Spis treści:
Zasilanie układów elektronicznych to niezwykle ważne zadanie. Od tego, jak zbudujemy sekcję zasilania, może zależeć praca końcowego urządzenia. Nasze źródło zasilania często podaje nam zbyt wysokie lub niskie napięcie. Co zrobić w tej sytuacji? Odpowiedź jest bardzo prosta: zastosować przetwornicę. Czym jest przetwornica, jak działa i jak wybrać model, który idealnie wpasuje się w nasze potrzeby? Dowiecie się tego w tym wpisie.
Czym jest przetwornica?
Przetwornica to najczęściej układ elektroniczny o małych rozmiarach. Zawiera cewkę, która przez szybkie i w pełni automatyczne łączenie i rozłączanie się z źródłem zasilania zmienia parametry płynącego przez układ przetwornicy prądu. Podstawą działania przetwornicy jest zachodzące w niej zjawisko samoindukcji. Gdy wyobrazimy sobie cewkę, przez którą płynie prąd, to zauważymy, że przez jej zwoje przepływa energia elektryczna generująca pewne pole magnetyczne. Jeśli jednak prąd zniknie, to zgromadzona w polu magnetycznym energia musi znaleźć ujście.
Pole magnetyczne podczas zanikania powoduje powstanie napięcia na zaciskach cewki. Napięcie powstałe na zaciskach cewki utrzymuje płynący przez cewkę prąd, po czasie zanika pole magnetyczne i napięcie nazywane napięciem samoindukcji. Układ kontrolujący prąd płynący przez cewkę oraz czasy jej przełączenia kontroluje napięcie samoindukcji. Pozwala to na wyprowadzenie prądu o pożądanych parametrach.
Jakie rozróżniamy typy przetwornic?
Przetwornice impulsowe dzielimy na trzy typy:
Modele oznaczone jako step-up podnoszą napięcie do określonej wartości. Przykładowo, jeśli potrzebujemy zasilić układ napięciem 5 V, a nasze źródło zasilania dostarcza jedynie 3,3 V, to przy pomocy przetwornicy napięcie 3,3 V zostanie podniesione do poziomu 5 V.
Przetwornice step-down pozwalają na obniżenie napięcia do konkretnego poziomu. Jeśli źródłem zasilania jest bateria podająca napięcie 9V, a układ musimy zasilić napięciem 5 V, to po zastosowaniu przetwornicy step-down uda nam się obniżyć napięcie podawane z ogniwa do 5 V.
Ostatnim typem są przetwornice oznaczone jako step-up/step-down. Są to przetwornice najbardziej uniwersalne. Pozwalają na podnoszenie i obniżanie napięcia. Jeśli potrzebujemy napięcia 5 V, to bez względu na to, czy skorzystamy z napięcia 3,3 V czy też 9 V, na wyjściu otrzymamy napięcie 5 V.
Istotne parametry przetwornic
Podobnie jak większość elementów elektronicznych przetwornica posiada kilka parametrów które warto brać pod uwagę podczas doboru konkretnego modelu. Dla przykładu skorzystamy z przetwornicy step-up/step-down firmy Pololu. Omówmy teraz poszczególne parametry:
- Napięcie wejściowe: 2,5 V do 18 V – jest to parametr, który określa zakres napięciowy, który pozwoli przetwornicy uzyskać na wyjściu określone napięcie. Możemy więc podłączyć do przetwornicy prąd od 2,5 V do 18 V.
- Napięcie wyjściowe: 5 V – napięcie, które uzyskamy na wyjściu przetwornicy po zasileniu prądem z zakresu określonego w napięciu wejściowym.
- Częstotliwość pracy: 1,5 MHz – częstotliwość pracy określa stabilność napięciową przetwornicy. Im wyższa częstotliwość, tym częściej następuje przełączanie cewki.
- Prąd wyjściowy maksymalny: 400 mA – to parametr, który określa wydajność prądową przetwornicy.
Znając te parametry łatwo będzie nam dobrać prawidłowy model przetwornicy. Oczywiście wcześniej musimy dowiedzieć się, jakiego napięcia oraz poboru prądu będzie wymagał układ i jakie napięcie będzie podawało źródło zasilania.
Gdzie znajdziemy zastosowanie dla przetwornic?
Przetwornice możemy wykorzystać do wszystkich projektów, które wymagają zmiany napięcia na wyższe lub niższe. Ze względu na wyższą sprawność niż stabilizatory liniowe możemy liczyć się z mniejszymi stratami prądu. Pozwoli to ograniczyć pojemność ogniw, które chcemy zastosować w naszych projektach jednocześnie zmniejszając rozmiar całego układu. Poza zmniejszonym poborem energii zwiększona sprawność pozwala na osiągnięcie niższych temperatur, co może być kluczowe w niektórych urządzeniach.
Aby dobrać prawidłową przetwornicę do swojego projektu, potrzebujemy informacji o tym, jakie napięcie dostarcza nasze źródło zasilania, jakie napięcie jest wymagane przez urządzenie oraz jaki prąd będzie przepływał przez układ. Na podstawie tych trzech danych możemy dobrać prawidłowy model korzystając z parametrów opisanych w poprzednim akapicie.
Przetwornice to bardzo uniwersalny regulator napięcia. Często są one najlepszym rozwiązaniem. W sekcji komentarzy możecie napisać, do czego użyliście przetwornic, chętnie poczytamy!
2 odpowiedzi
Jakie praktyczne znaczenie ma częstotliwość pracy przetwornicy? Czy 1,5MHz to dużo, czy mało? Lepsze wyższe, czy niższe?
Częstotliwość wpływa na spadki i wzrosty napięcia na wyjściu przetwornicy, im większa częstotliwość, tym bardziej stabilne napięcie. 1,5 MHz to wartość wystarczająca do większości projektów. Oczywiście lepiej wybrać przetwornicę o możliwie jak najwyższej częstotliwości aby zachować wysoką stabilność prądową.