Bộ biến đổi điện áp một chiều DC-DC là gì

Bộ biến đổi DC-DC là gì

Bộ biến đổi DC-DC hay DC-DC converter hay bộ biến đổi điện áp một chiều DC-DC là một mạch điện tử hoặc thiết bị cơ điện dùng để chuyển đổi nguồn dòng điện một chiều (DC) từ mức điện áp này sang mức điện áp khác. Nó là một loại bộ chuyển đổi năng lượng điện. Mức năng lượng từ rất thấp (pin nhỏ) đến rất cao (truyền tải điện cao áp).

Bộ chuyển đổi DC-DC sử dụng chuyển đổi tần số cao và cuộn cảm, máy biến áp và tụ điện để làm mịn nhiễu chuyển đổi thành điện áp DC điều chỉnh. Các vòng phản hồi kín duy trì đầu ra điện áp không đổi ngay cả khi thay đổi điện áp đầu vào và dòng điện đầu ra. Với hiệu suất 90%, nó thường hiệu quả hơn và nhỏ hơn nhiều so với bộ điều chỉnh tuyến tính. Nhược điểm của nó là nhiễu và phức tạp.

Bộ chuyển đổi DC-DC được chia ra làm loại cô lập và loại không cô lập. Cô lập được xác định bằng cách nối đất đầu vào với đất đầu ra hay không.

Bốn cấu trúc liên kết phổ biến là bộ chuyển đổi buck, boost, buck-boost và SEPIC.

Bộ chuyển đổi buck giảm điện áp xuống, tạo ra điện áp thấp hơn điện áp đầu vào. Bộ chuyển đổi buck có thể được sử dụng để sạc pin lithium ion đến 4,2V, từ nguồn 5V USB.

Bộ chuyển đổi boost nâng điện áp lên, tạo ra điện áp cao hơn điện áp đầu vào. Bộ chuyển đổi boost có thể được sử dụng để điều khiển chuỗi đèn LED từ pin lithium hoặc cung cấp đầu ra USB 5V từ pin lithium.

Bộ chuyển đổi buck-boost nâng điện áp lên hoặc xuống, tạo ra điện áp bằng hoặc cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu vào. Bộ chuyển đổi buck-boost có thể được sử dụng để cung cấp đầu ra 12V từ pin 12V. Điện áp của pin 12V có thể thay đổi trong khoảng từ 10V đến 14,7V. Bộ chuyển đổi buck-boost cũng có thể cung cấp năng lượng cho đèn LED từ một tế bào. Điện áp rơi thuận của LED cao tới 3 V. Tế bào pin lithium có thể thay đổi trong khoảng từ 2,5 đến 4,2 V. Buck-boost tạo ra điện áp dương và âm.

Bộ chuyển đổi SEPIC cũng nâng điện áp lên hoặc xuống, tạo ra điện áp bằng hoặc cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu vào. SEPIC được sử dụng cho các ứng dụng tương tự như buck-boost, nhưng cung cấp một số lợi thế trong một số ứng dụng.

Công dụng

Bộ biến đổi DC-DC được sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại di động và máy tính xách tay, được cung cấp năng lượng chủ yếu từ pin. Các thiết bị điện tử này thường chứa một số mạch phụ, mỗi mạch có yêu cầu mức điện áp riêng khác với mức điện áp được cung cấp bởi pin hoặc nguồn cung cấp bên ngoài (đôi khi cao hơn hoặc thấp hơn điện áp cung cấp). Ngoài ra, điện áp pin giảm khi năng lượng dự trữ của nó bị cạn kiệt. Bộ chuyển đổi điện áp một chiều DC-DC cung cấp một phương pháp để tăng điện áp từ điện áp pin giảm một phần, do đó tiết kiệm không gian thay vì sử dụng nhiều pin để thực hiện cùng một việc.

Hầu hết các mạch chuyển đổi DC-DC cũng điều chỉnh điện áp đầu ra. Một số ngoại lệ như nguồn điện LED hiệu suất cao, là một loại bộ chuyển đổi DC-DC để điều chỉnh dòng điện qua đèn LED tăng gấp đôi hoặc gấp ba điện áp đầu ra.

DC-DC converter được thiết kế để tối đa hóa năng lượng thu được cho các hệ thống quang điện và tuabin gió được gọi là bộ tối ưu hóa công suất.

Máy biến áp được sử dụng để biến đổi điện áp ở tần số nguồn 50–60 Hz phải lớn và nặng cho công suất vượt quá một vài watt. Điều này làm cho nó đắt tiền và phải chịu tổn thất năng lượng trong các cuộn dây và do dòng điện xoáy trong lõi. Kỹ thuật DC-DC sử dụng máy biến áp hoặc cuộn cảm hoạt động ở tần số cao hơn nhiều, chỉ yêu cầu các linh kiện quấn nhỏ hơn, nhẹ hơn và rẻ hơn nhiều. Do đó, kỹ thuật này được sử dụng ngay cả khi có thể sử dụng máy biến áp chính; ví dụ, đối với các thiết bị điện tử trong nước, nên chỉnh lưu điện áp nguồn thành DC, sử dụng kỹ thuật chuyển đổi chế độ để chuyển đổi nó thành AC tần số cao ở điện áp mong muốn, sau đó chỉnh lưu thành DC. Toàn bộ mạch phức tạp rẻ hơn và hiệu quả hơn so với một mạch biến áp chính đơn giản của cùng một đầu ra. Bộ biến đổi DC-DC được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng lưới điện một chiều, trong điều kiện các mức điện áp khác nhau.