Импульсные стабилизаторы напряжения: Импульсный стабилизатор напряжения — это… Что такое Импульсный стабилизатор напряжения?

Импульсный стабилизатор напряжения — принцип действия

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

  • Ти – продолжительность периода.
  • tи – продолжительность импульса.
  • Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
  • I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение  может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

  • Простое достижение выравнивания.
  • Плавное подключение.
  • Компактные размеры.
  • Устойчивость выходного напряжения.
  • Широкий интервал стабилизации.
  • Повышенный КПД.

Недостатки прибора:

  • Сложная конструкция.
  • Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
  • Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
  • Сложность работ по ремонту.
  • Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора. Видео.



Из этой статьи вы узнаете о:

  1. Принципе работы импульсных стабилизационных приборов
  2. Приборе, который использует ШИМ
  3. Приборе, который имеет триггер Шмитта
  4. Схеме самого стабилизационного устройства
  5. Преимуществах
  6. А также недостатках
  7. Сферах применения
  8. Особенностях внешнего вида
  9. Самых важных характеристиках импульсных стабилизаторов

Каждый из нас в своей жизни использует большое количество различных электроприборов. Очень большое их число нуждается в низковольтном питании. Другими словами они потребляют электроэнергию, которая не характеризуется напряжением в 220 вольт, а должна иметь от одного до 25-ти вольт.

Конечно, для подачи электроэнергии с таким количеством вольт используются специальные приборы. Однако, проблема возникает не в понижении напряжения, а в соблюдении ее стабильного уровня.

Для этого можно воспользоваться линейными стабилизационными устройствами. Однако такое решение будет очень громоздким удовольствием. Данную задачу идеально выполнит любой импульсный стабилизатор напряжения.

Разобранный импульсный стабилизатор

Если сравнивать импульсные и линейные стабилизационные приборы, то главное их отличие заключается в работе регулирующего элемента. В первом типе приборов этот элемент работает как ключ. Другими словами он находится или в замкнутом, или в разомкнутом состоянии.

Главными элементами импульсных стабилизационных устройств являются регулирующий и интегрирующий элементы. Первый обеспечивает подачу и прерывания подачи электрического тока. Задачей второго является накопление электроэнергии и постепенная ее отдача в нагрузку.

Принцип работы импульсных преобразователей

Принцип работы импульсного стабилизатора

Главный принцип работы заключается в том, что при замыкании регулирующего элемента электроэнергия накапливается в интегрирующем элементе. Это накопление наблюдается повышением напряжения. После того, когда регулирующий элемент отключается, т.е. размыкает линию подачи электричества, интегрирующий компонент отдает электричество, постепенно снижая величину напряжения. Благодаря такому способу работы импульсное стабилизационное устройство не тратит большого количества энергии и может иметь небольшие габариты.

Регулирующий элемент может представлять собой тиристор, биполярный транзитор или полевой транзистор. В качестве интегрирующих элементов могут использоваться дроссели, аккумуляторы или конденсаторы.

Заметим, что импульсные стабилизационные устройства могут работать двумя различными способами. Первый предполагает использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Второй — триггера Шмитта. Как ШИМ, так и триггер Шмитта используются для управления ключами стабилизационного устройства.

Стабилизатор с использованием ШИМ



Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, который работает на основе ШИМ, кроме ключа и интегратора в своем составе имеет:

  1. генератор;
  2. операционный усилитель;
  3. модулятор

Работа ключа напрямую зависит от уровня напряжения на входе и скважности импульсов. Влияние на последнюю характеристику осуществляют частота генератора и емкость интегратора. Когда ключ размыкается, начинается процесс отдачи электричества из интегратора в нагрузку.

Принципиальная схема стабилизатора ШИМ

При этом операционный усилитель сравнивает уровни выходного напряжения и напряжения сравнения, определяет разницу и передает необходимую величину усиления на модулятор. Этот модулятор осуществляет преобразование импульсов, которые выдает генератор, на прямоугольные импульсы.

Конечные импульсы характеризуются таким же отклонением скважности, которое пропорционально разности выходного напряжения и напряжения сравнения. Именно эти импульсы и определяют поведение ключа.

То есть при определенной скважности ключ может замыкаться, или размыкаться. Получается, что главную роль в этих стабилизаторах играют импульсы. Собственно от этого и пошло название этих устройств.

Преобразователь с триггером Шмитта

В тех импульсных стабилизационных приборах, которые используют триггер Шмитта, уже нет такого большого количества компонентов, как в предыдущем типе устройства. Здесь главным элементом является триггер Шмитта, в состав которого входит компаратор. Задачей компаратора является сравнение уровня напряжения на выходе и максимально допустимого ее уровня.

Стабилизатор с триггером Шмитта

Когда напряжение на выходе превысило свой максимальный уровень, триггер переключается в нулевую позицию и приводит к размыканию ключа. В это время дроссель или конденсатор разряжаются. Конечно, за характеристиками электрического тока постоянно следит вышеупомянутый компаратор.

И тогда, когда напряжение падает ниже требуемого уровня, фаза «0» меняется на фазу «1». Далее ключ замыкается, и электрический ток поступает в интегратор.

Преимуществом такого импульсного стабилизатора напряжения является то, что его схема и конструкция являются достаточно простыми. Однако он не может применяться во всех случаях.

Стоит отметить, что импульсные стабилизационные устройства могут работать только в отдельных направлениях. Здесь имеется в виду, что они могут быть как сугубо понижающими, так и сугубо повышающими. Также выделяют еще два типа таких приборов, а именно инвертирующий и устройство, которые могут произвольно изменять напряжение.

Схема снижающего импульсного стабилизационного прибора

В дальнейшем рассмотрим схему снижающего импульсного стабилизационного прибора. Он состоит из:

  1. Регулирующего транзистора или любого другого типа ключа.
  2. Катушки индуктивности.
  3. Конденсатора.
  4. Диода.
  5. Нагрузки.
  6. Устройства управления.

Узел, в котором будет накапливаться запас электроэнергии, состоит из самой катушки (дросселя) и конденсатора.

В то время, когда ключ (в нашем случае транзистор) подключен, ток движется к катушке и конденсатору. Диод находится в закрытом состоянии. То есть он не может пропускать ток.

За исходной энергией следит устройство управления, которое в нужный момент отключает ключ, то есть переводит его в состояние отсечки. Когда ключ находится в этом состоянии, происходит уменьшение тока, который проходит через дроссель.

Снижающий импульсный стабилизатор

При этом в дросселе меняется направление напряжения и результате ток получает напряжение, величина которого является разницей между электродвижущей силой самоиндукции катушки и количеством вольт на входе. В это время открывается диод и дроссель через него подает ток в нагрузку.

Когда запас электроэнергии исчерпывается, то происходит подключение ключа, закрытия диода и зарядка дросселя. То есть все повторяется.
Повышающий импульсный стабилизатор напряжения работает подобным образом, как и понижающий. Аналогичным алгоритмом работы характеризуется и инвертирующий стабилизационный прибор. Конечно, его работа имеет свои отличия.

Главное отличие импульсного повышающего устройства заключается в том, то в нем входное напряжение и напряжение катушки имеют одно и тот же направление. В результате они суммируются. В импульсном стабилизаторе сначала размещается дроссель, затем транзистор и диод.

В инвертирующем стабилизационном устройстве направление ЭДС самоиндукции катушки является таковым, как и в понижающем. В то время, когда подключается ключ и закрывается диод, питание обеспечивает конденсатор. Любой из таких приборов можно собрать собственноручно.

Полезный совет: вместо диодов можно использовать и ключи (тиристорные или транзисторные). Однако они должны выполнять операции, которые являются противоположными основном ключу. Другими словами, когда основной ключ закрывается, то ключ вместо диода должен открываться. И наоборот.

Выходя из вышеопределенного строения стабилизаторов напряжения с импульсным регулированием, можно определить те особенности, которые относятся к преимуществам, а которые к недостаткам.

Преимущества

Преимуществами этих устройств являются:

  1. Достаточно легкое достижение такой стабилизации, которая характеризуется очень высоким коэффициентом.
  2. КПД высокого уровня. Благодаря тому, что транзистор работает в алгоритме ключа, происходит малое рассеивание мощности. Это рассеяние значительно меньше, чем в линейных стабилизационных устройствах.
  3. Возможность выравнивания напряжения, которое на входе может колебаться в очень большом диапазоне. Если ток является постоянным, то этот диапазон может составлять от одного до 75-ти вольт. Если же ток является переменный, то этот диапазон может колебаться в пределах 90-260 вольт.
  4. Отсутствие чувствительности к частоте напряжения на входе и к качеству электропитания.
  5. Конечные параметры на выходе являются достаточно устойчивыми даже при условии, если происходят очень большие изменения в токе.
  6. Пульсация напряжения, которое выходит из импульсного устройства, всегда находится в пределах миливольтового диапазона и не зависит от того, какую мощность имеют подключенные электроприборы или их элементы.
  7. Стабилизатор включается всегда мягко. Это означает, что на выходе ток не характеризуется прыжками. Хотя надо отметить, при первом включении выброс тока является высоким. Однако для нивелирования этого явления применяются термисторы, которые имеют отрицательный ТКС.
  8. Малые величины массы и размеров.

Недостатки

  1. Если же говорить о недостатках этих стабилизационных приборов, то они кроются в сложности устройства. Из-за большого количества различных компонентов, которые могут выйти из строя довольно быстро, и специфического способа работы прибор не может похвастаться высоким уровнем надежности.
  2. Он постоянно сталкивается с высоким напряжением. Во время работы часто происходят переключения и наблюдаются сложные температурные условия для кристалла диода. Это однозначно влияет на пригодность к выпрямлению тока.
  3. Частое переключение коммутирующих ключей создает частотные помехи. Их число очень велико и это является негативным фактором.

Полезный совет: для устранения этого недостатка нужно воспользоваться специальными фильтрами.

  1. Их устанавливают как на входе, так и на выходе.В том случае, когда нужно сделать ремонт, то он также сопровождается сложностями. Здесь стоит отметить, что неспециалист поломку устранить не сможет.
  2. Ремонтные работы может осуществить тот, кто хорошо разбирается в таких преобразователях тока и имеет необходимое количество навыков. Иными словами, если такой прибор сгорел и его пользователь не имеет никаких знаний об особенностях прибора, то лучше отнести на ремонт в специализированные компании.
  3. Также для неспециалистов сложно настраивать импульсные стабилизаторы напряжения, в которые может входить 12 вольт или иное количество вольт.
  4. В том случае, если выйдет из строя тиристор или любой другой ключ, могут возникнуть очень сложные последствия на выходе.
  5. К минусам относится и потребность в использовании приборов, которые будут компенсировать коэффициент мощности. Также некоторые специалисты отмечают, что такие стабилизационные устройства стоят дорого и не могут похвастаться большим количеством моделей.

Сферы применения

Но, несмотря на это, такие стабилизаторы могут применяться в очень многих сферах. Однако наиболее употребляются они в радионавигационном оборудовании и электронике.

Кроме этого, их часто применяют для телевизоров с жидкокристаллическим дисплеем и жидкокристаллических мониторов, источников питания цифровых систем, а также для промышленного оборудования, которое нуждается в токе с низким количеством вольт.

Полезный совет: часто импульсные стабилизационные устройства используют в сетях с переменным током. Сами устройства превращают такой ток в постоянный и в том случае, если нужно подключить пользователей, нуждающихся в переменном токе, то на входе нужно подключить фильтр сглаживания и выпрямитель.

Стоит отметить, что любой низковольтный прибор требует использования таких стабилизаторов. Также их можно использовать для непосредственной подзарядки различных аккумуляторов и питания мощных светодиодов.

Внешний вид

Как уже отмечалось выше, преобразователи тока импульсного типа характеризуются небольшими размерами. В зависимости от того, на какой диапазон входных вольт они рассчитаны, зависит их размер и внешний вид.

Если они предназначены для работы с очень малой величиной входного напряжения, то они могут представлять собой малую пластмассовую коробку, от которой отходит определенное количество проводов.

Стабилизаторы, рассчитанные на большое количество входных вольт, представляют собой микросхему, в которой находятся все провода и к которой подключаются все компоненты. О них вы уже узнали.

Внешний вид этих стабилизационных устройств также зависит и от функционального назначения. Если они обеспечивают выход регулируемого (переменного) напряжения, то резиторный делитель размещают вне интегральной схемы. В том случае, если из прибора будет выходить фиксированное количество вольт, то этот делитель уже находится в самой микросхеме.

Важные характеристики

При подборе импульсного стабилизатора напряжения, который может выдавать постоянные 5в или иное количество вольт, обращают внимание на ряд характеристик.

Первой и самой важной характеристикой являются величины минимального и максимального напряжения, которое будет входить в сам стабилизатор. О верхних и нижних границах этой характеристики уже отмечалось.

Вторым важным параметром является наиболее высокий уровень тока на выходе.

Третьей важной характеристикой является номинальный уровень выходного напряжения. Иными словами спектр величин, в рамках которого оно может находиться. Стоит отметить, что многие эксперты утверждают, что максимальное входное и выходное напряжения равны.

Однако в реальности это не так. Причиной этого является то, что входные вольты уменьшаются на ключевом транзисторе. В результате на выходе получается несколько меньшее количество вольт. Равенство может быть только тогда, когда ток нагрузки являются очень малым. То же самое касается и минимальных значений.

Важной характеристикой любого импульсного преобразователя является точность напряжения на выходе.

Полезный совет: на этот показатель следует обращать внимание тогда, когда стабилизационное устройство обеспечивает выход фиксированного количества вольт.

Причиной этого является то, что резистор находится в середине преобразователя и точные его работы определяются в производства. Когда число выходных вольт регулируется пользователем, то регулируется и точность.



Стабилизатор напряжения 220 — надежность работы техники в доме. Электроприборы для домашнего и производственного направления Трехфазный стабилизатор напряжения — если в сети 380. Видео. Стабилизатор напряжения — как все сделать своими руками. Видео.

Импульсные стабилизаторы напряжения на микросхемах и транзисторах

Стабилизатор напряжения с широтно-импульсным управлением А. Колдунова (рис. 7.1) является усовершенствованным вариантом стабилизатора П. Беляцкого.

Рис. 7.1. Схема стабилизатора регулируемого напряжения (0…25 В) с широтно-импульсным управлением.

На микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 собран генератор прямоугольных импульсов с широтно-импульсным управлением. Генератор питается от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1. Выходные импульсы с генератора поступают на двухкаскадный транзисторный ключ (транзисторы VT2 и ѴТЗ), коммутирующий индуктивный накопитель энергии — катушку индуктивности (дроссель) L1. Выходное напряжение заряжает конденсатор большой емкости СЗ. Напряжение, снимаемое с этого конденсатора, через регулируемый резистивный делитель R7 и R8 поступает на базу транзистора ѴТ1, управляющего длительностью генерируемых импульсов, и, следовательно, определяющего величину энергии, накапливаемой в индуктивном накопителе энергии.

Величину выходного напряжения можно изменять в пределах от 0 до 25 В при величине питающего напряжения 40 В. Поскольку устройство имеет высокий КПД, то при токе нагрузки менее 200 мА теплоотвод для транзистора VT2 не обязателен.

Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 10… 15 мм проводом ПЭВ-2 0,6…0,8 мм до заполнения и залит парафином для снижения свиста. Импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД при среднем и большом токе нагрузки, однако при малом токе КПД у них меньше.

Схема устройства, показанная на рис. 7.2, лишена такого недостатка [7.2]. Это позволяет применять его практически в любой аппаратуре: как в различных цифровых, так и в звуковоспроизводящих и радиоприемных устройствах.

Технические характеристики:

Ток холостого хода, не более — 0,25 мА.

Длительный номинальный ток нагрузки — 100 мА.

Максимальный ток нагрузки — 200 мА.

Входное напряжение — 11… 15 в.

Выходное стабилизированное напряжение — 9 В.

КПД: при входном напряжении 11 Б и номинальном токе нагрузки — 82% при 13 б и токе нагрузки 10 мА — 65%; 100 мА — 72%; 200 мА — 69%.

Коэффициент стабилизации при номинальном токе нагрузки не менее — 300.

Амплитуда пульсаций при максимальном токе нагрузки не более 2 мВ.

Стабилизатор (рис. 7.2) содержит коммутирующий составной транзистор VT1, VT2, коммутирующий диод VD2 и дроссель L1. В узел управления входят опорный элемент на транзисторе ѴТЗ и компаратор DA1. На выходе стабилизатора включен транзисторный фильтр ѴТ4, ѴТ5. Основа узла управления — компаратор DA1 на ОУ типа К140УД12. К его инвертирующему входу подключен микромощный опорный элемент, выполненный на обратносмещенном эмиттерном переходе транзистора ѴТЗ. Напряжение его стабилизации (лавинного пробоя) 7…7,5 В обеспечивается при токе 20…30 мкА.

Рис. 7.2. Схема экономичного импульсного стабилизатора напряжения.

На неинвертирующий вход ОУ подается сигнал с резистивного делителя R5 — R7. Выходное напряжение регулируется потенциометром R6.

Конденсатор СЗ увеличивает фазовый сдвиг сигнала обратной связи, что необходимо для циклического характера работы устройства. Он же определяет рабочую частоту и в значительной мере влияет на величину пульсаций.

Выход компаратора подключен к базе составного транзистора (VT1, VT2) через резистор R3, задающий ток управления, и стабилитрон VD1, который обеспечивает отсечку управляющего тока и надежное закрывание коммутирующего транзистора во всем интервале входного напряжения. Конденсатор С2 подавляет высокочастотные помехи.

На выходе стабилизатора включен не традиционный LC-фильтр, а транзисторный, что позволяет улучшить динамические характеристики устройства и подавить пульсации не менее чем на 40 дБ. У транзисторного фильтра есть еще одно преимущество — «мягкое» включение стабилизатора: его выходное напряжение плавно нарастает в течение 2…4 с. Негативным моментом использования транзисторного фильтра является снижение КПД стабилизатора на 6…8%.

Дроссель L1 содержит 28 витков провода ПЭВ-2 0,57, намотанного на броневом магнитопроводе Б14 из феррита 2000НМ. Немагнитный зазор 0,2 мм в магнитопроводе обеспечен прокладкой из бумаги.

Транзисторы устройства при номинальном токе не требуют теплоотвода. Если стабилизатор предполагают эксплуатировать при токе нагрузки более 50 мА, то транзистор ѴТ1 должен быть типа КТ81х и его следует установить на теплоотвод площадью 10… 15 смг. Допустимо использовать транзисторы КТ639, КТ644, тогда выходной ток стабилизатора можно увеличить до 0,5 А.

Типовая схема импульсного стабилизатора напряжения, построенного на микросхеме КР142ЕП1А, изображена на рис. 7.3. Источник опорного напряжения микросхемы питается непосредственно входным напряжением стабилизатора, а пороговое устройство — стабилизированным, снимаемым с вывода 6 (оно поступает через транзистор ѴТ1, являющийся усилителем тока).

Коммутирующим элементом стабилизатора, собранным на транзисторах ѴТ2, ѴТЗ, управляет импульсный сигнал, снимаемый с выводов 2, 3 микросхемы. На базу (выв. 4) внутреннего составного транзистора микросхемы, служащего встроенным коммутирующим элементом, сигнал поступает с выхода порогового устройства (выв. 11). Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и через резистивный делитель напряжения R6 и R9 подводится ко входу дифференциального усилителя порогового устройства (выв. 12). На второй вход усилителя (выв. 13) подано стабильное напряжение с источника опорного напряжения.

Рис. 7.3. Типовая схема импульсного стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕП1А.

При работе микросхемы в составе ключевого стабилизатора пороговое устройство переключается с частотой, зависящей от параметров элементов стабилизатора, режима микросхемы и тока нагрузки. Если при воздействии дестабилизирующих факторов выходное напряжение стабилизатора изменяется, то в силу действия обратной связи изменяется и частота переключения, причем так, что выходное напряжение возвращается к установленному уровню.

Если по тем или иным причинам необходимо, чтобы работа порогового устройства была синхронизирована с частотой какого-либо внешнего генератора, его синхронизирующий сигнал подают на выводы 14 и 15 микросхемы. Это дает возможность строить импульсные стабилизаторы с широтно-импульсным {ШИ) регулированием. Частота переключения коммутирующего элемента в ШИ стабилизаторе постоянна, а под влиянием дестабилизирующих факторов изменяется соответствующим образом длительность открытого состояния коммутирующего элемента.

Основные электрические характеристики микросхемы:

Входное напряжение (подводимое к выв. 5) — 10…40 В.

Максимальная частота коммутации при входном напряжении 40 В, выходном токе 50 мА и температуре окружающей среды -Ю…+25°С — до 300 кГц.

Для получения стабильных выходных напряжений +12 и +5 В от автомобильного или иного аккумулятора напряжением 9… 12 (9… 18) В может быть использован повышающий импульсный стабилизатор напряжения (рис. 7.4), на выходе которого включены микросхема DA2 типа 7812 на напряжение 12 В и микросхема DA3 типа 7805 на напряжение 5 В.

Рис. 7.4. Схема повышающего импульсного стабилизатора напряжения.

Повышающий импульсный стабилизатор напряжения собран на микросхеме DA1 типа UC3843N, выход которой подключен к ключевому полевому транзистору VT1 типа BUZ11. В схеме используется дроссель индуктивностью 50 мкГн (20…60 мкГн). Он намотан на ферритовом кольце К25х11×22 1000НМ и содержит 20 витков максимально толстого провода. Диод выпрямителя — типа 1N5818. Напряжение на конденсаторе С6 — 18 В.

Частота преобразования 50 кГц. Выходной ток преобразователя до 3 А при КПД примерно 70%.

Двухполярный импульсный стабилизатор напряжения, предназначен для питания измерительного прибора, его схема показана на рис. 7.5. Стабилизатор выполнен на основе специализированной микросхемы МАХ743.

Рис. 7.5. Схема двухполярного импульсного стабилизатора напряжения.

Для создания современных импульсных стабилизаторов напряжения с высокой рабочей частотой (более 100 кГц) и КПД до 90% и выше разработана специализированная микросхема управления типа UC3843 фирмы UNITRODE CORP.

Для создания серии импульсных стабилизаторов напряжения может быть использован типовой блок управления, в состав которого входит микросхема UC3843 (рис. 7.6).

Схема мощного импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа с защитой от перегрузок по току с использованием типового блока управления показана на рис. 7.7.

Дроссель L1 (рис. 7.6) намотан на кольце К10x6x4,5 из пермаллоя МП140 и содержит 5 витков жгута из 6 проводов ПЭВ 0,51 мм, уложенных по всему периметру кольца в один слой. Дроссель L1 (рис. 7.7) выполнен на кольце К19x11x4,8 из того же материала и содержит 12 витков из 10 скрученных вместе проводов того же диаметра.

Рис. 7.6. Схема типового блока управления с микросхемой UC3843.

Рис. 7.7. Схема мощного импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа.

Трансформатор Т1 намотан на кольце К10x6x3 2000НМ1. Вторичная обмотка II намотана проводом ПЭВ 0,2 мм и содержит 200 витков, равномерно уложенных по периметру. Первичная обмотка — 1 виток многожильного провода сечением 1 мм2, проходящего через отверстие кольца. Концы его подключены к стоку транзистора VT2 и точке соединения катода диода VD1 и левого по схеме вывода дросселя L1. Необходимо соблюдение полярности подключения обмоток.

Основные характеристики стабилизатора: входное напряжение— 8… 15 В; выходное напряжение — 5 В; максимальный выходной ток — 10 А\ амплитуда пульсаций выходного напряжения — не более 100 мВ, нестабильность выходного напряжения — 2%; частота преобразования — 100 кГц’, среднее значение КПД — 90%.

Усовершенствованный вариант схемы предыдущего стабилизатора (рис. 7.8) имеет повышенный КПД за счет использования нового схемотехнического решения, которое позволяет значительно уменьшить падение напряжения на коммутирующем диоде.

Суть этого решения состоит в том, что коммутирующий диод заменяется на биполярный или полевой транзистор. Его включают, когда диод должен быть открыт, а выключают — когда закрыт. Падение напряжения на открытом транзисторе может быть в 5… 10 раз меньше, чем даже на диоде ИІотки. Так, за счет использования в качестве коммутирующего диода п-канального полевого транзистора IRF3205 (ѴТЗ) с сопротивлением открытого канала 8 мОм, падение напряжения на нем не превышает 100 мВ при максимальном токе нагрузки. Для сравнения — соответствующее падение напряжения в тех же условиях для диодов Шотки достигает 500 мВ.

Рис. 7.8. Схема усовершенствованного варианта импульсного стабилизатора.

Рис. 7.9. Схема импульсного стабилизатора с повышенной эффективностью преобразования.

При примерно тех же основных параметрах потери в новом варианте стабилизатора снижены до минимума, его КПД приближается к 95%.

Еще одна схема импульсного стабилизатора с использованием полевого транзистора показана на рис. 7.9.

Большинство его характеристик в основном такие же, как и у схемы на рис. 7.7, однако амплитуда пульсаций выходного напряжения снижена до 80 мВ, а частота преобразования повышена до 120 кГц. При этом среднее значение КПД при максимальном токе нагрузки во всем интервале изменения входного напряжения составляет не менее 95%.

Данные намоточных элементов те же, что и для схемы на рис. 7.7.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Импульсный стабилизатор напряжения его назначение и сфера применения

Использование различного рода техники в повседневной жизни –это непременный атрибут современного общества. Но далеко не все приборы рассчитаны на подключение к стандартной электросети на 220В. Многие из них потребляют энергию с напряжением от 1 до 25В. Для ее подачи используют специальное оборудование.

Однако его основная задача состоит не столько в понижении параметров на выходе, сколько в соблюдении стабильного их уровня в сети. Решить ее можно при помощи стабилизационного устройства. Но как правило такие приборы достаточно громоздки и не совсем удобны в применении. Лучший вариант – это импульсный стабилизатор напряжения. Он отличается от линейных не только габаритами, но и по принципу работы.

Что представляет собой импульсный стабилизатор

Прибор, состоящий из двух основных узлов:

  • Интегрирующего;
  • Регулировки.

На первом происходит накапливание энергии с последующей ее отдачей. Регулирующий блок подает ток и при необходимости выполняет прерывание этого процесса. Причем, в отличие от линейных моделей, в импульсных, этот элемент может находиться в замкнутом или разомкнутом состоянии. Иными словами, он работает как ключ.

Устройство импульсного прибора

Сфера применения таких приборов достаточно широка. Однако наиболее часто они используются в навигационном оборудовании, а также импульсный стабилизатор следует купить для подключения:

  • ЖК телевизоров
  • Источников питания, используемых в цифровых системах;
  • Низковольтного промышленного оборудования.

Могут использоваться импульсные повышающие стабилизаторы напряжения и в сетях с переменным током для преобразования его в постоянный. Приборы этого класса также находят применение в качестве источников питания для мощных светодиодов, подзарядки аккумуляторов.

Как работает оборудование

Принцип действия устройства заключается в следующем. При замыкании регулирующего элемента происходит накопление энергии в интегрирующем. При этом происходит повышение напряжения. При размыкании ключа электричество постепенно отдается потребителям, приводя к снижению напряжения.

Смотрим видео, принцип работы прибора:

Столь простой способ функционирования прибора позволяет экономно расходовать электроэнергию, а кроме того дал возможность создать миниатюрный агрегат.

В качестве регулирующего элемента в нем могут использоваться следующие детали:

  • Тиристор;
  • Транзисторы.

В роли интегрирующих узлов прибора выступают:

  • Дроссель;
  • Батарея;
  • Конденсатор.

Конструктивные особенности стабилизатора связаны со способом его работы. Различают устройства двух типов:

  1. ШИМ;
  2. С триггером Шмитта.

Рассмотрим, чем отличаются эти две разновидности импульсных стабилизаторов напряжения.

Модели ШИМ

Модель ШИМ

Приборы этого типа, в конструктивном плане имеют некоторые отличия. Они состоят из двух основных элементов, а также:

  1. Генератора;
  2. Модулятора;
  3. Усилителя.

Их работа имеет прямую зависимость от величины напряжения на входе, а также скважности импульсов.

При размыкании ключа происходит переход энергии в нагрузку и в работу включается усилитель. Он сравнивает значения напряжения и определив разницу между ними передает усиление на модулятор.

Конечные импульсы должны иметь отклонение скважности, которое пропорционально выходным параметрам. Ведь от них зависит положение ключа. При конкретных значения скважности он размыкается или замыкается. Поскольку главную роль в работе прибора играют импульсы, то они и дали ему название.

Приборы с триггером Шмитта

Этот тип импульсных стабилизаторов напряжения отличается минимальным набором элементов. Главная роль в нем отведена триггеру, в состав которого включен компаратор. Задача этого элемента – сравнение значения выходного напряжения с максимально допустимым.

Смотрим видео принцип работы прибора с триггером Шмитта:

Работа прибора заключается в следующем. При превышении максимального напряжения происходит переключение триггера в нулевую позицию с размыканием ключа. Одновременно происходит разрядка дросселя. Но как только напряжение достигнет минимального значения происходит переключение с 0 на 1. Это приводит к замыканию ключа и поступлению тока в интегратор.

Хотя такие устройства и отличаются довольно простой схемой применять их можно только на отдельных направлениях. Объясняется это тем, что импульсные стабилизаторы напряжения могут быть понижающими или повышающими.

Классификация приборов

Подразделение приборов на типы осуществляется по различным критериям. Так по соотношению напряжения на входе и выходе различают следующие виды устройств:

  • Инвертирующие;
  • Произвольно изменяющие напряжение.

В качестве ключа могут использоваться такие детали, как:

  • Транзисторы;
  • Тиристоры.

Кроме этого существуют отличия и в самой работе импульсных стабилизаторов постоянного напряжения. Исходя из этого они классифицируются на модели, функционирующие на:

  1. На основе широтно-импульсной модуляции;
  2. Двухпозиционные.

Достоинства и недостатки стабилизаторов

Модульный стабилизатор

Как и любое другое устройство модульный стабилизатор не является идеальным. Он имеет свои плюсы и минусы, о которых следует знать. К достоинствам прибора относятся:

  • Легкое достижение стабилизации;
  • Высокий КПД;
  • Выравнивание напряжения в широком диапазоне;
  • Устойчивые выходные параметры;
  • Компактные габариты;
  • Мягкое включение.

К недостаткам устройства относится в первую очередь сложное конструктивное исполнение. Наличие в нем большого количества специфических элементов не позволяет добиваться высокой надежности. Кроме того, минусом импульсного стабилизатора постоянного напряжения является:

  • Создание большого числа частотных помех;
  • Сложность выполнения ремонтных работ;
  • Потребность в применении устройств, компенсирующих коэффициент мощности.

Допустимый диапазон частот

Работа этого устройства возможна при достаточно высокой частоте преобразования, что является его главным отличием от приборов с сетевым трансформатором. Повышение этого параметра позволило добиться минимальных габаритов.

Для большинства моделей диапазон частот может составлять от 20 до 80 кГц. Однако выбирая как ключевые, так и ШИМ-приборы нужно учитывать высшие гармоники токов. При этом верхнее значение параметра имеет определенные ограничения, соответствующие требованиям, предъявляемым к радиочастотной аппаратуре.

Применение устройств в сетях переменного тока

Приборы этого класса способны преобразовывать постоянный ток на входе в такой же на выходе. Если предполагается использовать их в сети переменного тока, то потребуется установка выпрямителя и сглаживающего фильтра.

Однако следует знать, что с ростом напряжения на входе устройства уменьшается выходной ток и наоборот.

Возможно подключение стабилизатора с использованием мостового выпрямителя. Но в таком случае он будет источником нечетных гармоник и для достижения необходимого коэффициента мощности потребуется использование конденсатора.

Обзор производителей

Выбирая стабилизатор, обращают внимание не только на его технические характеристики, но и на конструктивные особенности. Важна и марка производителя. Вряд ли будет иметь высокое качество прибор, изготовленный не известной широкому кругу покупателей фирмой.

Продукция Smartmodule

Поэтому большинство потребителей предпочитают выбирать модели, принадлежащие популярным брендам, таким как:

Продукция этих компаний отличается высоким качеством, надежностью и рассчитана на длительный срок службы.

Заключение

Использование бытовой техники и других электроприборов стало неотъемлемым условием комфортной жизни. Но для того, чтобы ваши устройства не выходили из строя при нестабильной работе электросетей, стоит заранее подумать о приобретении стабилизатора. Какую модель выбрать зависит от параметров используемого оборудования. Если предполагается подключение современных ЖК телевизоров, мониторов и аналогичных устройств, то идеальный вариант – это импульсный стабилизатор.

7 схем импульсных стабилизаторов напряжения на транзисторах

Схемы самодельных импульсных DC-DC преобразователей напряжения на транзисторах, семь примеров.

Благодаря высокому КПД импульсные стабилизаторы напряжения получают в последнее время все более широкое распространение, хотя они, как правило, сложнее и содержат большее число элементов.

Поскольку в тепловую энергию преобразуется лишь малая доля подводимой к импульсному стабилизатору энергии, его выходные транзисторы меньше нагреваются, следовательно, за счет снижения площади теплоотводов снижаются масса и размеры устройства.

Ощутимым недостатком импульсных стабилизаторов является наличие на выходе высокочастотных пульсаций, что заметно сужает область их практического использования — чаще всего импульсные стабилизаторы используют для питания устройств на цифровых микросхемах.

Понижающий импульсный стабилизатор напряжения

Стабилизатор с выходным напряжением, меньшим входного, можно собрать на трех транзисторах (рис. 1), два из которых (VT1, VT2) образуют ключевой регулирующий элемент, а третий (ѴТЗ) является усилителем сигнала рассогласования.

Рис. 1. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД 84%.

Устройство работает в автоколебательном режиме. Напряжение положительной обратной связи с коллектора составного транзистора ѴТ1 через конденсатор С2 поступает в цепь базы транзистора ѴТ2.

Элементом сравнения и усилителем сигнала рассогласования является каскад на транзисторе ѴТЗ. Его эмиттер подключен к источнику опорного напряжения — стабилитрону VD2, а база — к делителю выходного напряжения R5 — R7.

В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент работает в ключевом режиме, поэтому выходное напряжение регулируется изменением скважности работы ключа.

Включением/выключением транзистора VT1 по сигналу транзистора ѴТЗ управляет транзистор ѴТ2. В моменты, когда транзистор ѴТ1 открыт, в дросселе L1, благодаря протеканию тока нагрузки, запасается электромагнитная энергия.

После закрывания транзистора запасенная энергия через диод VD1 отдается в нагрузку. Пульсации выходного напряжения стабилизатора сглаживаются фильтром L1, C3.

Характеристики стабилизатора целиком определяются свойствами транзистора ѴТ1 и диода VD1, быстродействие которых должно быть максимальным. При входном напряжении 24 В, выходном — 15 В и токе нагрузки 1 А измеренное значение КПД было равно 84%.

Дроссель L1 имеет 100 витков провода диаметром 0,63 мм на кольце К26х16х12 из феррита с магнитной проницаемостью 100. Его индуктивность при токе подмагничивания 1 А — около 1 мГн.

Step-down DC-DC преобразователь напряжения на +5В

Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 2. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых каркасах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ.

Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм.

Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, активное сопротивление обмотки — 13 мОм.

Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала.

Рис. 2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%.

Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5…7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая величину конденсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18…20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе C3 минимальны.

Выходное напряжение стабилизатора можно довести до 8…10В, увеличив величину резистора R7 и установив новое значение рабочей частоты. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторе ѴТЗ, также увеличится.

В схемах импульсных стабилизаторов желательно использовать электролитические конденсаторы К52-1. Необходимую величину емкости получают параллельным включением конденсаторов.

Основные технические характеристики:

  • Входное напряжение, В — 15…25.
  • Выходное напряжение, В — 5.
  • Максимальный ток нагрузки, А — 4.
  • Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мВ, не более — 50.
  • КПД, %, не ниже — 60.
  • Рабочая частота при входном напряжении 20 б и токе нагрузки 3А, кГц—20.

Улучшенный вариант импульсного стабилизатора на +5В

В сравнении с предыдущим вариантом импульсного стабилизатора в новой конструкции А. А. Миронова (рис. 3) усовершенствованы и улучшены такие его характеристики, как КПД, стабильность выходного напряжения, длительность и характер переходного процесса при воздействии импульсной нагрузки.

Рис. 3. Схема импульсного стабилизатора напряжения.

Оказалось, что при работе прототипа (рис. 2) возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзистор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутирующий диод еще не успел закрыться. Наличие такого тока вызывает дополнительные потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД устройства.

Еще один недостаток — значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор (рис. 2) был введен дополнительный выходной LC-фильтр (L2, С5).

Уменьшить нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2.

Улучшение динамики переходного процесса (в частности, уменьшение его длительности) связано с необходимостью уменьшения индуктивности дросселя, но при этом неизбежно увеличится пульсация выходного напряжения.

Поэтому оказалось целесообразным исключить этот выходной фильтр, а емкость конденсатора С2 увеличить в 5… 10 раз (параллельным соединением нескольких конденсаторов в батарею).

Цепь R2, С2 в исходном стабилизаторе (рис. 6.2) практически не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R2), а сопротивление резистора R3 увеличить до 820 Ом.

Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 6 до 25 6 ток, протекающий через резистор R3 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощность рассеивания — в 3 раза (до 0,7 Вт).

Подключением нижнего по схеме вывода резистора R3 (на схеме доработанного стабилизатора это резистор R2) к плюсовому выводу конденсатора С2 этот эффект можно ослабить, но при этом сопротивление R2 (рис. 3) должно быть уменьшено до 620 Ом.

Один из эффективных путей борьбы со сквозным током — увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключевой транзистор.

Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достигнуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной.

Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна превышать 30 мкГч.

Еще один путь — применение более быстродействующего коммутирующего диода VD1, например, КД219Б (с барьером Шотки). У таких диодов выше быстродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении прямого тока по сравнению с обычными кремниевыми высокочастотными диодами. Конденсатор С2 типа К52-1.

Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особенность работы мощного транзистора ѴТЗ в исходном и улучшенном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а не в насыщенном, и поэтому имеет высокое значение коэффициента передачи тока и быстро закрывается.

Однако из-за повышенного напряжения на нем в открытом состоянии рассеиваемая мощность в 1,5…2 раза превышает минимально достижимое значение.

Уменьшить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного (относительно плюсового провода питания) напряжения смещения на эмиттер транзистора ѴТ2 (см. рис. 3).

Необходимую величину напряжения смещения подбирают при налаживании стабилизатора. Если он питается от выпрямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдельную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.

Схема преобразователя со стабильным напряжением смещения

Для получения стабильного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBыx + U VD1.

Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

Рис. 4. Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения.

Потери на нагрев снизились в первом варианте доработанного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позволяет им работать при токе нагрузки до 4 А без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 3) дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ.

Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35.

Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

DC стабилизатор напряжения с ШИМ

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 5) по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в, но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соединенные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потребляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзисторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происходит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1.

Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряжение на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

Рис. 5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%.

Технические характеристики стабилизатора:

  • Входное напряжение — 15…25 В.
  • Выходное напряжение — 12 В.
  • Номинальный ток загрузки — 1 А.
  • Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 1 А — 0,2 В. КПД (при UBX =18 6, Ін=1 А) — 89%.
  • Потребляемый ток при UBX=18 В в режиме замыкания цепи нагрузки — 0,4 А.
  • Выходной ток короткого замыкания (при UBX =18 6) — 2,5 А.

По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конденсатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приведет к закрыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Конденсатор С3, снижающий частоту колебательного процесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, открыванию транзистора ѴТ4 и закрыванию ключевого элемента.

Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки. Транзистор ѴТ1 следует установить на теплоотводе размерами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавливают выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагрузки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора ѴТ4 небольшого тока от отдельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используемому в схеме на рис. 2.

Импульсный стабилизатор напряжения с КПД преобразования 69…72%

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6) состоит из узла запуска (R3, VD1, ѴТ1, VD2), источника опорного напряжения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянного тока (ѴТ2, DD1.2, ѴТ5), транзисторного ключа (ѴТЗ, ѴТ4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4, С5, L3, С6). Частота переключения индуктивного накопителя энергии в зависимости от тока нагрузки находится в пределах 1,3…48 кГц.

Рис. 6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69…72%.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм.

Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 б и КПД преобразования 69…72%. Коэффициент стабилизации — 500.

Амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теплоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Импульсный стабилизатор напряжения на 12В

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.7) при входном напряжении 20…25 В обеспечивает на выходе стабильное напряжение 12 В при токе нагрузки 1,2 А.

Пульсации на выходе до 2 мВ. Благодаря высокому КПД в устройстве не используются теплоотводы. Индуктивность дросселя L1 — 470 мкГч.

Рис. 7. Схема импульсного стабилизатора напряжения с малыми пульсациями.

Аналоги транзисторов: ВС547 — КТ3102А] ВС548В — КТ3102В. Приблизительные аналоги транзисторов ВС807 — КТ3107; BD244 — КТ816.

Источник: Шустов М. А. — Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Импульсные стабилизаторы напряжения. Неизолированные DC-DC преобразователи

Ассортимент неизолированных DC-DC преобразователей представлен двумя производителями. В отечественной технической литературе за ними закрепилось название импульсные стабилизаторы напряжения.

Неизолированные DC-DC преобразователи чаще всего используют для понижения/повышения напряжения питания основной шины до уровня, необходимого потребителю. Такой преобразователь является законченным устройством со всеми необходимыми встроенными компонентами и защитами. За счёт компактных азмеров, модуль экономит площадь и стоимость основной печатной платы. В самом распространенном случае такой преобразователь ставится рядом с единственным потребителем: микроконтроллер, ПЛИС, АЦП, ОУ, вентилятор и т.д. В таких случаях их ещё называют POL-конверторы от английского Poin-Of-Load (точка питания).

POL – конвертер с монтажом в отверстия. Популярный тип неизолированных DC-DC преобразователей. Часто выпускается в корпусе SIP-3 для замены линейных стабилизаторов 78-й серии, для чего расположение выводов полностью совпадает. Выходной ток от 0,1 до 2 А.

POL – конвертер для поверхностного монтажа. Данные стабилизаторы напряжения изготовлены с возможностью автоматической пайки на плату, что способствует уменьшению себестоимости конечного изделия. Последние поколения таких источников питания выпускаются в миниатюрных корпусах с выводами типа LGA.

POL – конвертер для проводного монтажа. Эти стабилизаторы напряжения в специальном пыле- и влагостойком исполнении используются в случаях проводного монтажа без печатной платы и для изделий с повышенными требованиями к пыле- и влагозащите (IP).

 

Новинки стабилизаторов напряжения от Recom.

Пять новых семейств
модулей стабилизации напряжения выпущено Recom за последний год.

Новые серии готовых модулей питания способны закрыть практически все потребности в неизолированных DC/DC преобразователях на печатной плате.

Серии RPM, RPX, RPMB, RPMH —  это компактные источники питания с выдающимися в своем классе характеристиками и невысокой ценой. Данные серии могут быть рекомендованы как замена старых серий POL-конверторов и источников питания, выполненных на дискретных элементах. 

 

1)
Серии RPM – повышающе-понижающие, компактные, бюджетные, высокий КПД.

 

Основные характеристики:

— Выходной ток 1-6 А (3,3-30 Вт)

КПД до 99%

— Рабочая температура -40°C…+107°C

— Габариты: 12,19х12,19х3,75 мм

— Встроенные защиты

 

Серия

Мощность

Входное напряжение

Выходное напряжение

Корпус

RPM-1.0

3,3 Вт; 5 Вт

3,0 – 17 В

0,9 – 6 В

LGA 25 pad

RPM-2.0

6,6 Вт; 10 Вт

3,0 – 17 В

0,9 – 6 В

LGA 25 pad

RPM-3.0

9,9 Вт; 15 Вт

4,0 – 15 В

0,9 – 6 В

LGA 25 pad

RPM-6.0

19,8 Вт; 30 Вт

3,0 – 17 В

0,9 – 6 В

LGA 25 pad

 

Область применения: питание ПЛИС и микроконтроллеров, батарейное питание, телеком, промышленная автоматизация.

 

2)
Серия RPX – минимальные габариты, широкий диапазон входных и выходных напряжений.

 

Основные характеристики:

— Выходной ток до 2,5 А (до 15 Вт)

— КПД до 91%

— Рабочая температура -40°C…+85°C

— Габариты: 4,5х4х2 мм

— Встроенные защиты

 

Серия

Мощность

Входное напряжение

Выходное напряжение

Корпус

RPX-2.5

15 Вт

4,8 – 28 В

1,2 – 6 В

QFN

 

Область применения: системы питания с высокой удельной мощностью; автоматизация и управление электродвигателями; автоматизированное тестовое оборудование; шины питания до 2,5А.

 

3)
Серия RPMB – широкий входной и выходной диапазон напряжений, большая ёмкостная нагрузка.

 

Основные характеристики:

— Выходной ток до 3 А (30 Вт)

Выходная ёмкость до 200 000 мкФ

— КПД до 94%

— Рабочая температура -40°C…+100°C

— Габариты: 12,19х12,19х3,75 мм

— Встроенные защиты

 

Серия

Мощность

Входное напряжение

Выходное напряжение

Корпус

RPMB-2.0 

6,6 Вт; 30 Вт

4,0 – 36 В

12,8 – 36 В

1 – 9 В

9 – 24 В

LGA 25 pad

RPMB-3.0 

9,9 Вт; 45 Вт

4,0 – 36 В

12,8 – 36 В

1 – 9 В

9 – 24 В

LGA 25 pad

 

Область применения: заряд супер-конденсаторов, питание ПЛИС и микроконтроллеров, батарейное питание, телеком, промышленная автоматизация.

 

4)
Серия RPMH – сверхширокий входной диапазон напряжений, компактный размер.

 

Основные характеристики:

— Выходной ток 0,5 А (1,65-12 Вт)

Входное напряжение 4,3-65 В

— КПД до 89%

— Рабочая температура -40°C…+95°C

— Габариты: 12,19х12,19х3,75 мм

— Встроенные защиты

 

Серия

Мощность

Входное напряжение

Выходное напряжение

Корпус

RPMH-0.5

1.65 — 12 Вт

4,3 – 65,0;

6,0 – 65,0;

13,5 – 65,0;

16,5 – 65,0;

25,5 – 65,0

2,64 – 3,63

4 — 5.5

7,2 – 13,2

9 – 16,5

15 — 28

LGA 25 pad

 

Область применения: транспорт, батарейное питание, телеком, промышленная автоматизация.

 

5)
Серия RBBA3000 – выходное напряжение от 0 В, мощность до 3 кВт.

Основные характеристики:

— Выходной ток до 55 А (3 кВт)

Выходное напряжение 0-60 В

— КПД до 96%

— Рабочая температура -40°C…+85°C

— Габариты: 63,2х60,6х13 мм

— Встроенные защиты

 

Серия

Мощность

Входное напряжение

Выходное напряжение

Корпус

RBBA3000

3000 Вт

9-60 В

0-60 В

½ brick

 

Область применения: транспорт, аккумуляторное питание, телеком, оборудование связи.

 

Образцы модулей, отладочные платы и консультацию по применению данных модулей можно получить у сотрудников компании «ЭФО», официального дистрибьютора Recom в РФ.

 

Новости

Контакты

Руководитель отдела источников питания

Александр Серяпин [email protected]

 

 

 

 

Простой импульсный стабилизатор напряжения на ток до трех ампер

Стабилизаторы напряжения бывают линейные и импульсные. Линейные стабилизаторы проще для повторения, и часто обеспечивают меньший уровень помех и пульсаций. С другой стороны, импульсные стабилизаторы гораздо эффективнее линейных. КПД импусльсного стабилизатора может достигать 90 процентов. Регулирующий элемент линейного стабилизатора, обычно это транзистор или интегральная схема, сильно нагревается в процессе работы и требуют установки на охлаждающие радиаторы большой площади. регулирующий элемент импульсного регулятора работает в ключевом режиме. Он либо полностью закрыт, либо полностью открыт, когда его сопротивление минимально и минимальны потери мощности на нем.

Импульсный стабилизатор берет энергию от первичного источника маленькими порциями и передает ее во вторичную цепь посредством ключевого элемента. Это может быть биполярный или полевой транзистор, или интегральная микросхема.

Принципиальная схема импульсного стабилизатора

Предлагаемый простой импульсный стабилизатор реализован на распространенной микросхеме LM317K. Выходной ток стабилизатора на такой микросхеме может достигать 3 ампер. Входное напряжение может быть от 8 до 35 вольт. Напряжение на выходе можно регулировать в диапахоне от 1.8 до 32 вольт. регулировка выходного напряжения осуществляется потенциометром R4. Транзистор Q1 типа 2N3792 и микросхему LM317K необходимо установить на теплоотвод. Катушка L1 любой конструкции, должна иметь индуктивность около 600 микрогенри

Микросхему LM317K можно недорого купить в Китае по этой ссылке. Цена слегка отличается у разных продавцов и в среднем составляет около 4 долларов за 20 штук

Мощный транзистор 2N3792 можно также заказать в Китае. Можно также применить и мощные кремниевые PNP транзисторы других типов

[apvc_embed type=»customized» border_size=»1″ border_radius=»1″ background_color=»» font_size=»14″ font_style=»» font_color=»» counter_label=»Visits:» today_cnt_label=»Today:» global_cnt_label=»Total:» border_color=»» border_style=»dotted» padding=»5″ width=»200″ global=»true» today=»false» current=»true» icon_position=»» widget_template=»None» ]

Разница между линейным регулятором и импульсным регулятором | Основы электроники

Преобразователь постоянного тока в постоянный, который стабилизирует напряжение, часто называют регулятором напряжения.

Существует два типа регуляторов, классифицируемых по способу преобразования: линейные или импульсные.

Линейный регулятор

Как следует из названия, линейный регулятор — это регулятор, в котором линейный компонент (например, резистивная нагрузка) используется для регулирования выходного сигнала.

Его также иногда называют последовательным регулятором, потому что элементы управления расположены последовательно между входом и выходом.

Преимущества Недостатки
  • Простая конфигурация цепи
  • Несколько внешних деталей
  • Низкий уровень шума
  • Относительно низкая эффективность
  • Значительное тепловыделение
  • Только понижающий (понижающий) режим

Импульсный регулятор

Импульсный стабилизатор — это регулятор напряжения, в котором используется переключающий элемент для преобразования поступающего источника питания в импульсное напряжение, которое затем сглаживается с помощью конденсаторов, катушек индуктивности и других элементов.

Питание подается от входа к выходу путем включения переключателя (MOSFET) до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое напряжение.

Как только выходное напряжение достигает заданного значения, переключающий элемент выключается, и входная мощность не потребляется.

Повторение этой операции на высоких скоростях позволяет эффективно подавать напряжение с меньшим выделением тепла.

Преимущества Недостатки
  • Высокая эффективность
  • Низкое тепловыделение
  • Возможна работа в режиме повышения/понижения/отрицательного напряжения
  • Требуется больше внешних деталей
  • Сложная конструкция
  • Повышенный шум
Учебное пособие по импульсному регулятору напряжения

— Лысый инженер

Импульсный стабилизатор напряжения — одна из моих любимых схем.В школе это были первые схемы, которые я построил, и понял, как работают транзисторы. На самом деле, это была первая схема, в которой катушка индуктивности оказалась полезной! Импульсные регуляторы невероятно эффективны при правильной конструкции. Конечно, эта деталь о дизайне важна. Они не так просты, как линейный регулятор, который в основном состоит из микросхемы и двух конденсаторов.

Чтобы понять основы импульсного стабилизатора, на этой неделе я выпустил AddOhms #18. Это видеоурок, посвященный импульсному регулятору напряжения.Если видеоуроки вам не по душе, продолжайте читать мой письменный учебник.

Импульсный регулятор напряжения

Введение

Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные. Для ознакомления с более высоким уровнем ознакомьтесь с моим предыдущим руководством по регулятору напряжения.

Пример линейного регулятора

Для линейных регуляторов

требуется небольшое количество компонентов, их легко добавить на плату, но они не очень эффективны.Импульсные регуляторы можно сделать очень эффективными для конкретной схемы, но их сложно спроектировать.

Вернувшись к AddOhms #17, мы говорили о том, как работают линейные регуляторы. В этом уроке мы рассмотрим импульсные регуляторы.

Основные компоненты импульсного преобразователя

Импульсный регулятор напряжения состоит из 4 основных компонентов.

Конденсаторы

Конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле. При подаче напряжения конденсатор заряжается.Когда напряжение уходит, конденсатор разряжается.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности накапливают энергию в магнитном поле. Когда ток течет через индуктор, создается магнитное поле. Когда ток прекращается, магнитное поле разрушается, создавая ток.

Импульсные стабилизаторы напряжения работают за счет использования свойств накопления энергии конденсатора и катушки индуктивности. Для управления зарядом и разрядом этих компонентов мы используем диоды и транзисторы.

Диоды

Как мы обсуждали в AddOhms #8, диоды пропускают ток только в одном направлении.Позже мы увидим, что это важно.

Переключатели (или транзисторы)

Переключатель или транзистор, используемые для управления регулятором, поэтому мы называем их «импульсными регуляторами».

Транзистор в импульсном регуляторе напряжения

Когда переключатель выключен, ток через него не течет. Ток не течет, значит, мощность не тратится впустую. Когда переключатель находится во включенном состоянии, падение напряжения на переключателе равно 0 вольт. Итак, опять же, силы не тратятся. Обычно для транзистора используется полевой МОП-транзистор, однако можно построить преобразователь с биполярным транзистором.

Теперь, когда у нас есть все компоненты, давайте объединим их вместе.

Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь, также называемый понижающим преобразователем, создаст выходное напряжение ниже, чем его входное напряжение. Это похоже на то, как работают линейные регуляторы, такие как LM7805.

Катушка индуктивности пытается поддерживать ток, в то время как конденсатор пытается поддерживать постоянное напряжение. Когда мы подключаем индуктор к конденсатору, индуктор становится источником тока, а конденсатор становится источником напряжения.

Понижающий преобразователь с ШИМ

Транзистор используется для управления зарядкой и разрядкой катушки индуктивности. Например, вы можете использовать широтно-импульсную модуляцию, чтобы контролировать, как долго катушка индуктивности заряжается и разряжается.

В идеальной схеме все эти компоненты не имеют потерь мощности. На самом деле все они потребляют немного энергии, что известно как коммутационные потери.

Однако, по сравнению с линейным регулятором напряжения, эта схема включения намного эффективнее.

Повышающий преобразователь

Схема повышающего преобразователя

В отличие от линейных стабилизаторов импульсные стабилизаторы могут создавать выходные напряжения выше, чем их входные. Это так называемые повышающие преобразователи. Потому что они повышают или повышают выходное напряжение. В повышающем преобразователе используются те же компоненты, что и в понижающем преобразователе, только в несколько иной конфигурации.

Buck-Boost

Третий тип импульсного преобразователя представляет собой конфигурацию «Повышающе-понижающую».Эта схема повышает низкое входное напряжение и снижает высокое входное напряжение. Существует несколько типов повышающе-понижающих преобразователей. Здесь нарисовано инвертирующее повышающее напряжение. Двумя другими популярными типами являются преобразователи SEPIC с несимметричным первичным индуктором и преобразователи Ćuk.

Они обычно используются в цепях батарей для извлечения максимально возможной энергии из батареи.

Интегральные схемы

Обычно для импульсного стабилизатора используется интегральная схема или ИС.Он содержит переключатель и ШИМ-контроллер. Примером может служить понижающий преобразователь LM3671 от Texas Instruments.

LM3671 Упрощенная схема

На упрощенной схеме показаны входные конденсаторы, выходные конденсаторы и катушка индуктивности. Несмотря на то, что это выглядит просто, импульсный регулятор спроектировать намного сложнее, чем линейный регулятор.

LM3671 В техническом описании есть полная информация

Разработка печатной платы требует большой осторожности. В этом случае TI предоставляет очень полезную рекомендацию по компоновке в своем листе данных, а также много информации о том, как выбирать компоненты.

Готовые модули

Что делать, если вы не хотите прилагать столько усилий? Ну, вы можете купить готовые коммутационные модули, которые просты как входные и выходные контакты.

Например, Adafruit предлагает готовые модули для повышения, понижения и повышения.

Заключение

Высокая эффективность импульсных стабилизаторов делает их идеальными для сильноточных приложений или проектов, работающих от батареи. Каков ваш опыт использования или разработки собственных импульсных источников питания?

Я также хотел бы услышать любые ваши вопросы или советы по конструкции преобразователя постоянного тока.Я могу использовать их в будущем посте (или видео).

Линейные и импульсные регуляторы напряжения

Изучите основы как простых линейных регуляторов, так и более сложных импульсных регуляторов.

Опубликовано

Регуляторы напряжения являются неотъемлемой частью большинства электронных устройств. Функция регулятора напряжения заключается в обеспечении стабильного напряжения на выходе регулятора, в то время как входное напряжение может изменяться.

Регуляторы

(а также зарядные устройства для аккумуляторов) можно разделить на линейные или импульсные.Поскольку линейные регуляторы гораздо проще понять, начнем с них, а затем перейдем к более сложным импульсным регуляторам.

Линейные регуляторы

Линейные регуляторы можно рассматривать как устройства с переменным сопротивлением, в которых внутреннее сопротивление изменяется для поддержания постоянного выходного напряжения. В действительности переменное сопротивление обеспечивается с помощью транзистора, управляемого контуром обратной связи усилителя.

Линейные регуляторы

обычно состоят как минимум из трех контактов — входного входа, выходного контакта и контакта заземления.

Внешние конденсаторы размещаются на входных и выходных клеммах для обеспечения фильтрации и улучшения переходных характеристик при внезапных изменениях нагрузки. Выходной конденсатор также необходим для стабильности цепи обратной связи регулятора напряжения.

Количество тока, протекающего через регулятор, и количество энергии, рассеиваемой в устройстве, будут влиять на выбор корпуса устройства и требования к радиатору.

Линейные регуляторы намного менее эффективны, чем импульсные регуляторы, и поэтому расходуют больше энергии, которая рассеивается в виде тепла.

Если устройство будет рассеивать более 100 мВт, рекомендуется провести более тщательный тепловой анализ с учетом максимальной рабочей температуры и теплового сопротивления корпуса ИС (известного как Theta-JA).

Если регулятор указывает тета-JA 50°C/Вт, то это означает, что температура самой микросхемы (называемая температурой перехода) будет повышаться на 50°C на каждый ватт рассеиваемой мощности.

Большинство интегральных схем рассчитаны на температуру перехода до 125°C.Так, например, если регулятор с тета-JA 50°C/Вт рассеивает 1 Вт, то максимальная температура окружающей среды, в которой он может использоваться, будет 125°C – 50°C = 75°C.

Линейные регуляторы требуют, чтобы входное напряжение было выше, чем выходное. Минимальная разница уровней напряжения между входом и выходом называется падением напряжения. Для обычного линейного регулятора напряжения падение напряжения составляет около 2 вольт.

Регуляторы

с малым падением напряжения (LDO) могут регулировать до уровня менее 100 мВ. Однако их способность подавлять шумы и пульсации на входе будет значительно снижена ниже примерно 500 мВ.

Для большинства приложений линейный стабилизатор или, точнее, регулятор LDO, имеет больше смысла, если входное напряжение не более чем на пару вольт выше выходного напряжения.

В противном случае регулятор будет тратить слишком много энергии, и лучше использовать более эффективный импульсный стабилизатор.

Линейные регуляторы

имеют три основных преимущества. Они просты, дешевы и обеспечивают исключительно «чистое» выходное напряжение.

Импульсные регуляторы

Импульсные стабилизаторы преобразуют одно напряжение в другое, временно накапливая энергию, а затем высвобождая эту накопленную энергию на выходе с другим напряжением.

Термины «преобразователь постоянного тока в постоянный», «импульсный источник питания» (SMPS), «импульсный регулятор» и «импульсный преобразователь» относятся к одному и тому же. Они работают, управляя твердотельным устройством, таким как транзистор или диод, которое действует как переключатель.

Переключатель прерывает подачу тока к компоненту накопления энергии, такому как конденсатор или катушка индуктивности, для преобразования одного напряжения в другое.

Существует много типов топологий импульсных регуляторов, включая три наиболее распространенных:

Понижающие импульсные регуляторы

Понижающий преобразователь может понижать более высокое напряжение на входе до более низкого напряжения на выходе.Это похоже на линейный регулятор, за исключением того, что понижающий регулятор потребляет гораздо меньше энергии.

Если входное напряжение намного выше желаемого выходного напряжения, понижающий стабилизатор обычно предпочтительнее линейного регулятора.

Повышающие импульсные регуляторы

Повышающий преобразователь способен развивать более высокое напряжение на выходе, чем на входе. Например, повышающий преобразователь можно использовать для получения 5 В постоянного тока или 12 В постоянного тока из одного 3.Литий-ионный аккумулятор 7В постоянного тока.

Импульсные регуляторы Buck/Boost (понижающие/повышающие)

Понижающий/повышающий преобразователь, как вы могли догадаться, способен выдавать фиксированное выходное напряжение из входного напряжения, которое может изменяться выше и ниже выходного напряжения.

Этот тип регулятора напряжения очень удобен в оборудовании с батарейным питанием, где входное напряжение со временем падает.

Самая простая топология — это просто описанная выше схема понижающего преобразователя, за которой следует схема повышающего преобразователя.Две катушки индуктивности соединены последовательно, поэтому их можно объединить в одну катушку индуктивности.

В этом уроке я разрабатываю печатную плату с использованием простого линейного стабилизатора, а в этом более углубленном курсе я разрабатываю пользовательскую плату с использованием более сложного импульсного стабилизатора.

Сводка общих спецификаций для регуляторов напряжения

Независимо от того, является ли стабилизатор напряжения линейным или импульсным, разработчикам необходимо иметь общее представление о параметрах, характеризующих работу регулятора.

Выходное напряжение: Выходное напряжение может быть фиксированным или регулируемым. Если фиксировано, напряжение устанавливается внутри устройства, и вы покупаете конкретный номер детали для желаемого выходного напряжения.

Если регулятор регулируемого типа, напряжение обычно устанавливается делителем напряжения, состоящим из двух резисторов. Это обеспечивает некоторую гибкость, но за счет дополнительных компонентов.

Входное напряжение: Необходимо строго соблюдать указанные минимальное и максимальное входное напряжение.Они просто не будут работать ниже минимального напряжения и будут повреждены при работе выше максимального напряжения.

Токовый выход: Максимальный ток, который может обеспечить регулятор напряжения, ограничен и обычно определяется допустимой нагрузкой по току внутреннего силового транзистора. Все решения для регуляторов IC включают встроенную схему ограничения тока для предотвращения повреждений.

Пульсации на выходе или Коэффициент ослабления источника питания (PSRR): Пульсации на выходе относятся к небольшим колебаниям выходного напряжения.Величину пульсаций выходного напряжения очень важно учитывать, поскольку многие типы схем будут чувствительны к любому шуму на их входном питании.

Линейные регуляторы

подавляют пульсации на входе, не добавляя дополнительных пульсаций. Их способность подавлять пульсации определяется коэффициентом подавления источника питания (PSRR). Чем выше PSRR, тем лучше линейный регулятор подавляет любые пульсации входного напряжения.

Импульсные регуляторы, с другой стороны, создают пульсации на выходе из-за своей природы переключения.Величину пульсаций импульсного преобразователя можно уменьшить путем фильтрации и тщательного выбора компонентов.

Обычный метод проектирования заключается в использовании импульсного регулятора для понижения напряжения питания с минимальным рассеиванием мощности, а затем линейного регулятора для устранения любых пульсаций.

Многие малошумящие линейные стабилизаторы с высоким PSRR имеют дополнительный вывод, обычно называемый выводом NR или выводом для подавления шума. Размещение конденсатора емкостью около 10 нФ на этом выводе для заземления помогает отфильтровать шум и пульсации внутреннего источника опорного напряжения и, следовательно, выходного напряжения.

Шум: Многие электронные компоненты, такие как резисторы и транзисторы, также производят основной физический шум, который обычно путают с пульсациями. Шум будет проявляться как случайные колебания выходного напряжения по сравнению с пульсациями, которые будут проявляться в виде небольшого периодического сигнала.

Хотя это и не связано с пульсациями, те же методы, которые уменьшают пульсации на выходе, также обычно уменьшают шум – в основном, это использование шумоподавляющего конденсатора.

Регулирование нагрузки: Регулирование нагрузки относится к способности регулятора поддерживать стабильное выходное напряжение при изменении тока нагрузки.Эта спецификация часто указывается в описании устройства в виде графика зависимости выходного напряжения от тока нагрузки.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов по разработке нового электронного оборудования .

Load Transient: Это показатель того, как выходное напряжение реагирует на резкое скачкообразное изменение тока нагрузки. Обычно имеет место небольшое превышение или понижение выходного напряжения, когда схема стабилизатора пытается восстановиться и обеспечить стабильное выходное напряжение.

Линейное регулирование: Колебания входного напряжения регулятора могут вызвать колебания выходного напряжения, и линейное регулирование является мерой этих изменений.

Line Transient: Это показатель того, как выходное напряжение реагирует на резкое скачкообразное изменение входного напряжения. Как и при переходных процессах нагрузки, выходное напряжение будет иметь небольшой выброс или понижение, поскольку петля обратной связи регулятора реагирует на внезапное изменение. Регуляторы с высокой спецификацией PSRR (т.е. низкая выходная пульсация) обычно имеют наилучшие переходные характеристики.

Падение напряжения: Падение напряжения для классических линейных стабилизаторов, таких как серии LM317 или LM78xx, составляет около 2 вольт. Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 вольта выше, чем выходное напряжение для работы регулятора.

Регуляторы

с малым падением напряжения (LDO) могут работать с гораздо меньшей разницей входного и выходного напряжения. Например, семейство стабилизаторов с малым падением напряжения TPS732 имеет диапазон входного напряжения 1.от 7 до 5,5 вольт и падение напряжения 40 мВ при 250 мА.

Эффективность: Эффективность — это мера того, сколько энергии тратится регулятором впустую. Как упоминалось ранее, линейный регулятор расходует гораздо больше энергии, чем импульсный регулятор. Это означает, что линейный регулятор имеет гораздо более низкий КПД. КПД можно рассчитать, разделив выходную мощность на входную мощность.

Таким образом, если выходная мощность такая же, как и входная мощность, тогда КПД составляет 100%, и регулятор не тратит энергию впустую.Это идеальный, но недостижимый сценарий. Большинство импульсных стабилизаторов имеют КПД 80-90%.

Эффективность линейного регулятора зависит от отношения входного напряжения к выходному напряжению. Это связано с тем, что для линейного регулятора входной ток всегда практически идентичен выходному току.

Поскольку мощность равна напряжению, умноженному на ток, токи в уравнении КПД компенсируются, оставляя только напряжения. Это означает, что чем больше разница между входным и выходным напряжением, тем хуже эффективность линейного регулятора.

Так, например, для линейного регулятора с входным напряжением 5 В постоянного тока и выходным напряжением 3,3 В постоянного тока эффективность составляет:

Эффективность = 3,3 В постоянного тока / 5 В постоянного тока = 66 %

Но если входное напряжение увеличить до 12 В постоянного тока, КПД падает до

.

Эффективность = 3,3 В постоянного тока / 12 В постоянного тока = 27,5 %

, что означает, что 72,5% мощности тратится линейным регулятором впустую!

Основное преимущество регуляторов с малым падением напряжения заключается в том, что они обеспечивают выходное напряжение, очень близкое к входному напряжению, что означает, что эффективность регулятора намного выше.

Например, при генерировании выходного напряжения 3,3 В постоянного тока от литий-ионной батареи 3,7 В постоянного тока требуется LDO с падением напряжения менее 400 мВ. При этих напряжениях КПД составляет 3,3 В постоянного тока / 3,7 В постоянного тока = 89%, что сравнимо с высокоэффективным понижающим стабилизатором.

В отличие от линейного стабилизатора, идеальный импульсный стабилизатор будет иметь эффективность 100%, что означает, что входная мощность равна выходной мощности. Это означает, что входной ток никогда не будет таким же, как выходной ток.

Фактически входной ток всегда будет меньше выходного тока для понижающего регулятора и всегда будет выше выходного тока для повышающего регулятора.

Выходной конденсатор: Размер выходного конденсатора имеет решающее значение как для линейных, так и для импульсных стабилизаторов, поэтому обязательно следуйте рекомендациям, приведенным в техническом описании. В большинстве случаев керамический конденсатор (с тепловым классом X7R или X5R) является лучшим выбором.

Керамические конденсаторы

имеют очень низкое паразитное сопротивление (так называемое эквивалентное последовательное сопротивление или ESR), которое обычно улучшает переходную характеристику регулятора.Будьте осторожны, потому что некоторые регуляторы требуют использования танталовых конденсаторов с более высоким ESR, чтобы стабилизировать контур управления обратной связью.

Электромагнитные помехи (EMI)

Одной из проблем при проектировании импульсных источников питания является возможность возникновения электромагнитных помех (ЭМП).

Переключение активного устройства, которое может происходить на частотах от сотен килогерц до нескольких мегагерц, может генерировать широкий спектр излучений.Эти излучения могут передаваться и излучаться на расположенное рядом оборудование, вызывая вредные помехи или даже собственные помехи.

Имейте в виду, что разводка печатной платы для импульсного стабилизатора очень критична, гораздо важнее, чем для линейного регулятора. Поэтому обязательно внимательно следуйте рекомендациям по компоновке в таблице данных.

Если в техпаспорте выбранного вами импульсного регулятора нет указаний по компоновке, я настоятельно рекомендую выбрать другой стабилизатор.

Заключение

Когда энергоэффективность не имеет значения или когда входное напряжение лишь немного превышает выходное, лучшим выбором обычно является линейный регулятор.Линейные регуляторы обычно дешевле, менее сложны и требуют меньше компонентов.

Если требуется действительно чистое выходное напряжение без пульсаций, линейный стабилизатор также является лучшим выбором.

С другой стороны, если энергоэффективность является ключевой проблемой или входное напряжение намного выше, чем желаемое выходное напряжение, то лучшим выбором будет импульсный преобразователь.

Если требуется выходное напряжение выше, чем входное, то выбор прост — только повышающий стабилизатор может выполнить этот трюк.

Как и во всех аспектах проектирования, между различными решениями всегда есть компромиссы. Во многих случаях лучшим решением является импульсный регулятор, за которым следует линейный регулятор. Таким образом, вы получаете лучшее из обоих миров: эффективность и сверхчистое выходное напряжение.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатное руководство в формате PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать наш еженедельный информационный бюллетень, в котором мы делимся премиальным контентом, недоступным в нашем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

ИС импульсного регулятора напряжения

| Часто задаваемые вопросы

Какова функция импульсного регулятора напряжения IC?

Импульсный регулятор напряжения принимает входное постоянное напряжение и преобразует его в коммутируемое напряжение, которое может распространяться в диапазоне МГц. Затем он преобразует коммутируемое напряжение в выходное постоянное напряжение с помощью выпрямителя и фильтра нижних частот. Поскольку коммутируемое напряжение включено только часть времени, операция переключения приводит к более высокой эффективности, чем это возможно при постоянно включенном линейном регуляторе.Используя обратную связь по выходному напряжению, этот регулятор генерирует фиксированное выходное напряжение, которое остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки. Существует два основных типа управления импульсными регуляторами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и гистерезисное.

Что такое импульсный ШИМ-регулятор?

В импульсном ШИМ-регуляторе (, рис. 1, ) входное напряжение подается обратно на ШИМ-контроллер, который изменяет продолжительность включения питания (рабочий цикл), чтобы поддерживать выходное напряжение постоянным.Выходные МОП-транзисторы для импульсных стабилизаторов могут быть как встроенными (на кристалле), так и внешними по отношению к ИС.

Как частота коммутации влияет на конструкцию ШИМ-регулятора?

Более высокие частоты переключения означают, что регулятор напряжения может использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера. Более высокая частота переключения также может означать более высокие потери при переключении и более высокий уровень шума в цепи.

Что такое гистерезисный импульсный регулятор?

Базовый гистерезисный регулятор, показанный на рис. 2 . — это другой тип импульсного регулятора.Он состоит из компаратора с входным гистерезисом, который сравнивает выходное напряжение обратной связи с опорным напряжением. Когда напряжение обратной связи превышает опорное напряжение, выход компаратора становится низким, отключая понижающий переключатель MOSFET. Переключатель остается выключенным до тех пор, пока напряжение обратной связи не упадет ниже опорного напряжения гистерезиса. Затем выход компаратора становится высоким, включая ключ и позволяя выходному напряжению снова расти.

Каковы характеристики гистерезисного импульсного регулятора?

В гистерезисном регуляторе отсутствует усилитель ошибки напряжения, поэтому его реакция на любое изменение тока нагрузки или входного напряжения практически мгновенная.Таким образом, гистерезисный регулятор представляет собой самый быстрый способ управления преобразователем постоянного тока. Недостатком обычного гистерезисного регулятора является то, что его частота изменяется пропорционально ESR выходного конденсатора. Поскольку начальное значение часто плохо контролируется, а ESR электролитических конденсаторов также меняется в зависимости от температуры и возраста, практические изменения ESR могут легко привести к колебаниям частоты.

Что такое гистерезисный преобразователь с постоянным временем включения?

Преобразователь с постоянным временем включения (COT) представляет собой вариант базового гистерезисного преобразователя.В схеме управления COT преобразователь подает сигнал обратной связи на компаратор, а не на усилитель ошибки. Он не требует компенсации контура, что приводит к очень быстрой переходной реакции на нагрузку.

Какие существуют топологии импульсных регуляторов?

Существует три топологии: buck (понижающая), boost (повышающая) и buck-boost (повышающая/понижающая). Другие топологии включают обратноходовую, SEPIC, Cuk, двухтактную, прямую, полный мост и полумост.

Какие потери возникают в импульсном регуляторе?

Потери мощности происходят из-за мощности, необходимой для включения и выключения MOSFET.Драйвер MOSFET должен нести эту потерю. Кроме того, МОП-транзистору требуется конечное время для переключения из состояния проводимости в состояние отсутствия проводимости. Следовательно, потеря мощности будет связана с этой активностью в самом MOSFET. В этих потерях преобладает заряд затвора MOSFET и мощность привода, по сути, энергия, необходимая для зарядки и разрядки емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.

Какие конструктивные особенности важны для микросхемы регулятора напряжения?

Основные параметры включают входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от приложения могут быть важны и другие параметры, такие как пульсации выходного напряжения, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важными параметрами линейного стабилизатора являются падение напряжения, коэффициент подавления напряжения питания (PSRR) и выходной шум.

Имеются ли дополнительные функции ИС регулятора напряжения?

Некоторые ИС стабилизаторов напряжения имеют функцию ограничения, которая изменяет выходное напряжение соответствующего источника питания вверх или вниз, что позволяет увидеть влияние изменений выходного напряжения источника питания на систему.Еще одна функция ИС регулятора напряжения — отслеживание выходного напряжения, которое заставляет выходное напряжение одного источника питания отслеживать выходное напряжение другого источника питания после запуска.

Может ли микросхема регулятора напряжения управлять своим входным током при запуске?

Функция плавного пуска уменьшает переходные процессы входного тока и предотвращает скачки выходного напряжения при включении питания или возобновлении работы после выключения, перегрузки, короткого замыкания или перегрузки.

Каковы обычные области применения линейных и импульсных регуляторов?

Рассеиваемая мощность линейного стабилизатора прямо пропорциональна его выходному току при заданном входном и выходном напряжении, поэтому типичный КПД может составлять 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достигать КПД в диапазоне 90%. Однако выходной шум линейного стабилизатора намного ниже, чем у импульсного стабилизатора с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Как правило, импульсный регулятор может работать с более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.

Какие типичные микросхемы импульсных стабилизаторов имеются в продаже?

Синхронный понижающий ШИМ-преобразователь постоянного тока на 9 А со встроенным дросселем и программируемым выходным напряжением

Enpirion EN5395QI — это синхронная микросхема источника питания с программируемым выводом, со встроенными силовыми MOSFET-переключателями и встроенным индуктором.Номинальный диапазон входного напряжения составляет 2,375-5,5В. Выход можно настроить на стандартные предустановленные напряжения, подключив соответствующие комбинации трех контактов выбора напряжения к земле. Контур управления с обратной связью представляет собой режим напряжения типа 3, и в этой части используется топология ШИМ с низким уровнем шума. Выходной ток этого преобразователя может достигать 9 А. Рабочая частота 5 МГц позволяет использовать малогабаритные выходные конденсаторы.

EN5395QI имеет схему плавного пуска, ограничивающую пусковой ток при включении преобразователя.Флаг Power Good показывает, находится ли выходное напряжение в пределах от 90% до 120% запрограммированного напряжения.

ИС имеет следующие функции защиты: программируемая защита от перегрузки по току (для защиты ИС от чрезмерного тока нагрузки), тепловое отключение с гистерезисом, защита от перенапряжения и блокировка при пониженном напряжении (UVLO), которая отключает выход преобразователя при снижении входного напряжения. чем примерно 2,2 В.

Вывод ENABLE позволяет выключить устройство или включить его нормальную работу.Низкий логический уровень отключит преобразователь и заставит его отключиться. Высокий логический уровень переводит преобразователь в нормальный режим работы. Когда на выводе ENABLE установлен высокий уровень, устройство будет выполнять обычный плавный пуск.

EN5395 имеет внутреннюю компенсацию и оптимизирован для использования с выходной емкостью около 100 мкФ и обеспечивает превосходную полосу пропускания контура и переходные характеристики для большинства приложений. Работа в режиме напряжения обеспечивает высокую помехоустойчивость при малой нагрузке. В некоторых случаях может потребоваться изменение компенсации.EN5395QI обеспечивает доступ к внутренней компенсационной сети для настройки.

Вход 3–24 В, 8 А, высокоэффективный встроенный синхронный понижающий регулятор

Fairchild Semiconductor FAN2108 TinyBuckTM — это высокоэффективный малогабаритный синхронный понижающий стабилизатор на 8 А с ШИМ-управлением. Он содержит как синхронные полевые МОП-транзисторы, так и контроллер/драйвер с оптимизированными межсоединениями в одном корпусе, что позволяет разработчикам решать задачи с высокими токами на небольшой площади с минимальным количеством внешних компонентов.Внешняя компенсация, программируемая частота коммутации и функции ограничения тока обеспечивают оптимизацию конструкции и гибкость. Модулятор суммирующего тока использует определение тока без потерь для обратной связи по току и защиты от перегрузки по току. Упреждающая связь по напряжению помогает работать в широком диапазоне входного напряжения.

Усовершенствованный процесс питания BiCMOS компании Fairchild

в сочетании с внутренними МОП-транзисторами с низким RDS(ON) и термически эффективным корпусом MLP обеспечивают возможность рассеивания высокой мощности в небольшом корпусе.

Защита от перенапряжения на выходе, пониженного напряжения и защита от перегрева помогают защитить устройство от повреждения в условиях неисправности. FAN2108 предотвращает выходной разряд с предварительным смещением во время запуска в приложениях с точкой нагрузки.

Контроллер обратной связи в ThinSOT, работающий при 150°C

Показан в Рис. 3 — это версия H-класса Linear Technology LTC3803, обратноходового контроллера постоянного тока с текущим режимом в 6-контактном корпусе ThinSOT™. При пусковом токе 40 мкА и токе покоя 240 мкА устройство позволяет использовать входной резистор с высоким значением и конденсатор с низким значением для малой рассеиваемой мощности и быстрого запуска источника питания.LTC3803H обладает всеми необходимыми функциями для создания высокоэффективного однотактного изолированного или неизолированного обратноходового преобразователя, идеально подходящего для автомобильной, промышленной, телекоммуникационной, Power-over-Ethernet и передачи данных.

Блок питания на базе LTC3803H с регулируемой компенсацией наклона обеспечивает быструю переходную характеристику с минимальной выходной емкостью. Постоянная рабочая частота 200 кГц поддерживается вплоть до очень легких нагрузок, что приводит к уменьшению генерации низкочастотного шума в широком диапазоне токов нагрузки.Встроенная функция плавного пуска снижает пусковой ток, снижая выбросы выходного напряжения. LTC3803H может питаться от входных напряжений от 9 В до 75 В через последовательный резистор, подключенный к внутреннему шунтирующему стабилизатору ИС, что делает его идеальным для приложений с входным диапазоном 4:1. Порог измерения тока 100 мВ позволяет использовать очень маленький резистор измерения тока даже при высоких уровнях мощности, обеспечивая высокую эффективность.
Версия класса H прошла производственные испытания и гарантируется в диапазоне рабочих температур перехода от -40°C до 150°C, что делает ее идеальной для применения в широком диапазоне температур.Версии классов E и I рассчитаны на максимальную температуру перехода 85°C и 125°C соответственно.

Контроллер переключения с постоянным временем включения, 42 В

National Semiconductor LM25085 представляет собой понижающий (понижающий) DC-DC контроллер PFET, использующий принцип управления с постоянным временем включения (COT), который является разновидностью базового гистерезисного преобразователя. Диапазон входного рабочего напряжения LM25085 составляет от 4,5 до 42 В. Использование внешнего полевого транзистора в этом понижающем стабилизаторе значительно упрощает требования к приводу затвора и позволяет работать со 100% рабочим циклом, чтобы расширить диапазон регулирования при работе с низким входным напряжением.Однако транзисторы PFET обычно имеют более высокое сопротивление во включенном состоянии и заряд затвора по сравнению с транзисторами NFET аналогичного номинала. Рассмотрение доступных PFET, диапазона входного напряжения, возможностей управления затвором LM25085 и тепловых сопротивлений указывает на верхний предел 10 А для тока нагрузки для приложений LM25085.

Постоянное своевременное управление реализовано с помощью однократного включения по времени, которое запускается сигналом обратной связи. Во время простоя, когда PFET (Q1) выключен, ток нагрузки обеспечивается катушкой индуктивности и выходным конденсатором.Когда выходное напряжение падает, напряжение на входе компаратора обратной связи (ОС) падает ниже порога регулирования. Когда это происходит, Q1 включается на однократный период, который определяется входным напряжением (VIN) и резистором RT. Во время включения увеличивающийся ток индуктора увеличивает напряжение на FB выше порога компаратора обратной связи.

LM25085 доступен как в 8-выводном корпусе MSOP, так и в 8-выводном корпусе LLP с открытой контактной площадкой для отвода тепла.Также доступен 8-контактный корпус MSOP без открытой контактной площадки.

Руководство по АРН: Электронный регулятор напряжения с переключением ответвлений

Электронный импульсный регулятор напряжения

Типовой электронный регулятор напряжения с переключением ответвлений работает во многом так же, как механический регулятор переключения ответвлений, за исключением того, что он заменяет механические сервоприводы и щетки твердотельными полупроводниковыми переключателями. Вместо того, чтобы использовать двигатель для перемещения щеток, подключенных к выходу регулятора, электронный регулятор напряжения будет иметь отводы на вторичной стороне трансформатора, управляемые (включенные или выключенные) полупроводниковыми переключателями (например, выпрямитель с кремниевым управлением — «SCR»).

В рамках классификации электронных регуляторов напряжения с переключением ответвлений существует два различных типа: полупроводниковый тип полной мощности и тип последовательного трансформатора.

Полупроводниковый регулятор напряжения с электронным переключением с полной мощностью (FPS) наиболее аналогичен переключателю с сервоприводом и является наиболее распространенным типом электронного регулятора напряжения. Во время работы все переключатели SCR, кроме одного, будут «выключены», поэтому ток будет течь только через нужный ответвитель.Когда контроллер определяет необходимость переключения, он выключает переключатель SCR при одном касании, а затем включает SCR для соответствующего касания. Благодаря отсутствию механических компонентов, которые необходимо перемещать, и сверхбыстрому и непоследовательному переключению отводов SCR, электронный регулятор напряжения отводов может корректировать уровни напряжения намного быстрее, чем его механический аналог. Скорость и простота электронного регулятора напряжения с переключением отводов имеют свою цену: в отличие от механических регуляторов напряжения, тиристоры легко повреждаются высокими токами, такими как пусковые токи, перегрузки или токи короткого замыкания.

Электронный импульсный регулятор напряжения с последовательным трансформатором (ST) использует тиристоры, подключенные к ответвлениям аналогично конструкции FPS, однако в конструкции ST используются дополнительные компоненты трансформатора для изоляции тиристоров от пути тока нагрузки. Эта изоляция обеспечивает электронный регулятор напряжения с переключением отводов типа ST скоростью и простотой EVR типа FPS, а также высокую устойчивость к чрезмерным токам механического регулятора напряжения.

Регулируемый понижающий импульсный регулятор напряжения

10 Вт Понижающий регулируемый импульсный стабилизатор


DE-SWADJ — это регулируемая версия нашего понижения SW0XX. регуляторы напряжения.Он разработан, чтобы быть самым простым способом добавить регулируемый источник напряжения в новый или существующий проект со всеми преимущества эффективности импульсного питания. DE-SWADJ это совместим по выводам с обычным линейным напряжением семейства 78XX регуляторы, и имеет небольшой винт сверху, который позволяет вам изменить выходное напряжение по мере развития вашего проекта. Он имеет встроенную развязку конденсаторы, поэтому внешние конденсаторы обычно не нужны.

DE-SWADJ может обеспечить максимальную мощность 10 Вт.

Винтовой потенциометр на DE-SWADJ приводится в движение червячной передачей, поэтому вибрации и движения не вызовут смещения напряжения. Использование клей для удержания винта на месте настоятельно не рекомендуется и может повредить устройство.

Никогда раньше не паял? Вам могут понравиться наши разделительные доски.

Модель: DE-SWADJ
Производительность: Регулируется от 1.Выход от 25 до 13 В с помощью винта
Выход 1 А при напряжении от 1,25 до 10 В
(Номинальные токи при более высоких напряжениях см. в техническом описании)
КПД >90% при >9В на выходе
Типичное падение напряжения 1,3 В при полной нагрузке
Можно подключить параллельно
Приложения: Приложения с питанием от батареи
Роботы
Зарядка аккумулятора
Прототип электроники
Питание нескольких сервоприводов при их максимальном номинальном напряжении
Технический паспорт: ДЕ-СВАДЖ.doc (386kb)
DE-SWADJ.pdf (126kb)

MC34167T 5.5A 40V Power Switching Voltage Regulator Motorola

Стоимость доставки почтой первого класса:

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Тарифы на доставку первого класса в США
$00,01
25,00 $
5 долларов.85
25,01 $
35,00 $
6,85 $
35,01 $
45,00 $
8,85 $
45,01 $
55,00 $
9,85 $
55,01 $
75,01 $
11,85 $
75,01 $
100 долларов.00
12,85 $
100,01 $
200,00 $
14,85 $
200,01 $
300,00 $
15,85 $
300,01 $
500,00 $
17,85 $
500,01 $
+
18,85 $

Стоимость доставки приоритетной почтой:

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Тарифы на доставку Priority Mail в США
$00.01
25,00 $
10,50 $
25,01 $
35,00 $
11,50 $
35,01 $
45,00 $
12,50 $
45,01 $
55,00 $
13,50 $
55,01 $
75,01 $
14 долларов.50
75,01 $
100,00 $
16,50 $
100,01 $
200,00 $
18,50 $
200,01 $
300,00 $
21,50 $
300,01 $
500,00 $
24,50 $
500,01 $
+
25 долларов.50

Канада, первый класс, международный (исключения см. на странице доставки)

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Канада Первый класс Международный
$00,01
45,00 $
15,95 $
45,01 $
90,00 $
29,95 $
90 долларов.01
150,00 $
49,95 $
150,01 $
300,00 $
59,95 $
300,01 $
700,00 $
79,95 $
700,01 $
2000,00 $
99,95 $

Приоритетная почта Канады (исключения см. на странице доставки)

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Приоритетная почта Канады
$00.01
45,00 $
36,95 $
45,01 $
90,00 $
45,95 $
90,01 $
150,00 $
59,95 $
150,01 $
300,00 $
79,95 $
300,01 $
700,00 $
99 долларов.95
700,01 $
2000,00 $
109,95 $

Международный — за пределами США/Канады (исключения см. на странице доставки)

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Международный — за пределами США/Канада
100,00 $
150,00 $
79 долларов.95
150,01 $
300,00 $
99,95 $
300,01 $
500,00 $
139,95 $
500,01 $
1000,00 $
169,95 $
.

0 comments on “Импульсные стабилизаторы напряжения: Импульсный стабилизатор напряжения — это… Что такое Импульсный стабилизатор напряжения?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.