Alexandr Krejèiøík DC/DC MÌNIÈE Praha 2001

Alexandr Krejèiøík DC/DC MÌNIÈE Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù Pøedkládaná zapojení a informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny Veškerá práva vyhrazena Ing Alexandr Krejèiøík, 2001 Nakladatelství BEN technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Alexandr Krejèiøík: DC/DC mìnièe BEN technická literatura, Praha 2001 1 vydání ISBN 80-7300-045-8 2 A KREJÈIØÍK: DC/DC MÌNIÈE A

OBSAH SEZNAM POUŽITÝCH ZNAÈEK A SYMBOLÙ 5 ÚVOD 7 1 TEORIE DC/DC MÌNIÈÙ 9 1 1 Základní parametry 10 1 2 Základní pojmy 16 1 3 Základní zapojení 26 1 3 1 Mìnièe s lineárními prvky 27 1 3 2 Porovnání lineárních a spínaných mìnièù 27 1 3 3 Mìnièe se spínanými kondenzátory 28 1 3 4 Mìnièe s cívkami 35 1 3 5 1 Snižující miniè (buck) 38 1 3 5 2 Zvyšující mìniè (boost) 38 1 3 5 3 Zvyšující a snižující miniè (cuk) 39 1 3 5 4 Invertující mìniè 41 1 3 6 Jednoèinné mìnièe s transformátory 42 1 3 6 1 Akumulující mìniè flyback 42 1 3 6 2 Propustný mìniè forward 44 1 3 6 3 Rezonanèní mìniè 46 1 3 7 Dvojèinné mìnièe s transformátory 47 1 3 7 1 Mìniè v zapojení push-pull 47 1 3 7 2 Mìniè v zapojení polomost 48 1 3 7 3 Mìniè v zapojení plný most 51 2 PRAKTICKÁ ZAPOJENÍ DC/DC MÌNIÈÙ 53 2 1 Dvojèinný mìniè s lineárními stabilizátory 53 2 2 Mìniè s bezšumovým impulzem 54 2 3 Externì øízený mìniè 55 A A KREJÈIØÍK: DC/DC MÌNIÈE 3

2 4 Sinusový mìniè 57 2 5 Mìniè s malým výkonem 57 3 MÌNIÈ CDD2WL0905D 59 3 1 Obecné vlastnosti typové øady 59 3 1 1 Vlastnosti øady mìnièù s pøíkonem (údaje výrobce CHINFA) 59 3 2 Rozložení souèástek na plošném spoji 60 3 3 Schéma zapojení 63 3 4 Namìøené vlastnosti 66 3 4 1 Závislost zvlnìní na zatìžovacím proudu 66 3 4 2 Zatìžovací charakteristiky 72 3 4 3 Pøevodní charakteristiky 74 3 4 4 Úèinnost pøevodu pøi 75 3 4 5 Pøekmity pøi dynamickém zatìžování 77 3 4 6 Potlaèení zvlnìní vstupního napìtí 79 3 5 Možnosti kombinace vývodù mìnièe 86 4 MÌNIÈE HN 91 4 1 HN MODUL SIM1-1205 91 4 1 1 Zatìžovací charakteristiky 92 4 1 2 Pøevodní charakteristiky 95 4 1 3 Zvlnìní a šum výstupního napìtí 96 4 1 4 Pøekmity pøi dynamickém zatìžování 101 4 1 5 Rozmìry pouzdra a vývody 102 4 2 HN MODUL SIM3-1205S 102 4 2 1 Zatìžovací charakteristiky 103 4 1 2 Pøevodní charakteristiky 105 4 2 3 Pøekmity pøi dynamickém zatìžování 106 LITERATURA 109 4 A KREJÈIØÍK: DC/DC MÌNIÈE A

SEZNAM POUŽITÝCH ZNAÈEK A SYMBOLÙ 1/wC [W] kapacitní odpor kondenzátoru (kapacitance) C [F] kapacita C oznaèení kondenzátoru C DS [F] kapacita MOSFET tranzistoru mezi kolektorem a emitorem C N [F] kapacita nabíjecího kondenzátoru D oznaèení diody d [m] prùmìr vodièe ESL [H] sériová indukènost v náhradním schématu odporu èi jiné souèástky ESR [W] efektivní (ekvivalentní) sériový odpor v náhradním schématu kondenzátoru f [Hz] kmitoèet f S [Hz] spínací kmitoèet GND zem I 2 [A] stejnosmìrný výstupní proud (Excel) I INO [A] vstupní proud mìnièe pøi nulovém výstupním zatížení I IN [A] vstupní stejnosmìrný proud mìnièe I OUT [A] výstupní stejnosmìrný proud mìnièe K oznaèení komparátoru L oznaèení cívky LED oznaèení svítivé diody MTBF [hod] støední doba mezi dvìma poruchami N poèet závitù h, n [%] úèinnost OZ oznaèení operaèního zesilovaèe p [%] zvlnìní PFC korekce úèiníku P IN [W] vstupní výkon (pøíkon) P OUT [W] výstupní výkon mìnièe PWM pulznì šíøková modulace Q èinitel jakosti Q [C] náboj A A KREJÈIØÍK: DC/DC MÌNIÈE 5

Q oznaèení tranzistoru R oznaèení odporu (rezistoru) R p [W] odpor pøedzátìže R DS(ON) [W] odpor kanálu tranzistoru MOSFET v sepnutém stavu R OUT = R i [W] výstupní (vnitøní) odpor mìnièe R Z [W] zatìžovací odpor S Cu [m 2 ] plocha pøíèného prùøezu vodièe SELV [V] bezpeèné napìtí S I èinitel proudové stabilizace SMD oznaèení pro montáž bezvývodových souèástek pro povrchovou montáž S U èinitel napì ové stabilizace T oznaèení transformátoru t [s] èas T [s] doba periody U 2 [V] stejnosmìrné výstupní napìtí (Excel) u 2p-p [V] výstupní støídavé napìtí špièka-špièka U CE [V] napìtí kolektor-emitor U CES [V] saturaèní napìtí tranzistoru U F [V] propustné napìtí diody U IN [V] vstupní stejnosmìrné napìtí mìnièe u IN [V] vstupní støídavé napìtí mìnièe U L [V] napìtí na cívce U O [V] výstupní napìtí mìnièe naprázdno U OUT [V] výstupní stejnosmìrné napìtí mìnièe u OUT [V] výstupní støídavé napìtí mìnièe W [J] energie Z [W] impedance 6 A KREJÈIØÍK: DC/DC MÌNIÈE A

ÚVOD V souèasné dobì existuje množství informací o všech oborech lidské èinnosti vèetnì elektroniky a popisu jednotlivých typù souèástek Oblast DC/DC mìnièù je však v èeské literatuøe pomìrnì opomíjená pøesto, že tyto mìnièe (zejména ve výkonové formì) vyrábí nejen celá øada zahranièních, ale i tuzemských výrobcù Mìnièe s malým výkonem do cca 10 [W] pøitom dnes pøedstavují souèástky, jejichž vnitøní zapojení se ani nejeví jako zajímavé S tím ale ubývá mnoho informací o chování DC/DC mìnièù v aplikacích Tato publikace si neklade za cíl popsat všechny typy DC/DC mìnièù a to ani ty, které se v souèasnosti prodávají na našem trhu Soustøeïuje se do dvou základních oblastí, z nichž první je vìnována teorii mìnièù, jejich názvosloví a základním zapojením s vysvìtlením jejich èinnosti Druhá èást se vìnuje podrobnì konkrétním typùm DC/DC mìnièù z našeho trhu První z nich byl delaborován, zjištìno jeho schéma zapojení a promìøeny jeho elektrické parametry, u ostatních dvou byla provedena pouze elektrická mìøení Ètenáø sám si porovná jednotlivé typy v souvislosti s jejich cenou a urèí ty, které bude chtít používat, pøípadnì mu tato publikace poskytne návod, jak se dobrat dalších podstatných vlastností DC/DC mìnièù, které výrobci ani prodejci neuvádìjí Pokud by nìkterý z ètenáøù mìl k publikaci nìjaké pøipomínky, pøípadnì by chtìl konzultovat nìkteré problémy, lze se se mnou spojit pomocí e-mailu: krejciri@feld cvut cz autor A A KREJÈIØÍK: DC/DC MÌNIÈE 7