Convertoare Dc To Dc

Introducere

Cu patru secole în urmă, Galvani constata apariția unor biocurenți în mușchiul care se afla în stare de activitate. în secolul XIX, Dubois-Reymond remarca absenta diferentelor de potențial pe suprafața mușchiului aflat în repaus. în aceleași condiții, explorând simultan suprafața și interiorul mușchiului, autorul înscrie o diferența de potențial pe care o numește "curent de leziune", introducând astfel în electrofiziologie o noțiune care își păstrează valabilitatea și în zilele noastre.Progresele înregistrate în tehnica de cercetare au permis studiul biocurenților la celulele izolate, folosindu-se microelectrozii de sticla, pirex sau electrozii punctiformi, realizați de Graham și Gerard, Corabeuf și Weidman.

De la constatarea fenomenelor electrice celulare s-a trecut la studii privind geneza acestora, stabilindu-se substratul lor biochimic. Un merit deosebit în acest domeniu i-a revenit lui Corabeuf care, inhibând permeabilitatea membranei celulare în mod selective pentru diverși electroliți, a putut urmări migrarea și consecințele electrice ale migrării acestora.

Pacientul este monitorizat cu ajutorul unui catater plin cu solutie salina in vederea supravegherii presiunii sanguine. In acelasi timp el poate veni in contact cu un aparat alimentat de la reteaua electrica. Situatia este descrisa in figura alaturata. Prin atingerea de catre pacient a sasiului televizorului prin acesta se va inchide un curent capacitiv catre nulul de impamintare al prizei monitorului de presiune.

Schema electrica echivalenta a situatiei descrise este prezentata in figura de mai jos. Impedanta de scurgeri a televizorului este de ordinul a 100kΩ si este mult mai mica decit a monitorului. Intrucit pacientul vine in contact direct cu cateterul, impedanta lui va fi mai mica decit in cazul precedent(5kΩ). Impedanta cateterului va fi aproximativ 1kΩ. In aceste conditii curentul total de scurgeri va fi dat de relatia:

Curentul acesta va produce cu siguranta fibrilatia inimii. Pentru prevenirea acestui accident este necesara impamintarea tuturor aparatelor electrice din spital care pot intra in contact nemijlocit cu pacientul.

După modul de protecție al pacientului împotriva electroșocurilor aparatele electrice alimentate de la o sursă externă se clasifică în următoarele clase de protecție:

Clasa a I -a de protecție are prevăzut un conductor de împământare care leagă partea metalică a carcasei de împământarea prizei.

B) Clasa a II-a de protecție este prevăzută cu izolație suplimentară a părților aparatului aflate la tensiuni periculoase.

C) La clasa a III-a de protective alimentarea aparatului se face de la o tensiune nepericuloasă.Aparatele din această clasă de protecție se pot alimenta și

flotant de la baterii(cele portabile). Tensiunea maximă de alimentare la aparatele amplasate în organism este de 6V.

Studiile arata ca efectele cele mai puternice asupra corpului uman le produce curentul cu o frecventa de 50 Hz.In figura alaturata este prezentata influenta curentului in functie de frecventa acestuia si se considera pragul de siguranta absoluta avand valoarea 300µA.

Clasificarea curentilor:

1 mA – pragul senzației

5 mA – pragul acceptat ca intensitatea de curent maximă, ce nu afectează corpul uman

50 mA – durere, leșin posibil, vătămarea mecanică (activitatea cardiacă și

respiratorie continuă)

100 mA – 300 mA – fibrilație ventriculară (respirația continuă)

6 A – paralizie respiratorie temporară, contracție miocardică persistentă, arsuri dacă densitatea de curent este mare

Se consideră pragul de siguranță absolută valoarea de 300 µA.

Convertoarele DC / DC sunt importante pentru dispozitivele electronice portabile precum un telefon mobil sau laptop , care sunt alimentate de la o baterie primara. La fel ca majoritatea dispozitivelor electronice acestea au la baza lor circuite,fiecare cu propria cerinta de nivel de tensiune diferita de cea furnizata de baterie sau o sursa externa (uneori mai mare sau mai mica decat tensiunea de alimentare). In plus , scade energia bateriei , aceasta fiind disipata de componentele circuitului sub forma de caldura. Cu ajutorul convertoarelor DC / DC crestem tensiunea la iesirea ,de la o tensiune care provine de la o baterie aproape descarcata, economisid spatiu pentru a realiza acelasi lucru.

Normele de electrosecuritate în aparatura medicala sunt prevăzute în standardul international IEC 601. Standardul Britanic BS 5724 conține protocolul de testare al aparaturii electromedicale în vederea admiterii lor în practica curentă în spitale și policlinici.

Iată câteva dintre verificările stipulate de acest standard:

1. Identificarea clasei aparatului și testarea eficienței împământării

2. Marcarea aparatului (claritatea) la exterior și interior , simboluri

3. Documentație însoțitoare

Convertoarele DC/DC sunt surse de alimentare care convertesc puterea electrică având o tensiune DC nestabilizată la intrare, într-o tensiune DC stabilizată la ieșire, cu nivel mai mic (step-down), mai mare (step-up), egal (stable level) sau cu polaritate inversată (invert) față de tensiunea de intrare.

Convertoarele de calitate se bazează pe microcontrolere pentru a asigura o înaltă eficiență, dimensiuni reduse, perturbații și pierderi prin căldură cât mai mici. Convertoarele DC/DC sunt de obicei folosite pentru unul sau mai multe deziderate: izolarea de zgomot electric, izolare galvanică, conversie de nivele sau polaritate de tensiune, asigurarea unui nivel de tensiune stabil pentru echipamente sensibile la fluctuații de tensiune, tensiuni la nivele diferite de ale bateriilor care alimentează echipamente portabile. Densitatea de putere, eficiența și fiabilitatea sunt caracteristicile de bază utilizate pentru a evalua raportul performanță/preț al unui convertor DC/DC. Convertoarele DC/DC sunt folosite pe scară largă în sursele de alimentare ale echipamentelor electronice fixe (alimentate primar de la rețeaua AC) sau portabile (alimentate din baterii) și în echipamente IT (unde sunt necesare tensiuni diferite pentru CPU, memorii RAM, unități de memorii și interfețe).

Cap 1.Stadiul Actual

1.Convertoarele DC/DC sunt surse în comutație care au trei mari avantaje fată de sursele liniare: (1) eficiență mult mai mare decât sursele liniare (tipic 75-90%); (2) pierdere mică de energie prin transfer, componentele fiind astfel mai mici și necesitând un management termic simplu; (3) energia înmagazinată de o bobină într-un regulator de comutare poate fi transferată la ieșire cu o tensiune mai mare decât cea de intrare (boost), chiar negativă (invert) sau poate, prin intermediul unui transformator, să ofere izolare galvanică față de intrare (min.1000Vdc), ceea ce nu poate realiza o sursă liniară. Principiul de bază al unui convertor DC/DC este comandarea unui element de comutație la înaltă frecvență (min.100kHz), controlând raportul on-time/ off-time (‘duty ratio’) într-o manieră variabilă pentru a menține tensiunea de ieșire la un anumit nivel. De obicei, tensiunea este controlată la un nivel constant prin intermediul feedback-ului negativ al tensiunii de ieșire. Sursele în comutație au rezolvată problema zgomotului electric generat prin comutație, având controlere realizate în circuite integrate.
NOTĂ: Aproximativ 80% din problemele legate de EMC – Electromagnetic compatibility = funcționare fără a interfera cu alte dispozitive – sunt datorate cablurilor de alimentare și cablurilor I/O care crează o “structură de antene” neintenționate ce pot radia energia electromagnetică generată de componente electronice din interiorul unui produs și pot primi energia electromagnetică din exteriorul produsului. EMC este legat de EMI – Electromagnetic interference = cantitatea de energie emanată, intenționat sau nu, de echipamente electronice care provoacă degradare de performanțe la echipamente din apropiere și EMS – Electromagnetic susceptibility = lipsa de imunitate la interferențe interne sau externe. Emisiile de perturbații radiate sau conduse (în rețeaua AC) neintenționat de către echipamente IT sunt reglementate de standardul EN 55022.

Standardele EN 55024 și EN 61000-4-2, 3, 4, 5, 6, 8 reglementează imunitatea la: ESD – descărcări electrostatice, RF – emisii radio intenționate, la zgomote de comutare sau tranziții electrice, la fulgere, la câmpuri magnetice variabile cu 50-60Hz și la fluctuații mari de putere.

2. Convertoarele DC/DC coborâtoare de tensiune sunt numite ‘step-down’ sau “buck”. Un exemplu tipic ar fi un convertor de 24Vdc la 12Vdc, cu o gamă de tensiune de intrare 20…30Vdc (DC BUS sau o baterie de 24Vdc), care dă la ieșire tensiune de 13,8Vdc, tipică de ‘float’ pentru o baterie de 12Vdc și reprezentând tensiunea acceptabilă pentru un dispozitiv de “12Vdc”.

3. Convertoarele DC/DC care ridică tensiunea sunt numite ‘step-up’ sau ‘boost’. Un exemplu tipic ar fi un convertor de 12Vdc la 24Vdc, având o gamă de tensiune de intrare 11…15Vdc și o ieșire de 24Vdc. Astfel de aplicații sunt în sistemele unde există o sursă principală de 12Vdc și consumatori alimentați la 24Vdc.

4. Convertoarele non-izolate au borna ‘minus’ comună pentru intrare și iesire și sunt, de obicei, foarte potrivite pentru o alimentare tipică a produselor electronice de uz general.

5. Cerințe de siguranță sau aplicații periculoase (medicale, industriale, medii Ex) pot solicita izolarea galvanică, borna ‘minus’ a intrării nefiind comună cu cea a ieșirii.

6. Dimensionarea convertorului DC/DC.

Convertoarele DC/DC sunt bine definite de puterea absorbită (W) sau de consumul de curent (A) și de eficiență (%). Se are în vedere tipul de consumator, fiindcă dispozitive cu motoare, compresoare sau care folosesc circuite având condensator la intrare solicită putere considerabilă la pornire (‘high surge power’), de 2…6 ori mai mare.
Cele mai multe aparate electronice nu necesită un ‘val de putere’ la pornire.
MEAN WELL® produce 4 serii de convertoare DC/DC care acoperă toate gamele uzuale de tensiuni, puteri și variante constructive.
Modular încapsulat – ‘Module type’ – convertor DC/DC pentru montare pe placă cu circuit imprimat (PCB): 1,2,3 ieșiri: 5,9,12,15,24Vdc; puteri 0.5W…40W, cu încapsulare ermetică în cutii de plastic sau metal. Seriile SRS / SUS01 / SBT01 / SFT01 / DET01 / SPR01 / SMU01 / SMA01 / SPU02 / SPA02 / SPB03 / SCW03 / DCW03 / SCW05 / DCW05 / SLW05 / DLW05 / SCW08 / DCW08 / SKE10 / DKE10 / SCW12 / DCW12 / SKA15 / DKA15 / SKE15 / DKE15 / KA30 / TKA30 / SDM30 / SKA40.

Modular neîncapsulat – ‘On board type’ – convertor DC/DC pentru montare pe placă cu circuit imprimat (PCB): 1,2 ieșiri:3.3,5,12,15,24Vdc; puteri 5W…60W, fără încapsulare, ‘ultra low type’. Seria NSD05 / NSD10-S / NSD10-D / NSD15-S / NSD15-D / NID30 / NID60.Fără carcasă – ‘PCB type’ – convertor DC/DC asamblat pe circuit imprimat, pentru integrare in echipamente: 1 ieșire: 5,12,15,24Vdc; puteri 5W…45W. Seria PSD-05 / PSD-15 / PSD-30 / PSD-45.

Cu carcasă metalică – ‘Enclosed type’ – convertor DC/DC pentru sisteme de backup cu baterie sau montare pe vehicule: 1 ieșire: 5, 12, 24, 48Vdc; puteri 15W…1000W. Seria SD-15 / SD-25 / SD-50 / SD-100 / RSD-100 / SD-150 / SD-200 / SD-500 / SD-1000.

Cap2.Adum 5000

În figură prezentată mai jos, este schema de funcționare a unui convertor de alimentare curent continuu- curent continuu.

Adum 5000 este un izolator de curent continuu- curent continuu fiind bazat pe componente analogice. Convertorul, în acest dispozitiv furnizeaza regulat, putere izolată în cateva combinații de intrare și iesire dupa cum sunt listate in tabelelul 1.

Transformareacipului analogic , în tehnologia “Coupler” , transformă puterea izolată în curent continuu – curent continuu cu o eficiență de 33% . Rezultatul este un mic factor de formă, o soluție de izolare totală.

O ieșire cu un nivel de putere mai mare, este obtinut folosind adum 5000 pentru a marii putearea de ieșire folosim adum 5401, adum 5402, adum 5403 , adum 520x, si alt adum 5000 cu isoPower.

Specificațiile electronice

5V alimetarea intrarii din primar/ 5 V alimentarea izolată a secundarului.

, , fiecare tensiune este relativă la masa acestuia. Toate specificațiile minime/ maxime se aplica intregul interval recomandat de operare, daca nu se spoecifică altfel. Toate specificațiile tipice sunt , si .

Toate aceste caracteristici sunt observate în Tabelul 2.