otwory znajdujące się na płytce drukowanej PCB. Wybrane układy podwyższające napięcie wejściowe są wyposażone np. w cztery wyprowadzenia i sześć otworów przeznaczonych do wlutowania złącz o rastrze 2,54 mm.
Przetwornice step up o dużej mocy
Przetwornice o mocy od około 100 W są umownie nazywane przetwornicami dużej mocy. Znajdują zastosowanie m.in. w samochodach, w których przekształcają napięcie stałe 12 V DC na napięcie przemienne 230 V AC. Przetwornice samochodowe umożliwiają bezpieczne zasilanie urządzeń wymagających do pracy np. napięcia 230 V AC z gniazdka zapalniczki samochodowej. Innym sposobem zasilania przetwornicy jest bezpośrednie podłączenie do akumulatora. W takim przypadku gniazdko samochodowe nie ogranicza wydajności przetwornicy (o ile jest wyższa niż maksymalna wydajność prądowa gniazda zapalniczki).
Wybrane przetwornice step up o dużej mocy mogą być wykorzystywane do podwyższania napięcia instalacji elektrycznej 24 V DC do 230 V AC. Urządzenia tego typu doskonale sprawdzają się m.in. w samochodach ciężarowych. Na szczególną uwagę zasługują uniwersalne przetwornice napięcia step up, które mogą być zasilane zarówno z instalacji elektrycznych o napięciu 12 V DC, jak i 24 V DC oraz zapewniają na wyjściu stabilne napięcie 230 V AC. Urządzenia tego typu są przeważnie wyposażone w zabezpieczenia chroniące przed przepięciami, przeciążeniem i osiągnięciem zbyt wysokiej temperatury. Chłodzenie aktywne w postaci jednego lub kilku wentylatorów zapewnia efektywne odprowadzanie ciepła. Ponadto pełna sinusoida (sinusoidalny przebieg napięcia) gwarantuje stabilne i niezawodne działanie nawet wymagających odbiorników prądu.
Wybierając konkretny model przetwornicy step up o dużej mocy, przede wszystkim należy zwrócić uwagę na zakres napięcia wejściowego i moc urządzenia. Producenci przetwornic często wyszczególniają 3 „rodzaje” mocy. Pierwszy z nich to moc maksymalna, drugi to moc chwilowa, natomiast trzeci jest opisywany jako moc ciągła. Ostatni parametr jest najważniejszy, ponieważ informuje użytkowników, z jakim maksymalnym obciążeniem przetwornica może pracować ciągle, bez ryzyka związanego m.in. z przeciążeniem.
