Zašto je povisni pretvarač neophodan za uređaje s niskim naponom?

Razumijevanje osnovne uloge povisnih pretvarača u sustavima s niskim naponom

Prijenosni senzori, mali IoT uređaji i neka automobilska elektronika primjeri su uređaja s niskim naponom koji se napajaju baterijama i USB-om koji pružaju izvore energije s niskim naponom, poput 3,7 V litij-ionskih baterija i 5 V USB izvora napona. Mnogi unutarnji komponenti, poput mikrokontrolera i modula za bežičnu komunikaciju, zahtijevaju još veće napone od 12 V kako bi funkcionirali. Upravo tu dolaze u obzir povisni pretvarači. Povisni pretvarači su istosmjerni pretvarači (DC-DC) koji povećavaju niske ulazne napone na više, regulirane izlazne napone. Za razliku od nekih drugih metoda pretvorbe energije, povisni pretvarači ne troše energiju uzalud i osiguravaju dosljednu regulaciju izlaznog napona. To znači da uređaji s niskim naponom dobivaju samo onoliko energije koliko im je potrebno za rad, pouzdano i bez prekida. Bez povisnih pretvarača, uređaji s niskim naponom uopće ne bi mogli raditi ili bi im rad bio loš zbog nedovoljne regulacije napona.

Pretvarači povećanja i problem nepodudarnosti snage

Jedan od prvih problema s niskonaponskim uređajima je razlika između niskog napona izvora i stvarne potrošnje napona unutarnjih komponenti. Uzmimo, na primjer, mali nosivi uređaj koji se napaja baterijom od 3,7 V, ali za učinkovit prijenos podataka zahtijeva napajanje Bluetooth modula naponom od 7,4 V. Bez problema, povezni pretvarač će prevladati ovu prepreku. Tijekom "uključene" faze ciklusa prekidanja, energija se pohranjuje u induktivitet, a tijekom "isključene" faze ta se energija oslobađa na višem naponu. Prekidač (u većini slučajeva tranzistor) i povratna sprega koja regulira napon održavat će napon na izlazu; pristup slabijoj bateriji rezultirat će oscilirajućim ulaznim naponom. Osjetljive komponente uređaja i baterija bit će ugrožene oštećenjem zbog neusklađenog napona. Senzor će pokazivati nestabilno ponašanje, a gubitak podataka biti će vidljiv u IoT uređajima. Odsutnost velikih izvora visokog napona posljedica je sposobnosti poveznog pretvarača da riješi problem nepodudarnosti napona.

Prednosti povećavača napona na uređajima s niskim naponom

Uređaji s niskim naponom koji uštedjuju energiju, posebno oni koji rade na baterije, vrlo su važni potrošačima. Korisnici prijenosnih senzora i bežičnih slušalica žele da ovi uređaji rade satima nakon jednog punjenja. Pretvarači napona (boost pretvarači) korisni su u takvim situacijama. Kvalitetni boost pretvarači dosežu učinkovitost od 90%, što znači da se samo mali dio ulazne energije gubi kao toplina. To je veliki napredak u odnosu na stare linearne regulatore napona koji troše znatnu količinu energije prilikom povećavanja napona. Na primjer, energija iz baterije gubi se u obliku topline kada se linearni regulator koristi za pretvorbu 3,7 V u 12 V, što drastično skraćuje vijek trajanja baterije uređaja. Boost pretvarači, naprotiv, minimaliziraju gubitak energije i tu energiju koriste za produljenje vremena rada. Ova poboljšana korisnička iskustva znače da uređaji dulje traju nakon jednog punjenja, a zamjena baterija postaje rjeđa, čime se štedi vrijeme, novac i smanjuje otpad koji šteti okolišu.

Aspekti i pouzdanost niskonaponskih uređaja u različitim primjenama

Jedna od mnogih upotreba niskonaponskih uređaja je unutar automobila koji su izloženi fluktuacijama temperature i razine napona. Druge upotrebe uključuju vanjske IoT senzore koji su izloženi ekstremnim vremenskim uvjetima. Bez obzira na primjenu, pouzdanost je neophodna. Ovdje upravo dolaze u pitanje povisni konvertori (boost converteri). Mnogi povisni konvertori dolaze s funkcijama poput zaštite od previsokog napona, zaštite od prevelike struje i termalnog isključenja, koje pomažu u sprečavanju oštećenja samog konvertora ili priključenog uređaja. Na primjer, u automobilskim aplikacijama, elektronički sustavi u vozilima mogu uzrokovati skokove napona pri pokretanju motora. Povisni konvertori koji imaju ugrađenu zaštitu od prenapona mogu pomoći u apsorpciji tih skokova i zaštiti niskonaponskih uređaja poput GPS lokatora. Osim toga, povisni konvertori su dizajnirani da prežive ekstremne temperature, visoke vibracije i druge teške okolišne uvjete, što ih čini idealnim za niskonaponske uređaje korištene u industrijskim ili vanjskim aplikacijama. U stvarnom svijetu, bez takve pouzdanosti, niskonaponski uređaji bi bili nekonzistentni.

Neophodna uloga povisnih pretvarača u uređajima s niskim naponom

Očekuje se da će potreba za povisnim pretvaračima još više rasti kako se uređaji s niskim naponom dalje razvijaju i dobivaju naprednije značajke s većim zahtjevima za snagom, što zahtijeva manja i lakša rješenja za pretvorbu energije. Uzmimo napredne IoT uređaje, koji zahtijevaju pretvorbu napona za radio module višeg napona kako bi podržali komunikaciju na veće udaljenosti i obradu veće količine podataka. Povisni pretvarači mogu biti kompaktnog dizajna i lagane izgradnje. Kako se na tržište uvodi sve više uređaja s niskim naponom koji koriste obnovljive izvore energije, poput senzora s solarnim napajanjem, potreba za pouzdanim povisnim pretvaračima za zamjenu napona postaje sve važnija. S napretkom u području elektronike snage, korisnost povisnih pretvarača u uređajima s niskim naponom će se povećavati, jer će rasti njihova učinkovitost, izdržljivost i univerzalnost.