КПД DC-DC преобразователя

КПД DC-DC преобразователя относится к одному из основных его параметров. Поэтому ему стоит уделить особое внимание. Как определить коэффициент полезного действия подобного рода преобразователя должен понимать и уметь каждый радиолюбитель.

В условиях ограниченной мощности источника питания, например солнечной батареи или элемента Пельтье, очень важным параметром DC-DC преобразователя является его КПД. И если стоит выбор между тем или иным преобразователем, то естественно предпочтение следует отдавать преобразователю с более высоким КПД при прочих равных условиях. Однако продавцы заинтересованы завышать реальные значения КПД. Поэтому давайте рассмотрим, что собою представляет КПД DC-DC преобразователя и как его определить.

КПД DC-DC преобразователя

Коэффициент полезного действия η представляет собой отношение мощности на выходе Pвых, т. е. мощности, отдаваемой нагрузке, к мощности на входе Pвх, т.е. мощности, потребляемой из источника питания.

Коэффициент полезного действия (КПД)

Разность мощностей на входе и выходе называется потерями мощности Pпот:

Мощность потерь электрической энергии

Если бы потери мощности были равны нулю, т. е. их бы совсем не было, то потребляемая мощность была бы равна отдаваемой, а следовательно КПД составлял бы 100 %. Но, к сожалению, DC-DC преобразователи с таким КПД не существуют. Всегда часть передаваемой мощности от входа к выходу теряется на элементах преобразователя и выделяется на них в виде тепла. Поэтому, если бы не было потерь, то ни один компонент преобразователя не нагревался бы, а КПД равнялся бы 100 %.

Как определить КПД DCDC преобразователя?

Определить КПД любого преобразователя достаточно просто. Для этого всего лишь нужно иметь два амперметра и два вольтметра. Чем выше класс точности измерительных приборов, тем более точными буду результаты определения КПД.

Но сначала давайте снова вернемся к мощности. Мощность – это количество энергии, которая отдается (или потребляется) за единицу времени.

Единица измерения мощности джоуль за секунду Дж/с или ватт Вт. Чем больше энергии способен отдать источника питания за одно и то же время, тем выше его мощность.

Нас интересует электрическая мощность, а она равна произведению напряжения U на ток I:

Электрическая мощность

Входная мощность DC-DC преобразователя определяется по данным тока и напряжения, которые измеряются с помощью амперметра и вольтметра соответственно. Выходная мощность определяется аналогично. Схема подключения амперметров и вольтметров приведена на рис. 1.

Схема определения КПД DC-DC преобразователя

Рис. 1 — Схема подключения измерительных приборов для определения КПД преобразователя

Теперь запишем расчетную формулу КПД:

Коэффициент полезного действия (КПД) DC-DC преобразователя

В технической документации КПД приводится как правило для номинального режима, т. е. для одной точки – при номинальном значении тока и напряжения. Однако, как ни странно, в большинстве случаев DC-DC преобразователь работает не в номинальном режиме. Поэтому полезно будет самому определить КПД для текущего режима работы преобразователя.

Если DC-DC преобразователь имеет функцию регулирования выходного напряжения, то по данным измерений можно построить множество кривых. Например, при заданном значении напряжения путем изменения тока можно построить одну кривую КПД. Далее, изменив значение напряжения, продолжить опыт и т.д. При это можно задаваться разными значениями входного и выходного напряжения, а также различными токами нагрузки.

Выходное напряжение DC-DC преобразователя

Еще одним из важных параметром, который характеризует качество напряжения DC-DC преобразователя – это степень пульсаций выходного напряжения. Чем выше частота переключения транзистора и большая емкость выходного конденсатора, тем меньшая степень пульсации выходного напряжения при заданном значении нагрузки. Однако она может увеличиваться с ростом нагрузки.

Преобразователи подобного типа имеют высокий уровень электромагнитных излучений, вызванных ключевым режимом работы транзистора. Вследствие этого возникаю помехи. По этой причине DC-DC преобразователи не применяют в аудио системах высокого класса.

Выводы

В нынешнее время рынок электроники заполнен различными преобразователями. Ассортимент их с каждым днем расширяется, а стоимость снижается. Некоторые миниатюрные, но вполне функциональные преобразователи стоят в районе одного доллара. Однако не зависимо от модификации с помощью рассмотренного способа КПД DC-DC преобразователя достаточно легко определяется путем измерения текущих значений токов и напряжений.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *