Przekształtniki DC-DC

mgr inż. Adam KAWA [e-mail]

AGH Kraków, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów

Przetwarzania Energii

Plan prezentacji

• Wstęp

– Zastosowanie przekształtników DC-DC

• Podstawowe topologie:

– Buck (obniżająca napięcie)

– Buck-Boost (podwyższająco-obniżająca napięcie)

– Boost (podwyższająca napięcie)

• Elementy składowe przekształtników DC-DC

– Elementy półprzewodnikowe

– Dławiki

2

Przykład zastosowania – zasilanie procesora

Wymagania zasilania:
- niewielkie napięcie ok. 1V
- znaczny prąd: rzędu 20A

Dostępne źródło zasilania:
- akumulator ok. 14V
- maksymalny prąd : < 10A

Liniowy stabilizator napięcia ?

Moc strat dP = (14V-1V)*20A = 260W
Nierealizowalne !!

Rozwiązanie: przekształtnik DC/DC obniżający napięcie (Buck)

Przykład zastosowania – mikrofalownik

(BOOST)

Przekształtnik DC/AC z szyną pośrednią DC

Moc mikroinverterów : 100 – 300W

Nap. wej. : 25 – 50V

DC/DC k

U

= 10 - 15

Przetwornice Buck i Buck-Boost

Buck

Buck - Boost

D- współczynnik wypełnienia PWM

(Obniżający)

(Obniżająco-podwyższający)

Wzory dotyczą pracy z ciągłym przewodzeniem

Przetwornica w topologii

BOOST

•

Układy PFC w zasilaczach

•

Fotowoltaika

•

Nowoczesne źródła światła

D- współczynnik wypełnienia PWM

Przetwornica DC-DC typu boost -CCM

CCM (Continues Conduction Mode)

Przetwornica DC-DC typu boost -CCM

CCM (Continues Conduction Mode)

Przetwornica DC-DC typu boost -CCM

CCM (Continues Conduction Mode)

Przetwornica DC-DC typu boost -DCM

DCM (Discontinues Conduction Mode)

U2 zależy od U

1

, D oraz f, L, R

o

!!

Przetwornica DC-DC typu boost -DCM

DCM (Discontinues Conduction Mode)

U2 zależy od U

1

, D oraz f, L, R

o

!!

Przetwornica DC-DC typu boost -DCM

DCM (Discontinues Conduction Mode)

U2 zależy od U

1

, D oraz f, L, R

o

!!

Przetwornica DC-DC

typu boost – ograniczenia

Wady :
•

Mała sprawność przy D > 0,8

•

Znaczne wymogi dla łącznika S

(przy dużym wzmocnieniu nap)

Zalety :
•

Małe tętnienia prądu we

•

Najprostsza topologia

Przetwornica DC-DC

typu boost – ograniczenia

Wady :
•

Mała sprawność przy D > 0,8

•

Znaczne wymogi dla łącznika S

(przy dużym wzmocnieniu nap)

Zalety :
•

Małe tętnienia prądu we

•

Najprostsza topologia

Krótki czas przewodzenia

diody(t

D

), a więc:

•

Istotny udział t

rr

w t

D

•

Duże straty przewodzenia
diody i w ESR C2

•

Rezystancje szergowe
dławika, łącznika itp

Problemy z EMC !!

Konwencjonalna przetwornica DC-DC

typu boost – ogranicznia

Wady :
•

Mała sprawność przy D > 0,8

•

Znaczne wymogi dla łącznika S

(przy dużym wzmocnieniu nap)

Zalety :
•

Małe tętnienia prądu we

•

Najprostsza topologia

U

Smax

= U

wy

I

Smax

= I

we max

Koszt

STRATY

Duże R

DS-on

Elementy przekształtników DC/DC

Łącznik w pełni sterowalny: najczęściej tranzystor MOSFET lub IGBT

TO-247

TO-220

SOIC8

Dioda mocy :

D2PACK

ISOTOP

Elementy przekształtników DC/DC

Dławiki

Dławiki toroidalne

proszkowe lub ferrytowe

(ze szczeliną)

Dławiki na kształtkach

typu E ferrytowe (ze

szczeliną)

Dławiki miniaturowe SMD