Напајање је важан део сваког електронског пројекта / уређаја. Без обзира на извор, обично постоји потреба за обављањем задатака управљања напајањем попут трансформације / скалирања напона и конверзије (АЦ-ДЦ / ДЦ-ДЦ) између осталог. Избор правог решења за сваки од ових задатака може бити кључ успеха (или неуспеха) производа. Један од најчешћих задатака управљања напајањем у скоро свим врстама уређаја је једносмерно-једносмерно подешавање напона / скалирање. То укључује промену вредности једносмерног напона на улазу на већу или мању вредност на излазу. Компоненте / модули који се користе за постизање ових задатака обично се називају регулаторима напона. Они генерално имају могућност напајања константним излазним напоном који је већи или нижи од улазног напона и обично се користе за напајање компонената у дизајну где имате секције са различитим напонима. Такође се користе у традиционалним изворима напајања.
Постоје две главне врсте регулатора напона;
- Линеарни регулатори
- Пребацивање регулатора
Линеарни регулатори напона су обично степенасти регулатори и они користе регулацију импедансе да би створили линеарно смањење улазног напона на излазу. Обично су врло јефтини, али неефикасни, јер се током регулације губи много енергије за загревање. Прекидачки регулатори, с друге стране, могу појачати или смањити напон примењен на улазу у зависности од архитектуре. Регулацију напона постижу помоћу процеса укључивања / искључивања транзистора који контролише напон доступан на излазу регулатора. У поређењу са линеарним регулаторима, прекидачки регулатори су обично скупљи и далеко ефикаснији.
За данашњи чланак усредсредићемо се на пребацивање регулатора, а како је наслов давао, гледаћемо факторе које ћемо узети у обзир приликом избора преклопног регулатора за пројекат.
Због сложености осталих делова пројекта (основне функције, РФ итд.), Избор регулатора за напајање је обично једна од радњи која остаје до краја процеса дизајнирања. Данашњи чланак покушаће да обезбеди временски ограниченом дизајнеру савете о томе шта треба тражити у спецификацијама преклопног регулатора како би утврдио да ли одговара вашем конкретном случају употребе. Такође ће бити дати детаљи о тумачењу различитих начина на које различити произвођачи представљају информације о параметрима као што су температура, оптерећење итд.
Врсте прекидачких регулатора
У основи постоје три врсте преклопних регулатора и фактори које треба узети у обзир зависе од тога који од типова ће се користити за вашу примену. Три врсте су;
- Буцк Регулатори
- Регулатори појачања
- Буцк Боост регулатори
1. Буцк регулатори
Буцк регулатори, који се називају и степ-довн регулатори или буцк претварачи, сигурно су најпопуларнији преклопни регулатори. Имају могућност да напон на улазу смање на мањи напон на излазу. Стога је њихов називни улазни напон обично већи од називног излазног напона. Основне шеме за претварач долара приказане су испод.
Излаз регулатора је услед укључивања и искључивања транзистора, а вредност напона је обично функција радног циклуса транзистора (колико дуго је транзистор био укључен у сваком комплетном циклусу). Излазни напон дат је једначином доле из које можемо закључити да радни циклус никада не може бити једнак јединици и према томе ће излазни напон увек бити мањи од улазног напона. Због тога се користе регулатори са падом када је потребно смањење напона напајања између једне и друге фазе пројекта. Овде можете научити више о основама дизајна и ефикасности регулатора буцк, даље научити како направити склоп кола Буцк претварача.
2. Регулатори појачања
Регулатори појачања или претварачи појачања раде на потпуно супротан начин од регулатора доње струје. На свом излазу испоручују напон већи од улазног напона. Као и регулатори доле, они користе деловање прекидачког транзистора да би повећали напон на излазу и обично се састоје од истих компонената које се користе у регулаторима доле, с једином разликом у распореду компонената. А једноставне схема за боост регулатор је приказан испод.
Овде можете сазнати више о основама дизајна и ефикасности регулатора појачања, можете направити један претварач појачања пратећи овај круг претварача појачања.
3. Буцк-Боост регулатори
На крају, али не и најмање важни су регулатори за појачавање. Из њиховог имена је лако закључити да они пружају и појачање и повратни ефекат улазног напона. Буцк-Боост конвертор ствара обрнути (негативни) излазни напон који може бити већи или мањи од улазног напона на основу радног циклуса. Основни круг напајања у режиму буцк-боост прекидача је дат у наставку.
Буцк-боост претварач је варијација кола појачала претварача у којем инвертујући претварач само испоручује енергију ускладиштену од индуктора, Л1, у оптерећење.
Избор било ког од ова три типа прекидачких регулатора, зависи искључиво од онога што захтева систем који се пројектује. Без обзира на врсту регулатора који ће се користити, важно је осигурати да спецификације регулатора испуњавају захтеве дизајна.
Чимбеници које треба узети у обзир при избору регулатора пребацивања
Дизајн склопног регулатора у великој мери зависи од ИЦ снаге која се користи за њега, па ће већина фактора које треба узети у обзир бити спецификације коришћене ИЦ снаге. Важно је разумети спецификације Повер ИЦ-а и шта оне означавају како бисте били сигурни да сте изабрали прави за своју апликацију.
Без обзира на вашу пријаву, провера следећих фактора помоћи ће вам да смањите време проведено на избору.
1. Распон улазног напона
То се односи на подношљиви опсег улазних напона које подржава ИЦ. Обично се наводи у техничком листу и као пројектант, важно је осигурати да улазни напон за вашу апликацију спада у опсег улазног напона наведен за ИЦ. Иако одређени листови података могу специфицирати само максимални улазни напон, боље је провјерити технички лист како бисте били сигурни да се не спомиње минимални улазни опсег прије него што направите било какве претпоставке. Када се примене напони већи од максималног улазног напона, ИЦ се обично спрже, али обично престају да раде или раде ненормално када се примене напони нижи од минималног улазног напона, а све у зависности од постојећих заштитних мера. Једна од заштитних мера које се обично примењују за спречавање оштећења ИЦ-а када се на улаз доводе напони ван опсега је Поднапонска блокада (УВЛО),провера да ли је ово доступно такође може помоћи у одлукама о дизајну.
2. Распон излазног напона
Прекидачки регулатори обично имају променљиве излазе. Распон излазног напона представља опсег напона на који се може подесити ваш потребни излазни напон. У ИЦ без варијабилне излазне опције, ово је обично једна вредност. Важно је осигурати да ваш потребни излазни напон буде у опсегу наведеном за ИЦ и са добрим фактором сигурности као разликом између максималног опсега излазног напона и излазног напона који вам је потребан. по правилу се минимални излазни напон не може подесити на ниво напона нижи од интерног референтног напона. У зависности од ваше примене (буцк или боост), минимални излазни опсег може бити већи од улазног напона (боост) или далеко мањи од улазног напона (буцк).
3. Излазна струја
Овај термин се односи на тренутну оцену за коју је ИЦ дизајниран. То је у основи показатељ колико струје ИЦ може испоручити на свом излазу. За неке ИЦ, само је максимална излазна струја наведена као мера сигурности и као помоћ дизајнеру да осигура да регулатор може да испоручи струју потребну за апликацију. За остале ИЦ су предвиђене и минимална и максимална оцена. Ово би могло бити врло корисно у планирању техника управљања напајањем за вашу апликацију.
При одабиру регулатора на основу излазне струје ИЦ-а, важно је осигурати постојање сигурносне границе између максималне струје коју захтева ваша апликација и максималне излазне струје регулатора. Важно је осигурати да је максимална излазна струја регулатора већа од ваше потребне излазне струје за најмање 10 до 20%, јер ИЦ може генерирати велику количину топлоте када непрекидно ради на максималним нивоима и може бити оштећена топлотом. Такође се ефикасност ИЦ смањује када ради максимално.
4. Распон радне температуре
Овај термин се односи на температурни опсег унутар којег регулатор правилно функционише. Дефинисан је у смислу температуре околине (Та) или температуре споја (Тј). ТЈ температура односи се на највишу радну температуру транзистора, док се температура околине односи на температуру околине око уређаја.
Ако је опсег радне температуре дефинисан у смислу температуре околине, то не значи нужно да се регулатор може користити у целом температурном опсегу. Важно је узети у обзир фактор сигурности, а такође и фактор планиране струје оптерећења и пратеће топлоте, јер комбинација ове температуре и температуре околине чини температуру споја која такође не сме бити прекорачена. Задржавање у опсегу радне температуре је пресудно за правилан, континуиран рад регулатора, јер прекомерна топлота може довести до абнормалног рада и катастрофалног отказа регулатора.Стога је важно обратити пажњу на топлоту околине у окружењу у којој ће се уређај користити и такође утврдити могућу количину топлоте коју ће уређај произвести као резултат струје оптерећења пре утврђивања да ли је наведени опсег радне температуре регулатора ради за вас. Важно је напоменути да би и одређени регулатори могли да пропадну у екстремно хладним условима и вреди обратити пажњу на минималне вредности температуре ако ће апликација бити постављена у хладном окружењу.
5. Фреквенција пребацивања
Уклопна фреквенција односи се на брзину којом се управљачки транзистор укључује и искључује у преклопном регулатору. У регулаторима заснованим на модулацији ширине импулса, фреквенција је обично фиксна док је у модулу фреквенције импулса.
Учесталост пребацивања утиче на параметре регулатора попут таласа, излазне струје, максималне ефикасности и брзине одзива. Дизајн преклопне фреквенције увек укључује употребу одговарајућих вредности индуктивитета, тако да ће перформансе два слична регулатора са различитом преклопном фреквенцијом бити различите. Ако се узму у обзир два слична регулатора на различитим фреквенцијама, откриће се да ће, на пример, максимална струја бити мала за регулатор који ради на нижој фреквенцији у поређењу са регулатором на високој фреквенцији. Такође, параметри попут таласа биће високи, а брзина одзива регулатора при ниским фреквенцијама ниска, док ће валовитост бити мала, а брзина одзива висока при високој фреквенцији.
6. Бука
Преклопна радња повезана са пребацивањем регулатора генерише буку и сродне хармонике који могу утицати на перформансе целокупног система, посебно у системима са РФ компонентама и аудио сигналима. Иако се бука може смањити помоћу филтера итд., Она заиста може смањити однос сигнала и шума (СНР) у круговима који су осетљиви на буку. Стога је важно бити сигуран да количина буке коју ствара регулатор неће утицати на укупне перформансе система.
7. Ефикасност
Ефикасност је важан фактор који треба узети у обзир при дизајнирању било ког енергетског решења данас. То је у основи однос излазног напона и улазног напона. Теоретски, ефикасност преклопног регулатора је сто посто, али то обично није тачно у пракси, јер отпор ФЕТ прекидача, пад напона диоде и ЕСР индуктора и излазног кондензатора смањују укупну ефикасност регулатора. Иако већина модерних регулатора нуди стабилност у широком опсегу рада, ефикасност варира у зависности од употребе и, на пример, је у великој мери смањена како се повећава струја која се добија из излаза.
8. Регулација оптерећења
Регулација оптерећења је мера способности регулатора напона да одржава константан напон на излазу, без обзира на промене захтева оптерећења.
9. Паковање и величина
Један од уобичајених циљева током дизајнирања било ког хардверског решења данас је смањење величине што је више могуће. Ово у суштини укључује смањење величине електроничке компоненте и непроменљиво смањење броја компонената које чине сваки одељак уређаја. Систем напајања мале величине не само да помаже у смањењу укупне величине пројекта, већ помаже и у стварању простора у који се могу угурати додатне карактеристике производа. У зависности од циљева вашег пројекта, уверите се у фактор облика / величину пакета уз који идете. уклопиће се у ваш свемирски буџет. Приликом одабира на основу овог фактора, такође је важно узети у обзир величину периферних компонената које регулатор захтева за функционисање. На пример, употреба високофреквентних ИЦ-а дозвољава употребу излазних кондензатора са малим капацитетом и пригушницама, што резултира смањеном величином компоненте и обрнуто.
Утврђивање свега овога и упоређивање са вашим дизајнерским захтевима брзо ће вам помоћи да одредите преко ког регулатора треба да се пређе и који би требало да буде уграђен у ваш дизајн.
Поделите који фактор мислите да сам пропустио и било које друге коментаре путем одељка за коментаре.
До следећег пута.