DC-DC dönüştürücüler, iyi kontrol edilebilen veya edilemeyen bir kaynaktan, sabit olabilen veya olmayabilen bir yüke verimli bir şekilde düzenlenmiş bir voltaj üretmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
DC-DC dönüştürücüler, anahtarlama gürültüsünü düzenlenmiş DC voltajlarına yumuşatmak için yüksek frekanslı anahtarlama ve indüktörler, transformatörler ve kapasitörler kullanan yüksek frekanslı güç dönüştürme devreleridir. Kapalı geri besleme döngüleri, giriş voltajlarını ve çıkış akımlarını değiştirirken bile voltaj çıkışını sabit tutar. %90 verimlilikte, genellikle lineer regülatörlerden çok daha verimli ve daha küçüktürler. Dezavantajları gürültü ve karmaşıklıktır.
DC-DC dönüştürücüler, izole edilmemiş ve izole edilmiş çeşitlerde karşımıza çıkmaktadır. İzolasyon, giriş toprağının çıkış toprağına bağlı olup olmadığına göre belirlenir.
Aslında günümüzde yaygın olarak karşımıza çıkan dört yaygın topoloji bulunmaktadır:
- Buck Converter
- Boost Converter
- Buck-Boost Converter
- SEPIC Converter
Buck Converter
Buck Converter, voltajı düşürür ve giriş voltajından daha düşük bir voltaj üretir. Bir lityum iyon pili 5 V USB kaynağından 4,2 V’a şarj etmek için bir dönüştürücü kullanılabilir.
Boost Converter
Boost Converter, voltajı yükselterek giriş voltajından daha yüksek bir voltaj üretir. Bir lityum hücreden bir dizi LED’i sürmek veya bir lityum hücreden 5 V USB çıkışı sağlamak için bir boost dönüştürücü kullanılabilir.
Buck-Boost Converter
Bir buck-boost dönüştürücü, bir voltajı yukarı veya aşağı hareket ettirerek, giriş voltajına eşit veya daha yüksek veya daha düşük bir voltaj üretir. 12 V’luk bir pilden 12 V’luk bir çıkış sağlamak için bir güç takviyesi kullanılabilir. 12V’luk bir pilin voltajı 10 V ile 14,7 V arasında değişebilir. Bir güç artışı aynı zamanda bir LED’i tek bir hücreden çalıştırabilir. Bir lityum pil hücresi 2,5 ile 4,2 V arasında değişebilir. Günümüzde pozitif ve negatif voltaj üreten buck-boost’lar bulunmaktadır.
SEPIC Converter
Bir SEPIC dönüştürücü, giriş voltajına eşit veya daha yüksek veya daha düşük bir voltaj üreterek voltajı yukarı veya aşağı doğru ayarlamaktadır. Buck-Boost ile benzer uygulamalar için SEPIC dönüştürücü kullanılmaktadır.
İzole DC-DC dönüştürücülerin önemli örnekleri, ileri ve geri dönüş dönüştürücülerdir. İzole güç dönüştürücüler, giriş topraklaması ve çıkış topraklamasının bağlı olmadığı dönüştürücülerdir. Bu durum, çıkış terminallerini nasıl bağladığınıza bağlı olarak pozitif ve negatif voltaj üretmek için kullanılabilir. İzole DC-DC dönüştürücülerle pozitif ve negatif çıkış voltajları oluşturma örnekleri için aşağıdaki görsele bakabiliriz.
Önemli Performans Özellikleri
DC-DC dönüştürücü, önemli özelliklerini tanımlayan temel parametrelere sahiptir. Tasarımlarda dikkate alınması gereken bazı önemli özellikler aşağıdaki gibidir:
Yeterlik
Verimlilik, yüke ulaşan giriş gücünün oranıdır. Bir DC-DC dönüştürücü kullanırken, DC-DC converter’e güç sağlayan kaynağın verimsizliğini hesaba katmak ve yeterli miktarda güç sağlayabildiğinden emin olmak tasarım sırasında dikkat edilmesi gereken önemli noktalardan biridir. Bu noktada en önemli kurallardan biri, kullanılan DC-DC dönüştürücünün verimliliğini %80 olarak varsaymak ve ardından %125 yük gücüne sahip bir kaynak kullanmak olacaktır. Örneğin, 4 W’lık bir yük gerekiyorsa, 5 W’lık bir kaynak tarafından sürülen 4 W DC-DC kullanın. DC-DC dönüştürücüler için verimlilik, belirli yük akımında elde edilen tepe verimliliği ile tipik olarak eğrilerde belirtilir. Devreye güç sağlamak için gereken güç miktarının yük gücüyle karşılaştırılabilir olduğu durumlarda, daha düşük güç çıkışlarında verimlilik daha düşük olabilir.
Akım Oranı
Bu, bir kullanıcının DC-DC dönüştürücüyü bir yüke sağlamaya çalışması gereken maksimum akım miktarıdır. DC-DC dönüştürücü bu miktardan daha fazla akım sağlayabilir, ancak ısınır ve arızalanabilir.
Dalgalanma Voltajı
Bu derecelendirme, çıkışta ne kadar dalgalanma voltajı olduğunun bir ölçüsüdür. Bir dönüştürücünün voltaj dalgalanma derecesinin ihtiyaçlarınızı karşıladığından emin olun.
Geçici Tepki
DC-DC dönüştürücüler, düzenlenmiş bir çıkış sağlamak için kapalı geri besleme döngüleri kullanır. Yük akımı veya giriş voltajındaki değişiklikler geçici kaymalara neden olabilir. Kontrol döngüsünün yanıtının hızı, buck dönüştürücünün değişen koşullara yanıt vermesinin ve regülasyondaki çıkış voltajını almasının ne kadar sürdüğü hakkında bize bir fikir vermektedir.
Voltaj Ölçümü
DC-DC dönüştürücülerin bir voltajı ne kadar yukarı veya ne kadar aşağı dönüştürebilecekleri konusunda sınırları vardır.
Ebat ve Ağırlık
DC-DC dönüştürücüler çok yüksek frekanslarda çalışabilir ve bu sayede küçük hale getirilebilirler.