Импульсный регулятор напряжения понижающего типа: Понижающий импульсный стабилизатор напряжения

Содержание

Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа


Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/40529

Title: Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа
Authors: Нгуен Ха Ча Ми
metadata.dc.contributor.advisor: Торгаев, Станислав Николаевич
Keywords: импульсные преобразователи; П- регулятор; ПИ- регулятор; ПИД- регулятор; выходное напряжение; постоянное напряжение; DC/DC switching-power converters; p controller; pi controller; PID controller; output voltage
Issue Date: 2017
Citation: Нгуен Ха Ча Ми Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа : бакалаврская работа / Нгуен Ха Ча Ми ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт неразрушающего контроля (ИНК), Кафедра промышленной и медицинской электроники (ПМЭ) ; науч. рук. С. Н. Торгаев. — Томск, 2017.
Abstract: Импульсные преобразователи постоянного напряжения в постоянное находят широкое применение в системах питания различной аппаратуры. В данной работы рассматривается импульсный преобразователя постоянного напряжения понижающего типа с системой управления, с помощью программы MATLAB/Simulink исследуется влияние коэффициентов П-, ПИ- и ПИД- регуляторов на выходные напряжения схемы понижающего преобразователи постоянного напряжения.
DC/DC switching-power converters are widely used in electric power systems of various equipment. In this paper we consider the influence of P, PI and PID Controllers on the output voltages of the buck DC-DC converter by using program MATLAB / Simulink.
URI: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/40529
Appears in Collections: Выпускные квалификационные работы (ВКР)

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Импульсные стабилизаторы напряжения с высоким кпд. Импульсный стабилизатор напряжения, схема

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.

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, СЗ.

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 СЗ 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.

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.

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.

Импульсные стабилизаторы напряжения в последнее время становятся достаточно популярными благодаря компактным размерам и сравнительно высокому КПД и ближайшем будущем они полностью вытеснят старые и добрые аналоговые схемы.
Сейчас за пару долларов в Китае можно приобрести готовый модуль DC-DC преобразователя, который обеспечивает регулировку выходного напряжения, имеет возможность ограничивать ток и работает в довольно широком диапазоне входных напряжений.

Наиболее популярная микросхема, на которой строятся такие стабилизаторы – LM2596. Максимальное напряжение до 35 вольт, при токе до 3-х ампер. Работает микросхема в импульсном режиме, нагрев на ней не очень сильный при довольно внушительных нагрузках, компактна и стоит копейки.

Добавлением ОУ можно получить и ограничение выходного тока, скажу больше – стабилизацию тока, иными словами – ток будет держаться на уровне заданного не зависимо от напряжения.
Такие модули довольно компактны и можно встроить в любую самодельную конструкцию блока питания и зарядного устройства. Подключив на выход цифровой вольтметр мы будем знать какое напряжение на выходе. .

На самой плате имеются подстроечные резисторы для ограничения выходного тока и регулировки напряжения. Диапазон входного напряжения позволит внедрять такой модуль в автомобиль, напрямую подключив к бортовой сети 12 Вольт. Что это нам даст?

  1. 1) Универсальное зарядное устройство с большим током. Можно заряжать любые смартфоны, планшеты, плееры и прочие проигрыватели, навигаторы и портативные охранные системы, притом к устройству можно подключать скажем 2-3 смартфона одновременно и все они будут одинаково хорошо заряжаться.

  2. 2) Подключите устройство скажем к адаптеру ноутбука, выставьте на выходе 14-15 Вольт и смело заряжайте аккумулятор! 3 ампера довольно немалый ток для зарядки автомобильного аккумулятора, правда саму плату преобразователя придется установить на небольшой радиатор.

С полезностью платы однозначно нельзя поспорить, да и стоит копейки (не более 2-3 долларов США). Эту же плату можно изготовить в домашних условиях, при наличии определенных компонентов, правда готовый модуль стоит куда дешевле, чем отдельные компоненты.

Сдвоенный операционный усилитель, на первом элементе оу построен узел ограничения тока, на втором – индикация. Сама микросхема с обвязкой, силовой дроссель, который может быть намотан самостоятельно и пара регуляторов. Схема почти не перегревается при малых токах – но маленький теплоотвод не помешает.

Регулируемый импульсный стабилизатор напряжения предназначен как для установки в радиолюбительские устройства с фиксированным выходным напряжением, так для лабораторного блока питания с регулируемым выходным напряжением. Так как стабилизатор работает в импульсном режиме, он имеет высокий КПД и в отличие от линейных стабилизаторов не нуждается в большом теплоотводе. Модуль выполнен на плате с алюминиевой подложкой, что позволяет в течение продолжительного времени снимать выходной ток до 2 А без установки дополнительного теплоотвода. Для токов более 2 А к тыльной стороне модуля необходимо прикрепить радиатор площадью не менее 145 кв.см. Радиатор может быть прикреплен винтами, для этого в модуле предусмотрены два отверстия, для максимальной теплопередачи используйте пасту КПТ-8. В случае невозможности использовать крепежные винты, модуль может быть прикреплен к радиатору/металлической части устройства с использованием автогерметика. Для этого нужно нанести герметик в центр тыльной части модуля, притереть поверхности таким образом, чтобы зазор между ними был минимален и прижать на 24 часа. Устройство имеет тепловую защиту и ограничение по выходному току от 3 до 4 А. Выходное напряжение не может превышать напряжение на входе. Для того чтобы начать эксплуатировать стабилизатор необходимо припаять переменный резистор от 47 до 68 Ком к контактам на плате R1. Переменный резистор не следует подключать на длинных проводах. Для установки в устройства с фиксированным выходным напряжением на место R1 нужно установить постоянный резистор, используя формулу R1=1210(Uвых/1.23-1), где Uвых — требуемое выходное напряжение. Модуль может работать в режиме стабилизатора тока, для этого вместо R2 нужно установить внешний резистор, рассчитываемый по формуле R=1,23/I, где I — требуемый выходной ток. Резистор должен быть соответствующей мощности. При питании модуля от понижающего трансформатора и диодного моста, на выход диодного моста необходимо установить фильтрующий конденсатор не менее 2200 мкФ. Технические характеристики Параметр Значение Входное напряжение, не более 40 В Выходное напряжение 1,2..37 В Выходной ток во всем диапазоне напряжений, не более 3 А Ограничение выходного тока 3..4 А Частота преобразования 150 КГц Температура модуля без радиатора при tокр = 25° С, Uвх = 25 В, Uвых = 12 В при вых. токе 0,5 А 36° С при вых. токе 1 А 47° С при вых. токе 2 А 65° С при вых. токе 3 А 115° С КПД при Uвх = 25 В, Uвых = 12 В, Iвых = 3А 90% Диапазон рабочих температур -40..85° С Защита от переполюсовки нет Размеры модуля 43 х 40 х 12 мм Вес модуля 15 г Схема включения с вольтметром SVH0043 Схема включения стабилизатором тока 1,6 А Габаритные размеры

Импульсный блок питания 200W Step-Down на микросхеме TL494 — схема принципиальная, печатная плата и описание. Это улучшенная версия импульсного стабилизатора на популярной м/с TL494.

  • Входное напряжение 2×18~30 V AC
  • Выходное напряжение регулируется с помощью потенциометра в диапазоне 0-25 V DC
  • Ограничение тока регулируется потенциометром
  • Для R=0,01 Ом — 5~20 А
  • Для R=0,1 Ом — 0,1~5 А

Большие токи вызывают слишком большие потери мощности на резисторе R, поэтому его сопротивление уменьшаем. Эффективность схемы преобразователя очень хорошая, на 100 Вт радиатор только немного греется. Красный светодиод сообщает о стабилизации тока, а зеленый — о стабилизации по напряжению. Испытания проводились на резистивной нагрузке 10 А. Работает как положено.

Схема импульсного регулируемого инвертора

Второй вариант схемы

Печатная плата — рисунок

Представленный на схеме стабилизатор установлен на 14,4 вольта и используется как зарядное устройство, поэтому применены конденсаторы вольтажом 16 В. На входе 35 В — на выходе 14,4 В. Трансформатор намотан с запасом витков, так что при желании можно поднять напряжение. Но свыше 38 — это слишком много. Микросхема выдерживает только 44 VDC по даташиту. Рабочая частота преобразователя 100 кГц.

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 (Курсовая работа)

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Источники вторичного электропитания

Тема: ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Казань 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принцип действия ИСН

2. Расчет элементов преобразователя

3. Схема управления

4. Конструкция устройства

Вывод

Список используемых источников

Введение

Источники вторичного электропитания (ИВЭП) по своей физической сущности это преобразователи вида и качества электрической энергии первичных источников питания (химических, топливных, электромеханическиех ядерных и других). ИВЭП являются одним из основных электронных компонентов любой функциональной аппаратуры. Они применяются во всех сферах современной индустрии: в различных областях промышленности, связи, электроприводе, автотранспорте, бытовых приборах, телекоммуникационной, военно–космической, компьютерной технике.

Современным генеральным направлением развития ИВЭП в мире попрежнему остается дальнейшее улучшение массогабаритных характеристик при снижении стоимости и обязательном выполнении требований надежности и качества электроэнергии.

По заданию КП мной должен быть разработан импульсный стабилизатор напряжения (ИСН) – наиболее известная в семействе импульсных преобразователей схема.

1. Принцип действия ИСН

Рис. 1 Базовая схема ИСН

Входное напряжения Uin подается на входной фильтрующий конденсатор Cin. Ключевой элемент VT, в качестве которого может быть использован транзистор любого типа (биполярный, MOSFET, IGBT), осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Кроме этого, в составе преобразователя должны быть разрядный диод VD, дроссель L, конденсатор Сout, образующие выходной LC-фильтр, а также схема управления, осуществляющая стабилизацию напряжения или тока нагрузки с сопротивлением Rн. Как видно из рисунка, ключевой элемент VT, дроссель и нагрузка включены последовательно, поэтому этот стабилизатор относят к классу последовательных схем.

Ключевой элемент может стабильно находиться только в двух состояниях — полной проводимости и отсечки. Если указанные состояния сменяют друг друга с постоянной периодичностью, равной Т, то, обозначив время нахождения ключа в проводящем состоянии — как время проводимости (tu), а время нахождения ключа в состоянии отсечки — как время паузы (tn, можно ввести понятие коэффициента заполнения, равного:

где f — частота коммутации.

Рис. 2

На рис. 2 показана временная диаграмма для определения коэффициента заполнения. Нулевое значение D характеризует постоянное нахождение ключевого элемента в состоянии и отсечки, в го время как равенство его единице показывает режим постоянной проводимости. В состоянии отсечки напряжение на нагрузке равно нулю, в состоянии полной проводимости наблюдается равенство входного и выходного напряжений. В промежутке между «нулем» и «единицей» работа преобразователя складывается из двух фаз: набор энергии и разряда. Рассмотрим эти фазы подробнее:

Рис. 3

Итак, фаза накачки энергии протекает на протяжении времени tu, когда ключевой элемент VT открыт, то есть проводит ток (рис. 3, а). Этот ток далее проходит через дроссель L к нагрузке, шунтированной конденсатором Сout. Накопление энергии происходит как в дросселе, так и в конденсаторе. Ток iL увеличивается.

После того, как ключевой элемент VT переходит в состояние отсечки, наступает фаза разряда (рис. 3, б), продолжающаяся время tn. Поскольку любой индуктивный элемент стремится воспрепятствовать изменению направления и величины тока, протекающего через его обмотку, в данном случае ток дросселя iL мгновенно уменьшиться до нуля не может, и он замыкается через разрядный диод VD. Источник питания в фазе разряда отключен, и дросселю неоткуда пополнять убыль энергии, поэтому разряд происходит по цепи «диод-нагрузка». По истечении времени Т процесс повторяется — вновь наступает фаза накачки энергии.

2. Расчет элементов преобразователя

Алгоритм расчета элементов СПН проводился по методике указанной в [1]. Базовая схема НПН показана на рис. 1.

1. Выбираем схему выпрямителя однофазную мостовую, = 2, тогда:

= 1,41  220 = 310,2 В.

2. Мощность на выходе выпрямителя (на входе преобразователя), Вт:

где при = 10…100 Вт.

3. Коэффициентом пульсаций на выходе выпрямителя

= 0,5 (0,1 + 0,1) = 0,1

= 310,2 (1 – 0,1) = 217,8 В.

4. Среднее значение выпрямленного тока и сопротивления нагрузки входного выпрямителя :

= = 0,41 А; = = 531 Ом.

5. Минимальное значение выпрямленного напряжения, В:

= 310,2(1 – 20,1) = 217

6. Угол отсечки , при котором через диоды начинает протекать ток:

= 0,9, 26.

7. Угол, при котором прерывается ток через диоды выпрямителя:

, = 2,3 град.

Угол можно также определить, пользуясь графиком.

8. Ёмкость конденсатора входного фильтра, мкФ:

== 105,

где , здесь – частота тока сетевого напряжения.

9. Рабочее напряжение на конденсаторе , В:

= 310,2(1+0,1) = 341,22.

Выбираем из [3,5] конденсатор К50–28.

10. Действующее значение тока (А) через диоды мостовых схем выпрямителей :

= 11 .

11. Амплитудное значение тока через диоды входного напряжения, А ^

= 4,92.

12. Среднее значение тока через диоды, А:

= = 0,205.

13. Обратное напряжение, В:

= 310,2(1 + 0,1) = 341,22.

Импульсные стабилизаторы

Это стабилизаторы, в которых РЭ работает в режиме ключа (включен или выключен, отсечка или насыщение, замкнут или разомкнут) благодаря чему КПД достигает 85…95% – основное их достоинство. Недостатки импульсных стабилизаторов: высокий уровень помех, пульсаций и шумов, что требует постановки дополнительных помехоподавляющих фильтров.

Импульсный стабилизатор состоит из следующих элементов: РЭ (транзисторного ключа VT), индуктивности (накопительного дросселя L), обратного диода (VD), конденсатора фильтра (С) и схемы управления. По способу построения силовой части импульсные стабилизаторы делят на три типа:

а) понижающие – с последовательным включением РЭ, дросселя и нагрузки;

б) повышающие – с параллельным включением РЭ и нагрузки;

в) инвертирующие – с параллельным включением дросселя и нагрузки.

 

В зависимости от метода стабилизации выходного напряжения (метод управления ключом) стабилизаторы различают:

· ШИМ – широтно- импульсно модулированные

· ЧИМ – частотно- импульсно модулированные

· релейные.

Метод формирования сигнала управления ключом поясняется эпюрами рис.4.21.

Если входное напряжение стабилизатора изменяется в пределах , то при ШИМ период остаётся постоянным, изменяется длительность импульса ( tИ ), следовательно, изменяется и коэффициент заполнения

(4.20)

Рисунок 4.21 – Формирование сигнала управления ключом

 

Поскольку выходное напряжение равно

, (4.21)

то зависимость есть регулировочная характеристика импульсного регулятора.

При ЧИМ длительность импульса остаётся постоянной, изменяется период (Т), следовательно, изменяется и коэффициент заполнения. Для переменной частоты сложно строить сглаживающие фильтры, поэтому ЧИМ менее распространена по сравнению с ШИМ.

При релейном регулировании наиболее простая схема управления (триггер Шмитта!), но здесь обязательно наличие двух порогов (UПОР1 и UПОР2) и пульсация на выходе принципиально не может быть равна нулю. Переменными являются и частота и длительность, поэтому релейное регулирование используют для управления электрическими машинами.

На практике наиболее часто применяют ШИМ.

Рассмотрим работу импульсного стабилизатора. На рисунке 4.22 приведена схема понижающего регулятора (стабилизатор с разомкнутой цепью обратной связи) без схемы управления и эпюры, поясняющие его работу.

Рисунок 4.22 – Понижающий импульсный регулятор

 

В этой схеме выходное напряжение (U0) всегда меньше входного, поскольку не существует элементов без потерь.

Когда ключ (VT) замкнут дроссель(L) заряжается, ток коллектора нарастает. Когда ключ размыкается, дроссель разряжается в нагрузку через открытый диод (VD). Индуктивность дросселя больше критической, поэтому ток в нём не спадает до нуля. Напряжение на нагрузке также не имеет провалов до нуля и его среднее значение согласно (4.21) равно

(4.22)

Рассмотрим повышающий регулятор. Его схема и эпюры приведены на рис.4.23а,б. Когда ключ (VT) замкнут, идёт заряд дросселя ( L ), входное

 

Рисунок 4.23 – Повышающий импульсный регулятор

напряжение уравновешивается ЭДС самоиндукции дросселя (еL). Когда ключ размыкается, еL меняет знак на противоположный, чтобы поддержать падающий ток дросселя и, суммируясь с UВХ, дроссель разряжается на конденсатор С. Напряжение на нагрузке превышает входное. Если суммарные потери в элементах стабилизатора не превышают 10% от мощности в нагрузке, то выходное напряжение (4.23)

 

Схема потребляет от источника практически постоянный ток и не создаёт обратную помеху в сеть.

Рассмотрим инвертирующий регулятор. Его схема и эпюры приведены на рис.4.24а,б.

Рисунок 4.24 – Инвертирующий импульсный регулятор

 

Когда ключ (VT) замкнут, идёт заряд дросселя (L), входное напряжение уравновешивается ЭДС самоиндукции дросселя (еL). Когда ключ размыкается, еL меняет знак на противоположный (полярность показана на рисунке) и дроссель разряжается на конденсатор С. Если общие потери в элементах не превышают 10% от мощности в нагрузке, то выходное напряжение

(4.24)

Схема управления импульсным регулятором приведена на рис. 4.25 и включает в себя следящий делитель(R1 R2), эталонный источник (UЭТ), усилитель сигнала рассогласования (DA1), генератор пилообразного напряжения (UГПН) и широтно-импульсный модулятор (ШИМ – DA2). Последний формирует дискретный сигнал управления ключом, модулированный по длительности сигналом рассогласования (UУ). Схема управления состоит из таких же функциональных элементов, как и в непрерывном стабилизаторе, но дополнена широтно-импульсным модулятором.

Рисунок 4.25 – Схема управления импульсным регулятором

 

Для импульсных стабилизаторов справедливо основное уравнение (4.18), в котором коэффициент передачи следящего делителя равен

(4.25)

Коэффициент передачи усилительного элемента (DA1)

(4.26)

Коэффициент передачи регулирующего элемента заменяется произведением коэффициента передачи ШИМ и коэффициента передачи силового ключа (КИ)

, (4.27)

где UВХ – входное напряжение стабилизатора,

UПМ – размах пилообразного напряжения.

Тогда петлевое усиление (4.15) принимает вид

, (4.28)

где — КПД сглаживающего LCD – фильтра (3.27).

Из (4.28) следует, что при входных напряжениях десятки вольт и размахе пилы в схеме управления единицы вольт петлевое усиление в импульсных стабилизаторах в десятки раз может превышать петлевое усиление непрерывных стабилизаторов. Значит и коэффициент стабилизации по напряжению у них выше.

(4.29)

Схемы управления импульсными стабилизаторами выпускается в виде контроллеров – К142ЕП1, К1114ЕУ1, К1114ЕУ3 и др.

Основная сложность при проектировании импульсных стабилизаторов – обеспечение низких пульсаций на выходе. Напряжение на входе LCD – фильтра имеет вид прямоугольных импульсов (рис.4.26).

Рисунок 4.26 – Напряжение на входе LCD – фильтра

 

Найдём первую гармонику этой последовательности путём разложения в ряд Фурье.

, (4.30)

где — коэффициент заполнения, k – номер гармоники.

Полагая k = 1, находим

(4.31)

Зная амплитуду первой гармоники и постоянную составляющую, то есть коэффициент пульсаций на входе фильтра, находят требуемый коэффициент сглаживания и далее элементы фильтра.


Узнать еще:

Регулируемый стабилизатор постоянного тока нагрузки импульсного dc-dc преобразователя понижающего типа

 

Полезная модель относится к электрическим устройствам для преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе и предназначена для использования в системах энергоснабжения для преобразования входной энергии постоянного тока в выходную энергию требуемого вида, а также управление или регулирование таких устройств. Может использоваться в системах электропитания светоизлучающих полупроводниковых диодов (лазерных или сверхярких), в качестве зарядного устройства аккумуляторных батарей, источника питания установок для нанесения гальванических покрытий или в качестве лабораторного источника регулируемою стабилизированного постоянного тока. Сущность полезной модели. Регулируемый стабилизатор постоянного тока нагрузки импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа, содержит интегральную микросхему ШИМ-контроллера, внешние элементы DC-DC преобразователя понижающего типа, образующие чопперную схему и нагрузку, включенную последовательно с линейным регулятором тока на n-канальном МДП-транзисторе с индуцированным каналом и шунтом. Одна клемма нагрузки подключена к выходу чопперной схемы, другая клемма нагрузки подключена к стоку транзистора, с которого подается постоянное напряжение на вход обратной связи ШИМ-контроллера. Исток транзистора соединяется с шунтом, вторая клемма шунта соединяется с общим проводом схемы. На затвор транзистора подастся управляющее напряжение. Технический эффект: Значительное уменьшение пульсаций тока нагрузки до требуемой малой величины путем введения в схему сглаживающего конденсатора, который подключается параллельно цепи нагрузки источника, а также реализация регулировки тока нагрузки в пределах от единиц мА до нескольких Ампер с помощью n-канального МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Полезная модель относится к электрическим устройствам для преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе и предназначена для использования в системах энергоснабжения для преобразования входной энергии постоянного тока в выходную энергию требуемого вида, а также управление или регулирование таких устройств. Может использоваться в системах электропитания светоизлучающих полупроводниковых диодов (лазерных или сверхярких), в качестве зарядного устройства аккумуляторных батарей, источника питания установок для нанесения гальванических покрытий или в качестве лабораторного источника регулируемого стабилизированного постоянного тока.

Известно устройство «Switching DC-DC converter» [1], которое является импульсным источником питания понижающего типа повышенной мощности. Устройство реализовано на основе интегральной микросхемы DC-DC преобразователя МС34063, включенной по схеме понижающего преобразователя (чопперная схема). Цепь обратной связи на основе резистивного делителя напряжения реализует режим стабилизации выходного напряжения постоянного тока. Использование в качестве силового ключа дополнительного биполярного транзистора p-n-p или n-p-n типа позволяет существенно увеличить выходную мощность преобразователя и уменьшить нагрев интегральной микросхемы МС34063.

Однако использование устройства [1] в качестве регулируемого стабилизатора постоянного тока не предусмотрено.

Наиболее близким техническим решением является «Adjustable constant current source with continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) operation» [2], которое предназначено для питания линеек сверхярких светоизлучающих диодов (LED).

В прототипе используется DC-DC импульсный преобразователь понижающего типа (чопперная схема) без дополнительного, сглаживающего пульсации тока, конденсатора, поэтому схема стабилизирует лишь средний ток нагрузки. Пульсации тока предлагаемой схемы велики, особенно в режиме разрывных токов катушки индуктивности (DCM). Кроме того, для управления ключом используются дополнительные управляющие интегральные микросхемы, конкретный тип которых не указывается.

Целью полезной модели является значительное уменьшение пульсаций тока нагрузки до требуемой малой величины путем введения в схему сглаживающего конденсатора, который подключается параллельно цепи нагрузки источника, а также реализация регулировки тока нагрузки в пределах от единиц мА до нескольких Ампер с помощью n-канального МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Технический результат достигается путем использования для стабилизации тока нагрузки типовой микросхемы ШИМ-контроллера, включенной в схему DC-DC импульсного преобразователя понижающего типа. Для регулировки тока нагрузки используется линейный регулятор на n-канальном МДП-транзисторе с индуцированным каналом, который включен последовательно с нагрузкой.

Сущность технического решения заключается в следующем: Регулируемый стабилизатор постоянного тока нагрузки импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа, содержит интегральную микросхему ШИМ-контроллера, внешние элементы DC-DC преобразователя понижающего типа, образующие чопперную схему и нагрузку, включенную последовательно с линейным регулятором тока на n-канальном МДП-транзисторе с индуцированным каналом и шунтом. Одна клемма нагрузки подключена к выходу чопперной схемы, другая клемма нагрузки подключена к стоку транзистора, с которого подается постоянное напряжение на вход обратной связи ШИМ-контроллера. Исток транзистора соединяется с шунтом, вторая клемма шунта соединяется с общим проводом схемы. На затвор транзистора подается управляющее напряжение.

На фиг. 1 показана электрическая схема регулируемого стабилизатора постоянного тока нагрузки импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа, включающего чопперный стабилизатор 1, нагрузку 2, регулятор тока 3 и шунт 4. На фиг. 2 показана вольтамперная характеристика регулятора тока 3. На фиг. 3 показана осциллограмма временной зависимости тока нагрузки 2 при управлении регулятором тока 3 периодическими импульсами напряжения. На фиг. 4 показана электрическая схема регулируемого стабилизатора постоянного тока на основе импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа с чопперным стабилизатором 1. реализованном на ШИМ-контроллере МС34063. На фиг. 5 показана электрическая схема регулируемого стабилизатора постоянного тока на основе импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа с чопперным стабилизатором 1, реализованном на ШИМ-контроллере МС34063, с ручным заданием тока стабилизации. Устройство работает следующим образом.

Электрическая схема устройства, показана на фиг. 1. Пусть на затвор транзистора VT2 (регулятор тока 3) подано управляющее напряжение Uу , которое переводит его в режим проводимости. Чопперный стабилизатор 1 обеспечивает протекание тока iн в последовательной цепи нагрузка 2, регулятор тока 3 и шунт 4. Шунт 4 служит для измерения тока нагрузки iн. Напряжение на стоке транзистора VT2 регулятора тока 3 подается на вход «-» компаратора напряжения интегральной микросхемы IC чопперного стабилизатора 1, которое сравнивается с напряжением внутреннего источника опорного напряжения U0, подаваемого на вход «+» компаратора. Встроенный в IC генератор импульсов с управляемой скважностью 8 через вывод 1 IC управляет работой силового ключа VT1 чопперного стабилизатора 1 таким образом, чтобы поддерживать напряжение на входе 3 IC равным опорному напряжению U0. Протекающий в выходной цепи ток нагрузки iн определяется из закона Ома:

где Rси — сопротивление канала проводимости транзистора VT1 регулятора тока 3. При заданном и неизменном управляющем напряжении Uу сопротивление Rси постоянно, следовательно и ток нагрузки 2 (1) не изменяется, как при изменении питающего напряжения U, так и при изменении сопротивления нагрузки Rн. Таким образом, схема фиг. 1 обеспечивает стабилизацию тока нагрузки. Регулировка тока происходит следующим образом. Если управляющее напряжение Uу меньше порогового Uп (напряжение отсечки), сопротивление канала транзистора регулятора тока 3 велико и ток нагрузки 2 пренебрежимо мал (1). При увеличении напряжения U у выше порогового сопротивление Rси уменьшается, а ток стабилизации iн (1) растет. Таким образом происходит регулировка тока нагрузки 2. При дальнейшем увеличении управляющего напряжения ток транзистора достигает насыщения и практически перестает увеличиваться. При этом и ток нагрузки достигает предельного значения i0, которое определяется из (1) при минимальном сопротивлении Rси. С уменьшением Rш предельный ток стабилизации i0, согласно (1), увеличивается. Также с уменьшением Rш увеличивается напряжение U си, что тоже приводит к увеличению тока насыщения транзистора и соответственно предельного тока нагрузки i0. На фиг. 2 представлена вольтамперная характеристика регулятора тока 3 в виде зависимости тока iн регулятора от управляющего напряжения Uу при неизменном напряжении U0 стока транзистора VT2. На фиг. 3 показана временная зависимость тока нагрузки 2 при управлении регулятором тока 3 периодическими импульсами напряжения Uу. При этом схема стабилизирует амплитуду тока нагрузки.

Отметим, что регулируемый стабилизатор постоянного тока нагрузки импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа (чопперный стабилизатор 1) эффективен в случае, когда ток нагрузки iн существенно больше тока i, потребляемого от источника питания чопперного стабилизатора 1. При этом падение напряжения на нагрузке 2 U н существенно меньше напряжения питания U. Входной и выходной токи связаны через скважность S управляющих импульсов, подаваемых на базу VT1 чопперного стабилизатора 1:

Учитывая, что 8 существенно больше 1, сопротивление R1 подбирается минимально возможным, чтобы обеспечить быстрое запирание ключа VT1, а с другой стороны величина R1 не должна быть слишком маленькой, т.к. на время длительности управляющего импульса к резистору прикладывается напряжение, близкое к величине U. Из закона сохранения энергии вытекает очевидное соотношение

где — КПД чопперного стабилизатора 1. Выразим из (3) входное напряжение U и определим входное сопротивление чопперного стабилизатора 1: R=U/i=Uн·iн/(·i2). Учитывая связь токов (2) и определяя сопротивление нагрузки 2 Rн=Uн/iН , получим связь входного сопротивления и сопротивления нагрузки: R=RнS2/.

При S>>1 входное сопротивление чопперного стабилизатора 1 существенно больше сопротивления нагрузки, что облегчает эксплуатацию источника питания U и повышает общую эффективность стабилизации тока нагрузки. Если в качестве первичного источника питания U используется схема с понижающим сетевым трансформатором, диодным мостом и сглаживающим конденсатором, то емкость сглаживающего конденсатора может быть достаточно малой, т.к. низкочастотные пульсации входного напряжения с двойной частотой сетевого напряжения при условии Uн<Umax сглаживаются чопперным стабилизатором 1. Максимально возможное выходное напряжение понижающего преобразователя Umax меньше напряжения питания U на некоторую небольшую величину U, которая зависит от минимально возможной скважности S min>1 управляющего генератора, падения напряжения на открытом силовом ключе VT1 и катушке индуктивности L, а также опорного напряжения U0.

Рассмотрим один из возможных вариантов реализации стабилизатора постоянного тока нагрузки импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа с использованием широко распространенной интегральной микросхемы ШИМ-контроллера МС34063. Исчерпывающую информацию о МС34063 можно найти в [3]. Электрическая схема регулируемого стабилизатора постоянного тока нагрузки импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа с чопперным стабилизатором, реализованном на ШИМ-контроллере МС34063. показана на фиг. 4. Схема отличается от типовой [3] блоком стабилизации тока нагрузки на элементах Rн (нагрузка 2), VT2 (регулятор тока 3) и Rш (шунт 4). Работа блока была рассмотрена выше и поясняется схемой фиг. 1. Назначение выводов МС34065 указано в таблице 1:

Микросхема содержит внутренний температурно-компенсированный источник опорного напряжения U0=1.25 В. Предельная частота управляющих импульсов составляет 100 кГц и определяется времязадающей емкостью С1. Частоту можно оценить из соотношения: f·Ct4.5·10-5.

Назначение выводов микросхемы представлено в Таблице 1.

Напряжение питания U не превышает 40 В. На практике, для повышения надежности работы схемы, целесообразно ограничить предельное напряжение величиной 30 В. Напряжение срабатывания токовой защиты U р составляет 300 мВ и подается на выводы 6 и 7 микросхемы. Максимальный входной ток ограничен величиной I0=Uр/R 0).

В схеме используется регулятор тока VT2 на транзисторе IRFP240 и шунт сопротивлением R ш=1 Ом. Измеритель тока нагрузки — модуль электронного цифрового милливольтметра разрядности 3½, который откалиброван для измерения тока в диапазоне 11999 мА. Для VT2 на транзисторе IRFP240 пороговое управляющее напряжение Uу составило 3 В, напряжение насыщения Uу транзистора 6.3 В при токе насыщения 1030 мА. Большие значения тока насыщения (порядка единиц ампер), согласно (1), можно получить, уменьшая сопротивление шунта.

Определим эквивалентное внутреннее сопротивление источника тока. Учтем, что в данной схеме минимальная разность между входным и выходным напряжениями U составляет величину около 6 В. Максимальное сопротивление нагрузки , при котором прекращается стабилизация тока можно определить из формулы: . При U=30 В и стабилизации тока нагрузки iн =500 мА получим . Дальнейшее увеличение Rн будет сопровождаться уменьшением тока нагрузки.

Проведены измерения при среднем токе стабилизации iн=500 мА для двух сопротивлений нагрузки Rн1=39 Ом и Rн2=3.9 Ом. Измеряем соответствующие напряжения нагрузки Uн1 и Uн2 . Внутреннее сопротивление источника r определим из формулы:

где =Uн1/Uн2. Подставляя измеренные значения в (4), получим r=3.4 кОм, что почти на два порядка больше максимального сопротивления нагрузки , при котором еще происходит стабилизация тока 500 мА.

Подадим на вход Uу управляющее напряжение в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов положительной полярности с регулируемой амплитудой. Осциллограммы соответствующего напряжения на нагрузке 3.9 Ом при амплитуде напряжения Uу=5 В показаны на фиг. 3. Масштабы по оси времени 2 мс/дел, по оси напряжения — 0.5 В/дел. Длительности фронта и спада порядка микросекунды.

Рассмотрим вариант схемы с ручной регулировкой тока стабилизации, показанный на фиг. 5. Схема отличается от схемы фиг. 4 дополнительными элементами: параметрическим стабилизатором напряжения на элементах R и VD 2; регулируемым делителем напряжения на элементах R 2, R3 и R4. Стабилитрон VD2 — КС162А с напряжением стабилизации Uст=6.2 В. Регулятор тока нагрузки VT2 — IRFP 240. При крайнем левом положении движка R4 на затвор транзистора подается напряжение стабилитрона 6.2 В, обеспечивая режим насыщения транзистора при сопротивлении шунта Rш=1 Ом. В нагрузке протекает максимальный ток i01 А. Переменные резисторы R3 и R4 имеют линейную регулировочную характеристику, номинал R 4 — несколько десятков кОм, а номинал R3 — на порядок меньше. Резистор R4 служит для грубой установки тока стабилизации, а R3 — соответственно для плавной установки тока. В крайнем правом положении движков резисторов напряжение на затворе транзистора VT2 минимально и определяется из формулы . Выбираем равным пороговому напряжению для IRFРР 240 значению около 3 В и при выбранном номинале R4 из (6) определяем номинал резистора R2. В этом случае ток нагрузки будет изменяться в соответствии с регулировочной характеристикой, показанной на фиг. 2. Реализованная схема ручной установки тока стабилизации позволяет выставить значение тока с точностью трех значащих цифр. Вместо двух переменных резисторов R3 и R4 можно использовать один двухоборотный резистор.

Источники информации:

1. Патент EP 1612939 B1 Switching DC-DC converter.

2. Патент Ш 8179110 B2 «Adjustable constant current source with continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) operation». (прототип)

3. Сайт фирмы STMicroelectronics: www.st.com.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока нагрузки импульсного DC-DC преобразователя понижающего типа, содержащий интегральную микросхему ШИМ-контроллера, внешние элементы DC-DC преобразователя понижающего типа, образующие чопперную схему, отличающийся тем, что нагрузка стабилизатора включена последовательно с линейным регулятором тока на n-канальном МДП-транзисторе с индуцированным каналом и шунтом, причем одна клемма нагрузки подключена к выходу чопперной схемы, другая клемма нагрузки подключена к стоку транзистора, с которого подается постоянное напряжение на вход обратной связи ШИМ-контроллера, исток транзистора соединяется с шунтом, вторая клемма шунта соединяется с общим проводом схемы, а на затвор транзистора подается управляющее напряжение.

Микросхемы импульсных понижающих стабилизаторов. Эволюция схемотехники — Компоненты и технологии

Рассмотрим схемотехнику и функциональные возможности микросхем понижающих импульсных стабилизаторов в их развитии.

Схема импульсного понижающего стабилизатора напряжения изображена на рис. 1. Детальное рассмотрение процесса работы стабилизатора можно найти в специальной литературе, например в [1]. Напомним только, что без учета потерь в элементах схемы выходное напряжение определяется следующим образом:

где ton — время открытого состояния ключа, T — период следования импульсов.

Это позволяет путем изменения соотношения времени открытого состояния ключа и периода следования импульсов регулировать выходное напряжение, а при наличии цепи отрицательной обратной связи и стабилизировать его.

В качестве ключа VT используются как биполярные, так и полевые транзисторы, а вместо диода VD в стабилизаторах с синхронным выпрямлением применяется полевой транзистор.

Первой реализацией импульсного понижающего стабилизатора напряжения был релейный (гистерезисный) импульсный преобразователь, имеющий очень простое схемотехническое решение.

Если для большинства схем импульсных преобразователей практически неизбежно наличие пульсаций выходного напряжения, то для релейного преобразователя наличие пульсаций, приведенных к входу обратной связи, равных напряжению гистерезиса компаратора, — обязательное условие нормальной работы.

Упрощенная схема релейного преобразователя показана на рис. 2. Характерная и «малоприятная» особенность схемы — зависимость частоты преобразования от параметров элементов схемы и режима работы стабилизатора:

Как следует из вышеприведенной формулы, частота зависит от входного и выходного напряжений, эквивалентного последовательного сопротивления выходного конденсатора, индуктивности дросселя и напряжения гистерезиса компаратора. Изменение частоты вшироких пределах не позволяет оптимизировать по габаритам дроссель и выходной конденсатор, усложняет борьбу с излучаемыми помехами.

На рис. 3 изображена практическая схема релейного преобразователя, в которую входит микросхема линейного стабилизатора LM317. Такое решение — использование недорогих интегральных схем линейных стабилизаторов — применялось на первых порах при отсутствии специализированных микросхем импульсных стабилизаторов.

Хотя в настоящее время релейный способ регулирования в чистом виде практически не применяется, такие несомненные его достоинства, как малое время переходного процесса и отсутствие элементов коррекции частотной характеристики в цепи обратной связи, заставляют разработчиков искать новые конструктивные решения с его использованием.

На рис. 4 изображена схема стабилизатора с популярной микросхемой MC34063 фирмы Motorola. Частота собственных колебаний генератора задается емкостью конденсатора С2, частота вынужденных колебаний генератора выше и зависит от максимального тока ключа, устанавливаемого резистором ограничения тока R1. Поскольку скорость нарастания тока в индуктивности зависит от разности входного и выходного напряжений, частота преобразования увеличивается с ростом входного напряжения. Когда напряжение на выводе обратной связи 5 становится равным опорному напряжению, компаратор через логический элемент и триггер запрещает управление выходным ключом на один или несколько периодов частоты генератора. Таким образом, стабилизатор работает в режиме генерации пакетов импульсов. Коэффициент полезного действия стабилизатора не превышает 70%, основные потери — изза большого падения напряжения на составном транзисторе ключа и резисторе ограничения тока.

Обновленная версия MC34063 — микросхема NCP3063 фирмы ON Semiconductor — имеет более совершенную схему ограничения максимального тока ключа, работающую только в переходных и аварийных режимах, и дополнена температурной защитой.

Температурная защита, предусматриваемая во многих современных микросхемах, предназначенных для силовой электроники, переводит мощные выходные каскады в выключенное состояние при незначительном превышении температуры кристалла относительно максимально допустимой. Тем самым существенно повышается эксплуатационная надежность аппаратуры.

В микросхеме ADP1111 (схема, в состав которой она включена, показана на рис. 5) частота генератора фиксирована и равна 72 кГц. Регулирование выходного напряжения обеспечивается остановкой генератора по достижении выходным напряжением номинального значения, то есть, как и в предыдущей схеме, стабилизатор работает в режиме генерации пакетов импульсов. При остановленном генераторе собственное потребление микросхемы составляет всего 300 мкА, что делает работу схемы весьма эффективной. Дополнительный усилитель предназначен для построения схем детектора напряжения, усилителя ошибки, либо дополнительного линейного стабилизатора. Версии микросхемы с фиксированным выходным напряжением имеют встроенный делитель в цепи отрицательной обратной связи. У микросхемы есть встроенная защита по току ключа с возможностью уменьшения тока срабатывания защиты внешним резистором RLIM, чем обеспечивается регулировка максимального выходного тока стабилизатора.

Ограничение максимального выходного тока стабилизатора установкой пользователем максимального тока ключа допускает ограниченная номенклатура микросхем. При необходимости можно воспользоваться техническим решением с применением микросхемы — измерителя тока, предлагаемым в [2].

Используя современные конденсаторы на выходе стабилизатора, пульсации на частоте работы генератора можно сделать весьма малыми. Пульсации же, вызванные прекращением работы выходного ключа, не могут быть меньше гистерезиса компаратора, типовое значение которого равно 2 мВ для MC34063 и 8 мВ для ADP1111, умноженного на отношение выходного напряжения к опорному напряжению.

Модифицированный релейный метод управления используется в одном из последних семейств от National Semiconductor — LM5007, LM5008, LM5010. Схема импульсного стабилизатора на LM5007 показана на рис. 6. В этой схеме время открытого состояния ключа, обратно пропорциональное входному напряжению, устанавливается резистором R1. При выходном токе более 50 мА стабилизатор работает в режиме с непрерывным током дросселя и постоянной частотой переключения, определяемой по формуле:

Частота преобразования не зависит от входного напряжения и нагрузки.

При низком выходном токе преобразователь работает в режиме прерывистого тока дросселя и на пониженных частотах, что позволяет минимизировать потери. Рабочая частота в этом режиме определяется выражением:

Чтобы гарантированно обеспечить нормальную работу стабилизатора с современными конденсаторами, имеющими, как правило, низкие значения эквивалентного последовательного сопротивления, последовательно с конденсатором С2 включают резистор R6. Пульсации выходного напряжения велики, поскольку для работы стабилизатора рекомендуется напряжение пульсации на выводе обратной связи в пределах 25ч50 мВ. При необходимости более низкого уровня пульсации выходного напряжения нагрузку можно подключать параллельно конденсатору С2, либо потребуется включение на выходе стабилизатора дополнительного LC-фильтра, не охваченного цепью отрицательной обратной связи.

Для питания затвора n-канального МОП-транзистора использована схема «зарядового насоса». Конденсатор С4, подключенный к выводу BST, на этапе закрытого состояния ключа заряжается через встроенный диод. На этапе открытого состояния ключа напряжение на конденсаторе суммируется с входным напряжением, что и обеспечивает большее напряжение на затворе транзистора, чем на его стоке.

Как видно из функциональной схемы LM5007, микросхема существенно сложнее рассмотренных выше, и включает в себя узлы, повышающие надежность работы. Защита от пониженного входного напряжения предотвращает отпирание выходного транзистора при входном напряжении менее 6,3 В, когда схема управления уже не способна к адекватным действиям. Тем самым предотвращается выход микросхемы из строя в аварийной ситуации. Защита от повышения выходного напряжения немедленно запирает выходной ключ, если напряжение на выводе FB превысит порог в 2,875 В при внезапном увеличении входного напряжения или отключении нагрузки. Схема ограничения тока устанавливает максимальный ток ключа на уровне 0,725 А и, кроме того, регулирует время открытого состояния ключа, устанавливаемое резистором R2, при включении и перегрузке. При замыкании вывода SD/Ron на «землю» стабилизатор можно выключить, при этом ток, потребляемый от источника питания, равен сумме тока собственного потребления микросхемы 100 мкА и тока через резистор R1.

Более высокие качественные характеристики преобразования обеспечивает техника ШИМ-регулирования, используемая в подавляющем большинстве микросхем понижающих стабилизаторов. Частота преобразования, как правило, постоянна, что позволяет оптимизировать параметры дросселя и конденсатора выходного фильтра и упрощает задачу фильтрации помех на частоте преобразования. Величина пульсаций выходного напряжения существенно меньше, чем в релейных стабилизаторах, но реакция на скачкообразное изменение нагрузки или входного напряжения заметно хуже. Для обеспечения устойчивости обязательна частотная коррекция в цепи отрицательной обратной связи.

Рис. 7 поясняет принцип ШИМ-регулирования с управлением по напряжению. Выходное напряжение или его часть поступает на вход усилителя ошибки, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения Vref. Усиленная разность напряжений подается на вход ШИМ-компаратора, на другой вход которого поступает пилообразное напряжение с частотой задающего генератора. Сравнивая эти два напряжения, компаратор модулирует длительность импульсов, управляющих ключом S. Цепи частотной коррекции условно показаны в виде комплексных сопротивлений Z1 и Z2.

Практическая схема ШИМ-стабилизатора с применением микросхемы TPS5430 из серии Swift™ от Texas Instruments показана на рис. 8. Благодаря высокой частоте задающего генератора — 500 кГц, корректирующие конденсаторы имеют небольшие номиналы, и элементы частотной коррекции интегрированы в микросхему. Использована наиболее сложная из применяемых частотная коррекция типа 3, подробнее о которой можно узнать из публикации [3], посвященной частотной коррекции импульсных стабилизаторов. На рис. 9 схема изображена с керамическим выходным конденсатором С3. При использовании электролитических конденсаторов элементы коррекции С4, С6, С7, R3 не нужны, достаточно внутренней коррекции.

Микросхема включает в себя схему формирования повышенного напряжения питания драйвера n-канального МОП-транзистора, защиту от пониженного входного напряжения, защиту от повышенного выходного напряжения и тепловую защиту. В качестве датчика тока в схеме ограничения максимального тока ключа используется сопротивление канала открытого МОП-транзистора. При достижении током стока порогового значения ключ выключается до конца текущего периода тактовой частоты. В случае серьезной перегрузки, например, при коротком замыкании на выходе, по сигналу HICCUP источник опорного напряжения закорачивается на «землю» на 10–20 мс с последующим плавным пуском стабилизатора и повторением цикла до устранения перегрузки. Схема плавного пуска обеспечивает линейное нарастание напряжения на входе усилителя ошибки от нуля до величины опорного напряжения за 8 мс. При замыкании вывода ENA на «землю» стабилизатор можно выключить, при этом потребляемый ток не превышает 50 мкА.

Изменение амплитуды пилообразного напряжения обратно пропорционально изменению входного напряжения, что обеспечивает лучшую стабильность и меньшее время реакции на возмущение в виде изменения входного напряжения.

На рис. 9 изображена схема стабилизатора на микросхеме NCV8842 фирмы ON Semiconductor, в которой использована патентованная технология V² управления.

Обычная, относительно медленная, отрицательная обратная связь через усилитель ошибки обеспечивает высокую точность поддержания выходного напряжения в статическом режиме. Частотную коррекцию обеспечивает фильтр нижних частот, образованный большим выходным сопротивлением усилителя ошибки, около 8 МОм, и внешним конденсатором C4. Отсутствие усилителя в цепи быстрой отрицательной обратной связи обеспечивает ей широкую полосу пропускания, что существенно улучшает динамические характеристики стабилизатора.

Драйвер биполярного транзистора-ключа питается повышенным напряжением, что позволяет поддерживать транзистор при открытом состоянии выходного ключа в насыщении. Ключевой транзистор двухэмиттерный, ко второму эмиттеру меньшей площади подключен резистор — датчик тока.

Частота преобразования фиксирована и равна 170 кГц. При помощи импульсов внешней синхронизации, подаваемых на вывод SYNC, можно повысить частоту преобразования до 355 кГц и синхронизировать работу нескольких микросхем в устройстве. При этом можно организовать работу двух или более стабилизаторов со сдвигом фазы для уменьшения импульсного тока через конденсатор на входе стабилизатора, что снижает требования к конденсатору и упрощает его выбор.

Особенность микросхемы — в уменьшении тактовой частоты генератора до четверти от номинального значения, с одновременным уменьшением порога срабатывания защиты по току до 40% от номинального значения, пока напряжение обратной связи не достигнет порога срабатывания в цепи обратной связи по частоте, что обеспечивает уменьшение рассеиваемой мощности в микросхеме и внешних компонентах во время включения и при перегрузках.

Более совершенные динамические характеристики по сравнению со стабилизаторами с управлением по напряжению имеют ШИМ-стабилизаторы с управлением по току, обладающие к тому же лучшей устойчивостью. В дополнение к отрицательной обратной связи по напряжению их схема включает в себя быстродействующую цепь обратной связи по току, как показано на рис. 10. Сигнал обратной связи по току поступает с датчика тока ключа, выделяется на токоизмерительном резисторе RI и суммируется с сигналом обратной связи по напряжению.

Практическая схема стабилизатора с управлением по току на микросхеме SC4518H фирмы Semtech изображена на рис. 11. Частота преобразования фиксированная — 600 кГц, в режиме с внешней синхронизацией — до 1,2 МГц.

Сигнал обратной связи по току снимается с датчика тока, резистора 0,04 Ом, включенного в коллектор ключевого транзистора. Падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается усилителем тока, суммируется с пилообразным напряжением, формируемым задающим генератором, и поступает на вход ШИМ-компаратора, становясь опорным сигналом для сигнала обратной связи по напряжению, поступающего с выхода усилителя ошибки. Сигнал с усилителя тока поступает также в схему ограничения тока при перегрузке.

Устойчивость стабилизатора обеспечивается внешними элементами коррекции R3, C4, C5. Схема коррекции наклона пилообразного напряжения устраняет возможность самовозбуждения стабилизатора на субгармониках при коэффициенте заполнения более 50%, к чему склонны стабилизаторы с обратной связью по току. Подробнее о сути явления и способе его устранения — в [4].

Максимальный ток ключа ограничен схемой защиты от перегрузки по току на уровне 2 А. При длительной перегрузке или коротком замыкании на выходе предпринимаются периодические попытки плавного пуска

В микросхеме LM25005 использовано так называемое «квазитоковое» управление. Как видно из функциональной схемы LM25005 на рис. 12, сигнал обратной связи по току снимается с резистора, включенного последовательно с диодом VD1. Микросхема имеет широкий диапазон входного напряжения — 7–42 В и оптимизирована для применений с высоким входным напряжением. При большом отношении входного напряжения к выходному коэффициент заполнения становится очень мал, и неизбежные из-за наличия паразитных элементов в схеме искажения формы тока ключа на датчике тока ухудшают характеристики регулирования. Напротив, длительность импульса тока через диод в таком случае составляет значительную часть периода, и искажения на фронтах импульса сказываются в меньшей степени. Схема выборки и хранения формирует на выходе постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде тока через токоизмерительный резистор, а в сумматоре восстанавливается пилообразная составляющая. Ток, заряжающий конденсатор С3, на котором формируется пилообразный сигнал, зависит от входного и выходного напряжений, а для устранения колебаний на субгармониках в зарядном токе присутствует постоянная составляющая, корректирующая наклон «пилы».

Уникальна схема контроля тока ключа и защиты от перегрузки. При корректной работе восстановленный сигнал пропорционален току ключа и, если его амплитуда превышает порог компаратора ограничения тока (1,75 В), ключ немедленно запирается. При малой индуктивности дросселя или высоком входном напряжении ток через ключ может превысить допустимую величину изза задержки распространения в компараторе. При подобной перегрузке схема выборки/хранения детектирует чрезмерное значение тока на этапе открытого состояния ключа, ключ запирается, и пропускается несколько импульсов, пока напряжение на выходе сумматора не станет меньше 1,75 В.

Еще одна особенность микросхемы — в гарантированной зарядке конденсатора вольтодобавки С7 при малой нагрузке через ключ, подключенный к выводу PRE, открывающийся на 250 нс в каждом цикле на этапе закрытого состояния выходного ключа.

Частота задающего генератора устанавливается резистором R3 в пределах 50–500 кГц, подачей синхронизирующих импульсов на вывод SYNC генератор можно заставить работать на частоте более высокой, чем частота собственных колебаний.

Плавный пуск обеспечивается зарядкой до опорного напряжения конденсатора С4, подключенного к выводу SS, а в итоге — к неинвертирующему входу усилителя ошибки, при постоянном токе 10 мкА. Изменяя емкость конденсатора, можно изменить время задержки выхода стабилизатора в номинальный режим.

На рис. 13 показана схема стабилизатора с синхронным выпрямлением и управлением по среднему току дросселя с применением микросхемы контроллера MAX5061 фирмы Maxim. Управление по среднему току дросселя свободно от проблем, связанных с усилением коротких импульсов тока, маскированием помех на их фронтах, задержками распространения сигнала, присущих методу управления по максимальному току ключа.

Поскольку стабилизатор рассчитан на большой выходной ток, мощные выходные транзисторы — внешние. Энергия передается в нагрузку и запасается в индуктивности, когда открыт транзистор верхнего плеча. В это время транзистор нижнего плеча закрыт. И, наоборот, при открытом транзисторе нижнего плеча, транзистор верхнего плеча закрыт, а энергия, запасенная в индуктивности, ретранслируется в нагрузку. Схемы с синхронным выпрямлением особенно эффективны при низких выходных напряжениях. Потери в транзисторе нижнего плеча многократно меньше, чем в диоде, который он заменяет.

Цепь обратной связи по току состоит из резистора датчика тока R1, включенного последовательно с дросселем, прецизионного дифференциального усилителя тока, усилителя ошибки по току и ШИМ-компаратора. Выходное напряжение усилителя ошибки по току представляет собой усиленную разность между выходным напряжением усилителя ошибки по напряжению и усилителя тока. Этим обеспечивается регулировка тока дросселя в соответствии с выходным напряжением. Частотная характеристика усилителя ошибки по току имеет спад на высоких частотах, что ослабляет влияние шумов и помех в сигнале с датчика тока. Внешние элементы коррекции частотной характеристики, требующие тщательного расчета, подключены к выводу CLP, соединенному с выходом усилителя ошибки по току.

Плавный пуск организован подачей линейно нарастающего напряжения 0–0,7 В с 5-разрядного ЦАП на третий (неинвертирующий) вход усилителя ошибки по напряжению. Пока напряжение на выходе ЦАП меньше опорного напряжения 0,6 В, схема работает под управлением ЦАП, далее переходит в режим работы с опорным напряжением.

Частота преобразования устанавливается в пределах от 125 кГц до 1,5 МГц внешним резистором RT, подключенным к многофункциональному выводу RT/SYNC/EN. Соответствующими сигналами, подаваемыми на этот вывод, стабилизатор можно синхронизировать от внешнего генератора или выключить.

При максимально допустимом входном напряжении 27 В выходное напряжение не может превышать 5,5 В, максимального входного синфазного напряжения усилителя тока, ограниченного напряжением встроенного стабилизатора, питающего все узлы микросхемы.

Еще один пример стабилизатора с синхронным выпрямлением с использованием микросхемы MIC2285 фирмы Micrel, работающей с частотой преобразования 8 МГц, изображен на рис. 14. Коэффициент полезного действия конкретной схемы стабилизатора достигает 90%. Транзистор верхнего плеча p-канальный, соответственно отсутствует схема вольтодобавки для питания его драйвера.

При выходном токе, не превышающем 60 мА, при подаче высокого логического уровня на вывод LOWQ схему можно перевести в режим LDO-стабилизатора, что позволит уменьшить собственное потребление схемы и снизить уровень шумов в выходном напряжении.

Похожими возможностями обладает микросхема NCP1500, которая работает в качестве понижающего стабилизатора с синхронным выпрямлением при наличии импульсов синхронизации, автоматически переключаясь в режим с пропусками импульсов при малой нагрузке, а при отсутствии импульсов синхронизации схема переключается в режим линейного LDO-стабилизатора.

Микросхемы импульсных преобразователей, предназначенные для применения в компьютерах и портативной аппаратуре, имеют сложные функциональные схемы, включают в себя по несколько каналов импульсных и линейных стабилизаторов с управляемым по цифровым входам выходным напряжением, определенным порядком их включения и другими дополнительными функциями. Пример подобной микросхемы — MPC18730 от Freescale Semiconductor, управляемая микроконтроллером по трехпроводному интерфейсу и включающая в себя два понижающих импульсных стабилизатора с синхронным выпрямлением, один повышающий импульсный преобразователь и три линейных LDO-стабилизатора.

Производители микросхем стремятся максимально интегрировать в кристалл компоненты и функции стабилизатора, но не все возможно. Мала номенклатура микросхем со встроенным диодом, технология быстродействующих диодов плохо сочетается с технологией интегральных микросхем, да и площадь, занимаемая диодом на кристалле, слишком велика. В их числе одна из первых микросхем импульсного стабилизатора фирмы Motorola — μA78S40, медленный встроенный диод которой сам производитель рекомендует заменять внешним быстродействующим, и LT1572 от Linear Technology со встроенным диодом Шоттки (1 А, 20 В). Экзотикой остается и микросхема MIC33050 от Micrel, 0,5-А стабилизатор с интегрированным дросселем, работающий на частоте 4МГц.

Облегчают выбор подходящей микросхемы интерактивные таблицы, размещенные на сайтах производителей, позволяющие осуществлять сортировку по выбранным параметрам. Бесплатные программы, такие как Webench от National Semiconductor, Swift Designer Tool и SwitcherPro™ от Texas Instruments, LTSpice/SwitcherCAD III от Linear Technology, содержат большое количество примеров схем преобразователей различной конфигурации, позволяют рассчитать параметры внешних компонентов, моделировать схему стабилизатора и наблюдать сигналы в различных цепях схемы.

Литература
  1. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.
  2. Maxim/Dallas. Application Note 478. Current-Limit Circuit for Buck Regulator.
  3. A General Approach for Optimizing Dynamic Response for Buck Converter. Application Note AN8143/D, ON Semiconductor.
  4. Modelling, Analysis and Compensating of the Current Mode Controller. Application Note U-97, Unitrode. slua101.pdf. Texas Instruments.

Сравнение понижающего преобразователя и регулятора напряжения

Конфигурации понижающего преобразователя.

Обработка электрических колебаний — важная часть современной электроники. Некоторые типы понижающих преобразователей или стабилизаторов напряжения присутствуют почти в каждом электронном устройстве, которое люди используют ежедневно. Понижающий преобразователь, также известный как понижающий преобразователь, преобразует высокое напряжение в низкое, обычно преобразуя переменный ток в постоянный.Регулятор напряжения поддерживает постоянное выходное напряжение для цепи, независимо от любых изменений в подключенных устройствах или электрической нагрузке.

Сравнение понижающего преобразователя и регулятора напряжения требует понимания их сходств и различий. Эти два компонента имеют сходство как по структуре, так и по функциям. Однако у них есть некоторые ключевые отличия, позволяющие им выполнять разные задачи в электронных компонентах. Важно выбрать правильный компонент для проекта электроники, потому что компоненты с аналогичными функциями не всегда взаимозаменяемы.

Чем похожи понижающие преобразователи и регуляторы напряжения?

Понижающие преобразователи и регуляторы напряжения регулируют напряжение через электрическую цепь. Подключение к различным источникам питания или изменение устройств в цепи может изменить потребляемый ток. Если схема потребляет больше или меньше энергии, чем должно работать устройство, может произойти множество нежелательных последствий. Цепь может быть повреждена, устройство может не работать или может произойти сбой оборудования. Понижающие преобразователи и регуляторы напряжения жизненно важны для безопасной работы электроники.Без них машины могут столкнуться с катастрофическими отказами или вызвать пожар.

Интегральная схема является важной частью понижающих преобразователей и регуляторов напряжения. Современные регуляторы напряжения возможны только благодаря интегральным схемам на основе полупроводников. Интегральная схема контролирует ток через электронное устройство с обратной связью. В обоих компонентах интегральная схема связана с конденсатором, который сдерживает электрические колебания. Этот конденсатор также может обеспечить дополнительную мощность во время неожиданного дефицита.

Понижающий преобразователь на самом деле является подклассом регуляторов напряжения, поэтому между ними так много общего. Некоторые типы понижающих преобразователей могут работать в двух направлениях, что также делает их повышающими преобразователями. Эта функциональность подчеркивает общие возможности понижающих преобразователей и регуляторов напряжения.

Применение понижающего преобразователя и регулятора напряжения

Понижающие преобразователи и регуляторы напряжения можно найти во многих повседневных предметах, таких как портативные зарядные устройства.К портативным зарядным устройствам относятся зарядные устройства для сотовых телефонов для подключения к настенным розеткам, кабели для зарядки компьютеров с трансформаторными коробками и зарядные устройства для питания мобильных устройств от автомобильного аккумулятора. Многим людям приходится иметь несколько зарядных устройств для поддержки различных устройств, и многие хотели бы разработать универсальное портативное зарядное устройство. К сожалению, разные напряжения требуют разных компонентов для обработки электрической нагрузки. С аппаратной точки зрения создать универсальные зарядные устройства значительно сложнее, чем можно предположить из-за повсеместного распространения портативных зарядных устройств.

Другим распространенным применением понижающих преобразователей и регуляторов напряжения являются соединения USB. Устройства USB всех типов (обычные, микро или другие) полагаются на способность преобразовывать различные напряжения в поток энергии, который они могут использовать. Порт USB требует двунаправленного преобразователя между устройством, которое содержит порт, и подключенным устройством. Независимо от типа USB преобразователь позволяет устройствам передавать питание в обоих направлениях. Этот постоянный поток энергии имеет решающее значение для устройств при передаче файлов, зарядке друг друга, обработке звука или выполнении любых других функций через USB.

Понижающие преобразователи и регуляторы напряжения также необходимы для бытовой техники, электрических систем автомобилей и медицинского оборудования. Люди обычно слышат, что понижающие преобразователи и регуляторы напряжения называются «трансформаторами» в этом контексте. Везде, где требуется эффективное преобразование высокого напряжения в низкое, без понижающего преобразователя не обойтись. Всякий раз, когда меняется напряжение между устройствами и внутри цепей, регулятор напряжения обеспечивает безопасное протекание тока.

Регулятор напряжения на интегральной схеме.

Как развиваются понижающие преобразователи и регуляторы напряжения?

Понижающие преобразователи и регуляторы напряжения существуют уже более 100 лет, и их основная концепция осталась неизменной. Однако за последний год ученые и инженеры разработали новые идеи, изменяющие внешний вид понижающих преобразователей и регуляторов напряжения в будущем. Предлагаемые новые прототипы более эффективно справляются с электрическими нагрузками, используют новые типы внутренних компонентов и снижают физическую нагрузку в зависимости от напряжения.Компьютерное моделирование показывает, что предлагаемые конструкции могут быть более эффективными, чем существующие модели, что может привести к повышению производительности электроники будущего.

Схема регулятора напряжения.

Выбираете между понижающим преобразователем и регулятором напряжения? В Ultra Librarian есть и то, и другое, наряду со многими другими конструкциями печатных плат. Наши партнерские отношения с дистрибьюторами по всему миру обеспечивают высококачественные компоненты для каждого проекта. Работая с Ultra Librarian, вы избавляетесь от догадок при подготовке к следующему великолепному устройству и направляете свои идеи на путь к успеху.Зарегистрируйтесь сегодня бесплатно!

Понижающий регулятор напряжения

5 В 600 мА от Pololu

Этот миниатюрный понижающий регулятор напряжения идеально подходит для подачи питания 5 В (от источника более высокого напряжения, такого как 3/4-секундный Lipo) к вашему оборудованию, для которого требуется именно 5-вольтовый диапазон. Питание 5В для полетных камер, светодиодных фонарей или другого оборудования, которое может работать только от 5В.

Компактный (0,4″ × 0,5″) импульсный понижающий (или понижающий) стабилизатор напряжения D24V6F5 принимает входное напряжение от 7 В до 42 В и эффективно снижает его до 5 В  при максимальном выходном токе 600 мА .Расстояние между контактами составляет 0,1″, что делает эту плату совместимой со стандартными макетными платами и перфорированными платами без пайки.

Особенности

  • Входное напряжение: [ выходное напряжение + падение напряжения ] до 42 В (дополнительную информацию о напряжении отключения см. ниже)
  • Фиксированный выход 5 В с точностью 4 %
  • Максимальный выходной ток: 300 мА или 600 мА (в зависимости от версии регулятора)
  • Частота переключения 550 кГц
  • 2 мА, типичный ток покоя без нагрузки (20 мкА, типичный ток покоя при SHDN = LOW)
  • Встроенная защита от перегрева и перегрузки по току
  • Малый размер: 0.5″ × 0,4″ × 0,1″ (13 мм × 10 мм × 3 мм)

Соединения

Понижающий регулятор имеет четыре соединения: выключение (SHDN), входное напряжение (VIN), заземление (GND) и выходное напряжение (VOUT).

На вывод SHDN можно подать низкий уровень (менее 0,3 В), чтобы отключить выход и перевести плату в состояние пониженного энергопотребления, которое обычно потребляет 20 мкА, и на него можно подать высокий уровень (выше 2,3 В), чтобы включить плату. Если вам не нужно использовать функцию выключения, контакт SHDN можно напрямую подключить к VIN, чтобы включить плату на постоянной основе. Не следует оставлять этот вывод отключенным  , так как это может привести к непредсказуемому поведению.

Входное напряжение, VIN, должно превышать VOUT, по крайней мере, на величину падения напряжения регулятора (см. ниже графики падения напряжения в зависимости от нагрузки), и вы должны убедиться, что шум на вашем входе не превышает максимальное значение 42 В.

 

Типовой КПД и выходной ток

Эффективность регулятора напряжения, определяемая как (выходная мощность)/(входящая мощность), является важной мерой его производительности, особенно когда речь идет о сроке службы батареи или нагреве.Как показано на графиках ниже, этот импульсный стабилизатор обычно имеет КПД от 80% до 90%.

Модуль регулируемого понижающего регулятора напряжения

DC-DC. Выход 1,5–35 В пост. тока при 2 А

Описание продукта


 

Прошли те времена, когда вам приходилось спаивать вместе линейные регуляторы напряжения, фильтрующие конденсаторы и регулируемые резисторы, чтобы получить более низкий и стабильный источник питания для вашего проекта.

Этот компактный преобразователь постоянного тока — простой способ уменьшить высокое входное напряжение до более низкого выходного напряжения. Основанный на микросхеме понижающего преобразователя LM2596, он работает при токе до 2А (3А с радиатором) и имеет КПД до 92%. Помните, только потому, что на вашем устройстве указана конкретная потребляемая мощность, оно может потреблять больше, чем указано. Потребление более 2 ампер (3 с радиатором) повредит их и приведет к отказу

Выходное напряжение регулируется в диапазоне 1,5–35 В постоянного тока, а диапазон входного напряжения равен 4.5В-40В постоянного тока.

Максимальный ток: 2A (3A MAX с радиатором)

Выходное напряжение можно регулировать с помощью встроенного потенциометра.

ПРИМЕЧАНИЕ: Напряжение регулируется поворотом (25 оборотов) синего латунного винта потенциометра вправо или влево. Эти 25-оборотные потенциометры требуют МНОГО оборотов, прежде чем они начнут изменять выходной сигнал. Двадцать пять оборотов могут показаться не такими уж большими, но это всегда больше, чем вы ожидаете. Вы можете быть уверены, что достигли любой из максимальных оборотов по щелчку, который издает потенциометр, когда вы достигли конца.Поворот потенциометра ВЛЕВО (против часовой стрелки) уменьшит напряжение, выдаваемое устройством. При повороте потенциометра ВПРАВО (по часовой стрелке) будет увеличиваться напряжение, которое пропускает устройство. (это направление может измениться, если потенциометр установлен в обратном направлении).

Модуль имеет защиту от перегрузки по току и не изолирован. Для подключения к входным и выходным проводам напряжения предусмотрены контактные площадки для пайки. К контактным площадкам можно подключить провод сечением до 18AWG. Через два монтажных отверстия на плате пройдет винт 6/32.

Вам понадобится мультиметр для установки выходного напряжения. Чтобы отрегулировать напряжение, подключите измеритель к выходным соединениям на модуле, а затем включите источник питания. Поворачивайте потенциометр по часовой стрелке или против часовой стрелки, пока не достигнете желаемого выходного напряжения.

Характеристики:

  • Входное напряжение: 4,5–40 В постоянного тока
  • Выходное напряжение: 1,5–35 В постоянного тока
  • Требуется дифференциальное напряжение: Выходной ток: 2 А, 3 А с внешним радиатором или охлаждением
  • Повышение температуры при полной нагрузке: 40°C
  • Регулировка напряжения +/- 0.5%
  • Скорость динамического отклика: 5% 200 мкс
  • КПД: до 92 % (при входном напряжении 40 В постоянного тока эффективность снижается при падении входного напряжения
  • Частота переключения: 150 кГц
  • Неизолированная, понижающая конструкция с раскряжевкой
  • Ограничение тока/защита от перегрузки по току
  • Диапазон рабочих температур: от -40°C до +85°C

Размер: 42 мм x 20 мм x 10 мм
Эта плата поставляется в двух версиях: одна с красной печатной платой, а другая с синей печатной платой. Они идентичны, за исключением разницы в цвете.Мы отправим вам то, что окажется в наличии на момент вашего заказа.
Кол-во: 1 модуль регулируемого понижающего регулятора напряжения постоянного тока постоянного тока. Выход 1,5–35 В пост. тока при 2 А

Состояние товара: Новый

Понижающий понижающий регулятор

» Electronics Notes

— краткое изложение или руководство по схеме и работе понижающего или понижающего регулятора с использованием импульсных источников питания.


Схемы питания SMPS Primer & Tutorial Включает:
Импульсный источник питания Как работает СМПС Понижающий преобразователь Повышающий повышающий преобразователь Повышающий конвертер

См. также: Обзор электроники источника питания Линейный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Поскольку мощность является ключевым параметром во многих конструкциях, широко используются понижающие или «понижающие» регуляторы.

Несмотря на то, что резистор может привести к падению напряжения, мощность теряется, и в таких приложениях, как многие устройства с батарейным питанием, используемые сегодня, энергопотребление является решающим элементом.

В результате широко используются понижающие импульсные преобразователи или, как их чаще называют, понижающие регуляторы.

Линейный шаг вниз

Наиболее простой формой понижающего перехода является использование резистора в качестве делителя напряжения или сброса напряжения. В некоторых случаях для стабилизации напряжения можно также использовать стабилитрон.

Проблема с этой формой ограничителя напряжения или понижающего преобразователя заключается в том, что они очень расточительны с точки зрения мощности. Любое падение напряжения на резисторе будет рассеиваться в виде тепла, и любой ток, протекающий через стабилитрон, также будет рассеивать тепло. Оба эти элемента приводят к потере ценной энергии.

Базовый понижающий преобразователь или регулятор

Основная схема понижающего или понижающего преобразователя состоит из катушки индуктивности, диода, конденсатора, переключателя и усилителя ошибки со схемой управления переключателем.

Схема понижающего регулятора работает путем изменения времени, в течение которого индуктор получает энергию от источника.

На базовой блок-схеме работы понижающего преобразователя или понижающего регулятора видно, что выходное напряжение, возникающее на нагрузке, воспринимается усилителем считывания/ошибки, и генерируется напряжение ошибки, которое управляет переключателем.

Обычно переключатель управляется широтно-импульсным модулятором, переключатель остается во включенном состоянии тем дольше, чем больше ток потребляется нагрузкой, и напряжение имеет тенденцию к падению, и часто для управления переключением используется осциллятор с фиксированной частотой.

Работа понижающего преобразователя

Когда переключатель в понижающем регуляторе включен, напряжение, которое появляется на катушке индуктивности, равно Vin — Vout. Используя уравнения индуктора, ток в индукторе будет возрастать со скоростью (Vin-Vout)/L. В это время диод D смещен в обратном направлении и не проводит ток.

Когда переключатель размыкается, ток должен продолжать течь, так как индуктор работает, чтобы поддерживать тот же ток. В результате ток по-прежнему протекает через индуктор в нагрузку.Затем диод D формирует обратный путь с протекающим через него током Idiode, равным Iout.

При разомкнутом переключателе полярность напряжения на катушке индуктивности изменилась, и поэтому ток через катушку индуктивности уменьшается с наклоном, равным -Vout/L.

Схема понижающего преобразователя может быть дополнительно объяснена путем изучения форм сигналов тока в разное время в течение всего цикла.

На диаграмме формы тока для понижающего преобразователя/переключающего регулятора видно, что ток дросселя является суммой тока диода и входного/переключающего тока.Ток течет либо через ключ, либо через диод.

Также стоит отметить, что средний входной ток меньше среднего выходного тока. Этого следовало ожидать, поскольку схема понижающего преобразователя очень эффективна, а входное напряжение больше, чем выходное. Если предположить, что схема идеальна, то входная мощность будет равна выходной мощности, т. е. Vin ⋅ In = Vout ⋅ Iout. В то время как в реальной схеме будут некоторые потери, для хорошо спроектированной схемы следует ожидать уровней эффективности выше 85%.

Также видно, что на выходе стоит сглаживающий конденсатор. Это служит для того, чтобы напряжение не менялось заметно, особенно во время переключения и переключения. Также потребуется сгладить возникающие пики переключения.

Входной и выходной фильтр регулятора

Ключевым аспектом импульсных стабилизаторов питания является входная и выходная фильтрация. Это особая проблема из-за переключения, которое происходит на входе.

В действительности пульсации напряжения на выходе зависят не только от сглаживания на выходе, но и, что более важно, от конденсатора входного фильтра.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем . . .

Повышающий и понижающий трансформатор/регулятор/стабилизатор мощностью 8000 Вт

Получите скидку 10%

Данная модель предназначена для обеспечения полной защиты от скачков и перепадов напряжения.Предназначен для предотвращения повреждений или вреда, вызванного скачками напряжения, падениями напряжения, молнией, скачками напряжения, защитой от скачков напряжения и другими проблемами, связанными с напряжением.

  • Скачки напряжения повреждают все электрические и электронные устройства, такие как: телевизоры, видеомагнитофоны, DVD-плееры, компьютеры, принтеры и т. д.
  • Перепады напряжения повреждают все электроприводы, такие как: холодильники, морозильники, кондиционеры, насосы и т. д.
  • Эта модель защитит ваш прибор от обеих ситуаций при преобразовании напряжения.

Основные характеристики:

  • Модель: TC-8000D
  • Для установки требуется аппаратная проводка. Из соображений безопасности только профессиональный электрик должен устанавливать этот элемент для вас.
  • Максимальная мощность 8000 Вт
  • Скачки напряжения повреждают все электрические или электронные устройства, такие как: телевизоры, видеомагнитофоны, DVD-плееры, компьютеры, принтеры и т. д. Падения напряжения повреждают все электроприводы, такие как: холодильники, морозильники, кондиционеры, насосы и т. д.Эта модель защитит ваш прибор от обеих ситуаций при преобразовании напряжения.
  • Работает как повышающий трансформатор, а также как понижающий трансформатор — просто щелкнув выключателем!
  • Функция повышающего трансформатора и стабилизатора: преобразует 110/120 вольт в 220/240 вольт, поддерживая стабильное выходное напряжение.
  • Функция понижающего трансформатора и стабилизатора: преобразует 220/240 вольт в 110/120 вольт, сохраняя при этом стабильное выходное напряжение.
  • Мощный трансформатор непрерывного действия
  • Точный индикатор источника питания — Аналоговый индикатор на передней панели устройства измеряет входное напряжение (показывает точное выходное напряжение).
  • Встроенная схема автоматической защиты — устройство автоматически отключается, когда входное напряжение выходит за пределы рабочего диапазона.
  • Диапазон ввода регулирования/стабилизатора:
    — 180–260 В при использовании в странах с напряжением 220–240 вольт, таких как Нигерия, Индия, Гана, Германия, Италия, Россия, Филиппины, Великобритания и т. д….
    — 75 В — 130 В при использовании в странах с напряжением 110-120 вольт, таких как США, Канада, Мексика и т. д.
  • Если входное напряжение выходит за пределы этого диапазона, трансформатор автоматически отключается. Затем вы можете сбросить автоматический выключатель устройства и снова включить его.
  • Это однофазный трансформатор.
  • Выключатель со световым индикатором
  • Прочный металлический корпус и прочная конструкция
  • Встроенный автоматический выключатель для ручного перезапуска.Нет необходимости заменять предохранители.
  • Фактический номер модели в зависимости от наличия на складе: AR-8000, ATVR8000 или SMVS8000

Размеры и вес:

  • 13″ х 14″ х 17″ (В х Ш х Г)
  • 65 фунтов
  • Технические характеристики могут быть изменены.

Гарантия:

  • 90 дней обмена
  • 1 год на запчасти и сборку

Обратите внимание, что трансформаторы следует использовать с осторожностью в любом случае.Хранить вдали от влажных помещений и детей. Мы не несем ответственности за неправильное использование трансформаторов. Мы можем порекомендовать определенный размер и модель, если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения относительно нужного вам размера.


Особые характеристики:

5-летняя гарантия распространяется как на детали, так и на сборку. Все, что вам нужно заплатить, это стоимость доставки.
CE SAFETY APPROVED:  Чтобы продукт с маркировкой CE был одобрен по качеству  , продукт должен пройти соответствующие тесты обеспечения качества. Так что покупайте с уверенностью!
УНИВЕРСАЛЬНАЯ РОЗЕТКА:  Наши модели имеют как минимум одну универсальную розетку. Этот тип розетки подходит практически для любых заземленных или незаземленных вилок со всего мира. Нет необходимости использовать дополнительные штепсельные адаптеры для подключения бытовой техники или электроники к нашим трансформаторам.
ЗАЩИЩЕН ПРЕДОХРАНИТЕЛЕМ: Оснащен сменным предохранителем для безопасной работы.Предохранитель отключит питание преобразователя напряжения, если он перегружен. В стандартный комплект входят два запасных предохранителя.

Прочитайте нашу справочную страницу, чтобы лучше понять, какой размер трансформера купить, какую модель купить и какой стиль купить. Он находится на нашем сайте по адресу: http://www.world-import.com/info.htm#transformer

Обратите внимание, что трансформаторы следует использовать с осторожностью в любом случае. Хранить вдали от влажных помещений и детей. Мы не несем ответственности за неправильное использование трансформаторов.Мы можем порекомендовать определенный размер и модель, если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения относительно нужного вам размера.

Рейтинг продукта

Отзывы клиентов

Нет отзывов об этом товаре.

Добавьте сюда свой отзыв

Повышающий/понижающий регулятор напряжения с регулируемой отсечкой низкого напряжения диапазон от 2 В до 16 В.

Примечание: минимальное пусковое напряжение составляет 3 В, но после этого он работает до 2 В.

Регулятор также имеет прецизионную отсечку низкого напряжения с гистерезисом, которую можно использовать для предотвращения чрезмерного разряда батареи. Компактный (0,5″ × 0,6″) модуль может обеспечивать типичный выходной ток до 1,5 А, когда входное напряжение близко к выходному напряжению.

В семействе эффективных импульсных стабилизаторов S9V11x (также называемых импульсными источниками питания (SMPS) или преобразователями постоянного тока) используется повышающе-понижающая топология для преобразования как более высокого, так и более низкого входного напряжения в регулируемое выходное напряжение.Они принимают входное напряжение от 2 В до 16 В и увеличивают или уменьшают его по мере необходимости, предлагая типичный КПД более 85% и типичный выходной ток до 1,5 А. Гибкость входного напряжения, предлагаемая этим семейством регуляторов, особенно важна. хорошо подходит для приложений с батарейным питанием, в которых напряжение батареи начинается выше регулируемого напряжения и падает ниже по мере разрядки батареи. Без типичного ограничения на то, что напряжение батареи остается выше требуемого напряжения в течение всего срока службы, можно рассматривать новые аккумуляторные блоки и форм-факторы.

Эти регуляторы имеют защиту от короткого замыкания, а тепловое отключение предотвращает повреждение от перегрева; они , а не имеют защиту от обратного напряжения. Обратите внимание, что пусковой ток ограничен примерно 700 мА, пока выходное напряжение не достигнет номинального значения; после запуска доступный ток зависит от входного напряжения (см. раздел «Типичный КПД и выходной ток» ниже).

Особенности

  • Входное напряжение: от 2 В до 16 В (примечание: для запуска этого регулятора требуется 3 В, но после запуска он может работать и при снижении напряжения до 2 В)
  • Фиксированный 3.Выход 3 В или 5 В с точностью +5/-3% (можно изменить на 5 В/6 В с помощью контакта SEL)
  • Типовой максимальный непрерывный выходной ток: 1,5 А (когда входное напряжение близко к выходному; в разделе «Типичный КПД и выходной ток» ниже показано, как достижимый непрерывный выходной ток зависит от входного и выходного напряжения)
  • Прецизионно регулируемая отсечка низкого напряжения с гистерезисом может использоваться для защиты батарей от чрезмерной разрядки (ток покоя составляет примерно 10 мкА на вольт на VIN, когда регулятор отключен)
  • Индикатор Power-Good можно использовать для определения того, что регулятор достиг и поддерживает целевое выходное напряжение
  • Функция энергосбережения обеспечивает высокую эффективность при малых токах (ток покоя составляет менее 1 мА, когда она включена)
  • Встроенная защита от перегрева и короткого замыкания
  • Малый размер: 0.5″ × 0,6″ × 0,25″ (12,7 × 15,3 × 6,4 мм)

При нормальной работе этот продукт может сильно нагреться и обжечь вас. Будьте осторожны при обращении с этим продуктом или другими компонентами, связанными с ним.

Соединения

Повышающий/понижающий регулятор имеет пять основных разъемов, расположенных на одном краю платы: выходное напряжение (OUT), заземление (GND), входное напряжение (IN), вход разрешения (EN), и индикатор исправности (PG). Шестой контакт, SEL, можно использовать для изменения выходного напряжения

.

Выходное напряжение VOUT можно изменить с помощью вывода выбора выходного напряжения, работа которого описана ниже.

Входное напряжение, VIN , должно быть в пределах от 3 В до 16 В при первом включении регулятора. После запуска он может продолжать работать при напряжении до 2 В. Более низкие входы могут отключить регулятор напряжения; более высокие входы могут разрушить регулятор, поэтому вы должны убедиться, что шум на вашем входе не является чрезмерным, и вам следует опасаться разрушительных пиков LC (дополнительную информацию см. Ниже).

Регулятор оснащен выводом включения, EN , который может использоваться в качестве прецизионного устройства отключения при низком напряжении благодаря его жестким порогам активации и деактивации (напряжения ниже 0.7 В запускает режим сна с низким энергопотреблением, а напряжение выше 0,8 В снова включает регулятор). В этой версии регулятора EN подключен к VIN через 12-оборотный потенциометр для обеспечения регулируемого пользователем порога отсечки, который полезен для приложений с питанием от батареи, где разрядка батареи ниже определенного порога напряжения может привести к ее необратимому повреждению. Потребляемый ток покоя в этом спящем режиме определяется током в цепи резисторов от ENABLE до VIN, который составляет примерно 7 мкА на вольт на VIN (т.г. примерно 20 мкА при 3 В на входе). См. раздел «Установка напряжения отсечки» ниже, чтобы узнать, как использовать встроенный потенциометр для установки порога отсечки.

Индикатор «питание в норме», PG , представляет собой выход с открытым стоком, который переходит в низкий уровень, когда выходной сигнал регулятора падает ниже примерно 90 % номинального напряжения, в том числе, когда вывод разрешения удерживается в низком уровне. Индикатор Power Good остается низким до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет 95% от номинального напряжения при включении питания или выходе из режима пониженного энергопотребления.В противном случае вывод PG имеет высокий импеданс, поэтому для использования этого вывода требуется внешний подтягивающий резистор.

Вход выбора, SEL , может управляться выше 1,1 В (до 16 В) для изменения выходного напряжения регулятора. Установка на выводе низкого уровня или оставление его отключенным устанавливает выход по умолчанию. Чтобы навсегда установить выход на альтернативное значение, вы можете припаять кусок провода между SEL и незанятой контактной площадкой рядом с ним, которая подтянута к VIN; на следующем рисунке показан пример этого:

Аппаратное обеспечение в комплекте

Пять основных сквозных отверстий расположены с 0.1-дюймовое расстояние вдоль края платы для совместимости со стандартными макетными платами без пайки и перфорированными платами и разъемами, в которых используется сетка 0,1 дюйма. Вы можете припаять провода непосредственно к плате или припаять кусочки прилагаемой отколовшейся прямой штекерной полосы 6×1 или прямоугольной штекерной полосы 5×1 по желанию. Дополнительный прямой штыревой разъем может быть припаян к входу SEL, хотя это может помешать использованию регулятора на макетной плате.

Установка напряжения отсечки

Низкое напряжение отсечки VIN регулятора контролируется путем регулировки напряжения на выводе EN с помощью 12-оборотного прецизионного потенциометра.Когда напряжение на выводе EN падает ниже 0,7 В, регулятор переходит в режим сна с низким энергопотреблением, а когда напряжение на выводе EN снова поднимается выше 0,8 В, регулятор снова включается. Поворот потенциометра по часовой стрелке увеличивает отсечку по низкому напряжению. Напряжение отсечки можно установить путем измерения напряжения на контактах VIN и EN и использования потенциометра для регулировки напряжения на EN в соответствии со следующим уравнением:

EN 0,7 В = VIN Отсечка VIN

Например, если вы подключаете VIN к батарее, которая в настоящее время измеряет 3.7 В, и вы хотите установить напряжение отсечки на 3,0 В, уравнение принимает вид:

EN 0,7 В = 3,7 В 3,0 В

Решение для EN дает примерно 0,86 В, поэтому вы должны поворачивать потенциометр, пока не измерите это напряжение на выводе EN.

Обратите внимание, что поведение отсечки регулятора при низком VIN включает гистерезис: регулятор выключается, когда EN падает ниже 0,7 В, но не включается снова до тех пор, пока EN не поднимется выше 0,8 В. регулятор снова включит свой выход (около 3.43 В в этом примере).

Типовой КПД и выходной ток

Эффективность регулятора напряжения, определяемая как (выходная мощность)/(входящая мощность), является важной мерой его производительности, особенно когда речь идет о сроке службы батареи или нагреве. Как показано на графиках ниже, это семейство импульсных стабилизаторов обычно имеет КПД от 85% до 95%. Функция энергосбережения поддерживает высокую эффективность даже при очень низком токе стабилизатора.

Максимально достижимый выходной ток этих регуляторов зависит от входного напряжения, а также от других факторов, включая температуру окружающей среды, воздушный поток и теплоотвод.На приведенном ниже графике показаны максимальные выходные токи, которые эти регуляторы могут непрерывно выдавать при комнатной температуре в неподвижном воздухе и без дополнительного теплоотвода. В зависимости от входного и выходного напряжения эти регуляторы могут временно выдавать более 2 А, хотя обычно в таких условиях они быстро перегреваются и отключаются из-за перегрева.

Обратите внимание, что пусковой ток для входных напряжений выше регулируемого выходного напряжения ограничен примерно 700 мА, а токи, превышающие это значение, доступны только после завершения стабилизации выходного сигнала.При входном напряжении ниже выходного доступный пусковой ток уменьшается линейно с входным напряжением примерно до 0,3 А при входном напряжении 3 В. Большие емкостные нагрузки, как правило, не представляют проблемы, поскольку они будут постепенно заряжаться даже при ограничении тока. активны, поэтому, хотя они могут увеличить время, необходимое регулятору семейства S9V11x для запуска, регулятор все же должен в конечном итоге стабилизироваться. Однако чисто резистивная нагрузка может помешать регулятору когда-либо достичь желаемого выходного напряжения.Например, если на выходе стабилизатора 5 В, и вы поместите резистор 5 Ом между VOUT и GND, а затем подадите питание на регулятор, выходное напряжение никогда не превысит 3,5 В, напряжение, при котором потребляемый ток достигает 700 Ом. предел мА. Таким образом, это семейство регуляторов предназначено для таких приложений, как робототехника, где любые большие нагрузки поддаются контролю и могут применяться только после завершения запуска регулятора.

Всплески напряжения LC

При подключении напряжения к электронным схемам первоначальный скачок тока может вызвать скачки напряжения, которые намного превышают входное напряжение.Если эти всплески превышают максимальное напряжение регулятора, регулятор может быть разрушен. Если вы подключаете более 9 В, используете силовые кабели длиной более нескольких дюймов или используете источник питания с высокой индуктивностью, мы рекомендуем припаять электролитический конденсатор емкостью 33 мкФ или больше рядом с регулятором между VIN и GND. Конденсатор должен быть рассчитан на напряжение не менее 20 В.

Дополнительную информацию о пиках LC можно найти в примечаниях по применению «Понимание разрушительных пиков напряжения LC».

Полезные ресурсы

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 1,25 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *