Przekształtniki DC-DC
mgr inż. Adam KAWA adamkawa@agh.edu.pl
AGH Kraków, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów
Przetwarzania Energii
Przekształtniki DC-DC
mgr inż. Adam KAWA adamkawa@agh.edu.pl
AGH Kraków, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów
Przetwarzania Energii
Plan prezentacji
• Wstęp
– Zastosowanie przekształtników DC-DC
• Podstawowe topologie:
– Buck (obniŜająca napięcie)
– Buck-Boost (podwyŜszająco-obniŜająca napięcie)
– Boost (podwyŜszająca 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 obniŜający 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
(ObniŜający)
(ObniŜająco-podwyŜszający)
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 zaleŜy od U
1
, D oraz f, L, R
o
!!
Przetwornica DC-DC typu boost -DCM
DCM (Discontinues Conduction Mode)
U2 zaleŜy od U
1
, D oraz f, L, R
o
!!
Przetwornica DC-DC typu boost -DCM
DCM (Discontinues Conduction Mode)
U2 zaleŜy 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 duŜym 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 duŜym wzmocnieniu nap)
Zalety :
•
Małe tętnienia prądu we
•
Najprostsza topologia
Krótki czas przewodzenia
diody(t
D
), a więc:
•
Istotny udział t
rr
w t
D
•
DuŜe 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 duŜym wzmocnieniu nap)
Zalety :
•
Małe tętnienia prądu we
•
Najprostsza topologia
U
Smax
= U
wy
I
Smax
= I
we max
Koszt
STRATY
DuŜe 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