Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

24 В на 12 В 40 А понижающий преобразователь постоянного тока регулятора напряжения

Функции:
1. 100% полной мощности и стабильный ток на выходе
2. 100% импортированных компонентов
3. Широкий диапазон входного напряжения от 18-36В постоянного тока
4. Отрасли марки DC24V DC12V понижающий преобразователь, высокая эффективность до 96%
5. 100% водонепроницаемая и система защиты от ударов, компактный размер, небольшой вес
6. В зависимости от: CE/RoHS, IP68 дизайн
7. Корпус из литого алюминия, эпоксидной potting, охлаждение с помощью свободной конвекции воздуха
8. Защитные функции: перегрузки по току, напряжения, температуры, нагрузки и короткое замыкание circiut. Когда устройство автоматического восстановления не вернется в нормальный рабочий
9. Неизолированные модули модуль,  
10.  Гарантия 1 год, срок службы до 100000 часов.
 
Технические характеристики:

Модель SDJ-480(24)-12
Номинальное напряжение входного сигнала
24 В постоянного тока
Диапазон входного напряжения 18-36В постоянного тока
Повышение эффективности 96% (половинной нагрузке), 95,5% (полная нагрузка)
Напряжение на выходе 12 В постоянного тока
Выходной ток 40 А
Номинальная мощность выходного сигнала 480 Вт
Пиковая мощность выходного сигнала 600 Вт
Регулирование напряжения < 1 %
Регулирование нагрузки < 2 %
Колебания (полное испытание под нагрузкой) < 150 Мв
Потеря без нагрузки (Вт) 0,72 ~ 1,44
Рабочая температура -40°C ~ +80 °C
Водонепроницаемость IP68
Система защиты Да
Защита от перегрузки Да
Защита от перегрева Да
Защита от короткого замыкания Да
Размер машины 100*80*39мм
Размер упаковки 121*87*42мм
Н. вес 460g
G. вес 475g
Таким образом системы охлаждения Свободной конвекции воздуха
Другие Картонной упаковки
 

Понижающий преобразователь постоянного напряжения

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к области полупроводниковой преобразовательной техники (силовой электроники), и может быть использовано в качестве высоковольтного понижающего dc-dc конвертора средней мощности в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3(1.5) кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12(6) кВ, 18(9) кВ и т.д.).

Известен понижающий преобразователь постоянного напряжения, который можно рассматривать как модуль, состоящий из четырех ячеек, каждая из которых состоит из двух конденсаторов, двух электрических резонансных реакторов и двух ключей. Схема может быть реализована на двунаправленных IGBT-ключах с обратными диодами с полным управлением или GTO-тиристорах. Каждый из двух конденсаторов соединен последовательно с одним из двух ключей. Ячейки соединены так, что первый вывод второго ключа подсоединен к первому выводу первого ключа следующей ячейки, а второй вывод ключа соединен со вторым конденсатором первой ячейки. (G.D. Hajek, High voltage to low voltage regulated inverter apparatus, патент США №3513376 Nov. 29, 1967).

Однако указанный преобразователь имеет низкое качество входного тока и выходного напряжения.

Известен также понижающий преобразователь постоянного напряжения, взятый за прототип, состоящий из двух одинаковых модулей, каждый из которых включает в себя четыре преобразовательные ячейки, каждая из которых состоит из двух электрических резонансных реакторов, двух конденсаторов и двух ключей. Ключи могут быть реализованы на IGBT-ключах с обратными диодами. Соответствующий резонансный конденсатор и ключ соединены последовательно. Преобразовательные ячейки соединены каскадно так, что первый вывод второго ключа подсоединен к первому выводу первого ключа следующей преобразовательной ячейки, а второй вывод ключа соединен со вторым резонансным конденсатором первой преобразовательной ячейки. Аноды двух развязывающих диодов соединены с выходами нижних преобразовательных ячеек модулей, катоды обоих развязывающих диодов соединены вместе и точка их соединения образует положительный зажим выхода преобразователя. Выходной зажим входного фильтра подсоединен к первому входу первой ячейки. (Зиновьев Г.С., Козлов П.В., Патент РФ №2558739 8.07.2015 г.).

Однако указанный преобразователь является сложным, т.к. имеет большое количество ключей (транзисторов), реакторов и конденсаторов.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является создание более простого понижающего преобразователя постоянного напряжения.

Вышеуказанная задача решается путем того, что в понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно включенный входной диод, входной LC-фильтр из последовательно включенного сглаживающего реактора и параллельно включенного сглаживающего конденсатора и каскад из К преобразовательных ячеек, к первой ячейке каскада подключен выход входного LC-фильтра, при этом каждая из преобразовательных ячеек, в свою очередь, образована двумя последовательными соединениями резонансного LC-звена и двумя транзисторами со встречно-параллельными диодами, причем первое резонансное LC-звено соединено последовательно с первым выводом первого транзистора, конденсатор этого же звена соединен со вторым выводом второго транзистора, а второй вывод первого транзистора соединен с конденсатором второго резонансного LC-звена, резонансный реактор которого соединен с первым выводом второго транзистора, а также содержащий два развязывающих диода, аноды которых связаны с соответствующими выходами последних в каскаде преобразовательных ячеек, а катодами связанны друг с другом, введены дополнительные элементы, а именно два транзистора, включенные между двумя выходами нижней преобразовательной ячейки и землей, один выходной сглаживающий конденсатор, включенный между точкой соединения катодов развязывающих диодов и землей, один выходной сглаживающий конденсатор 13, включенный между точкой соединения катодов развязывающих диодов и землей, один выходной сглаживающий реактор 12, одним концом подсоединен к этой же точке, а второй конец которого образует положительный зажим выходного напряжения преобразователя, при этом развязывающие диоды анодами подключены к двум выводам последней в каскаде преобразовательной ячейки.

На фиг. 1 изображена схема для общего случая К ячеек в преобразователе, на фиг. 2 представлена конкретная схема понижающего преобразователя постоянного напряжения с четырьмя ячейками (К=4), на фиг. 3 изображены диаграммы, поясняющие его работу.

Рассмотрим предлагаемое устройство на фиг. 1. Оно состоит из К преобразовательных ячеек Я4 и входного сглаживающего фильтра, образованного соединением последовательного сглаживающего реактора 1 и параллельного сглаживающего конденсатора 2. Также последовательно сглаживающего реактора 1 подсоединен диод 3, причем первый вывод сглаживающего конденсатора входного фильтра 2 соединен со входом первой ячейки преобразователя. Этот вход расположен между средней точкой первого LC-звена, из последовательного соединения резонансного реактора 5 и конденсатора 7. Второй вывод входного сглаживающего конденсатора входного фильтра 2 соединен с земляной шиной входного источника напряжения.

Каждая преобразовательная ячейка состоит из двух транзисторов со встречно-параллельным диодом (далее ключ), двух конденсаторов, двух резонансных реакторов. Конденсатор 7, резонансный реактор 5 и IGBT1-транзистор 10 соединены последовательно. Следующее LC-звено (8 и 6) и IGBT2-транзистор 9 соединены последовательно. Первый вывод ключа 9 последовательно соединен с резонансным реактором 8, а второй вывод ключа соединяется с конденсатором 7 последовательно. Преобразовательные ячейки Я4 соединены между собой каскадно, то есть второй ключ 9 ячейки Я4 первым выводом соединен первым выводом третьего ключа 10 преобразовательной ячейки Я4. А конденсатор 6 преобразовательной ячейки Я4 соединен последовательно с резонансным реактором 5 ячейки Я4, который в свою очередь соединен со вторым выводом ключа 10 ячейки Я4. Аналогичным образом выполняются другие преобразовательные ячейки с соответствующим изменением порядковых номеров элементов. На выход преобразователя добавлены два транзистора 11, включенных между двумя выходами последней ячейки и землей, один выходной сглаживающий конденсатор 13, включенный между точкой соединения катодов развязывающих диодов и землей, один выходной сглаживающий реактор 12, одним концом подсоединен к этой же точке, а второй конец которого образует положительный зажим выходного напряжения преобразователя, при этом развязывающие диоды анодами подключены к двум выводам последней в каскаде преобразовательной ячейки.

Устройство работает в два этапа. На первом этапе отпирающие импульсы U1 с частотой 10 кГц открывают транзисторы 10. Ток iкл фиг. 3 протекает через открытые транзисторы, ограниченный индуктивностями резонансных реакторов 5, заряжая конденсаторы 6. Таким образом, четыре конденсатора подсоединены последовательно с источником напряжения Uвх (здесь 12 кВ) и заряжаются до напряжения Ubx/4 каждый (здесь 3 кВ). В то же время конденсаторы 7 подсоединены последовательно нагрузке через диод 14, минуя левый закрытый транзистор 11. В результате работы преобразователя в первой половине периода в нагрузке возникает импульсное напряжение Uвых1 амплитудой 3 кВ.

На втором этапе импульсы U2 с частотой 10 кГц отпирают транзисторы второй группы 9. Конденсаторы 7 заряжаются от источника напряжения Uin также до напряжения Uin/4. В то же время конденсаторы 6 оказываются соединены последовательно нагрузке (ток протекает через диод 14, правый транзистор 11 – закрыт). В результате работы преобразователя во вторую половину периода в нагрузке появляется импульсное напряжение Uвых2 амплитудой 3 кВ, сдвинутое по фазе на 180 электрических градусов относительно напряжения в первом такте.

В итоге, в нагрузке за период работы преобразователя при полной модуляции возникает пониженное постоянное напряжение Uвых, равное Uin/4, и протекает сглаженный выходным сглаживающим реактором 12 ток iвых.

Ток на входе первой ячейки iвх имеет большие пульсации, но напряжение на входе преобразовательных ячеек Uc и ток входного источника iф вх имеют сглаженные пульсации сглаживающим реактором 1 и сглаживающим конденсатором 2 входного фильтра.

Путем регулирования скважности управляющих импульсов транзисторов появляется возможность регулирования среднего значения выходного напряжения преобразователя.

Таким образом, предлагаемый преобразователь является значительно более простым по сравнению с преобразователем прототипом из-за меньшего числа элементов. В нем содержится в два раза меньше преобразовательных ячеек, т.е. не К штук, а только К/2 штук. Но в каждой ячейке содержится 2 транзисторно-диодных ключа, 2 конденсатора и 2 резонансных реактора, что в итоге означает уменьшение общего числа транзисторно-диодных ключей, конденсаторов и реакторов на 2К штук каждого, Взамен добавлены только два транзистора, один выходной сглаживающий конденсатор и один выходной сглаживающий реактор. При высоких значениях числа ячеек К (рационально К=8 для применения в высоковольтной электрической железнодорожной тяге) это упрощение преобразователя практически будет в 2 раза по общему числу элементов в нем.

Понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательный входной диод, входной LC-фильтр из последовательно включенного сглаживающего реактора и параллельно включенного сглаживающего конденсатора и каскад из К преобразовательных ячеек, к первой ячейке каскада подключен выход входного LC-фильтра, при этом каждая из преобразовательных ячеек, в свою очередь, образована двумя последовательными соединениями резонансного LC-звена и двумя транзисторами со встречно-параллельными диодами, причем первое резонансное LC-звено соединено последовательно с первым выводом первого транзистора, конденсатор этого же звена соединен со вторым выводом второго транзистора, а второй вывод первого транзистора соединен с конденсатором второго резонансного LC-звена, резонансный реактор которого соединен с первым выводом второго транзистора, а также содержащий два развязывающих диода, аноды которых связаны с соответствующими выходами последних в каскаде преобразовательных ячеек, а катодами связанные друг с другом, и отличающийся тем, что в него введены дополнительно два транзистора, включенные между двумя выходами последней преобразовательной ячейки и землей, один выходной сглаживающий конденсатор, включенный между точкой соединения катодов развязывающих диодов и землей, один выходной сглаживающий реактор 12, одним концом подсоединен к этой же точке, а второй конец которого образует положительный зажим выходного напряжения преобразователя, при этом развязывающие диоды анодами подключены к двум выводам последней в каскаде преобразовательной ячейки.



Что такое понижающий преобразователь напряжения?

Понижающий преобразователь напряжения обычно определяется как электрическое устройство, которое получает входящее напряжение постоянного тока в переменном токе (AC) и выдает намного более низкое напряжение в постоянном токе (DC). Эти устройства также обычно называют понижающим трансформатором напряжения. Иногда понижающий преобразователь напряжения предназначен для приема переменного и выходного переменного тока, как, например, в случае преобразователя, который принимает напряжение 240 переменного тока в Англии и выдает напряжение 120 в США для путешественников, которые хотят приобрести местную электронику, которую они можно использовать, когда они вернутся домой. Это устройство переменного / переменного тока также называют преобразователем электролитического конденсатора.

Обычные розничные модели трансформаторов напряжения обычно напоминают кубическую или прямоугольную черную пластиковую коробку, один конец которой подключается к сетевой розетке переменного тока, а шнур постоянного тока и вилку для устройства – на другом конце. Выходное напряжение для этих устройств составляет от 3 до 24 вольт, в зависимости от потребностей электрического устройства. Некоторые модели понижающего преобразователя напряжения также имеют скользящий переключатель для выбора выходного напряжения, часто в диапазоне от 3 до 12 вольт, что делает преобразователь напряжения универсальным устройством для многих устройств низкого напряжения, от электрических бритв до проигрывателей компакт-дисков и электроинструментов постоянного тока. Регуляторы напряжения подключены к понижающему преобразователю напряжения, который предлагает несколько уровней выходного напряжения, и регуляторы используются там, где выход постоянного тока должен быть точным для чувствительной электроники.

Принцип действия понижающего преобразователя напряжения основан на электрической проводке, которая намотана на электромагнит. Больше обмоток провода на стороне входа электромагнита соответственно уменьшит выходное напряжение. 240-вольтный преобразователь переменного тока с 20 обмотками провода на входе по умолчанию будет выводить 120-вольтовый переменный ток, если на выходном конце преобразователя будет 10 обмоток провода. Индукционные катушки были самой ранней формой трансформатора напряжения, в которой использовался этот принцип, который был открыт в 1831 году Майклом Фарадеем и который позже стал известен как закон индукции Фарадея.

Поскольку понижающий преобразователь напряжения, который подключен к электрической розетке, всегда включен, даже если другой конец постоянного тока не подает питание на что-либо, они могут генерировать значительное количество тепла и продолжать потреблять энергию с постоянной скоростью. Это связано с тем, что стандартный понижающий преобразователь напряжения расходует свыше 50% электропитания от электрической розетки в качестве тепловой энергии в процессе преобразования. Некоторые современные устройства, работающие на постоянном токе, обходят эту потерю тепла и энергии, например, персональные компьютеры, используя переключаемый источник питания вместо стандартного линейного преобразователя постоянного тока. Известный как переключаемый конденсатор или преобразователь напряжения с переключаемым конденсатором, они используют транзисторы вместе с понижающим трансформатором для повышения эффективности и потребляют энергию только от электрической розетки, когда это необходимо устройству.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

схемы, принцип работы ✮ Расчет мощности понижающего ДС/ДС преобразователя

Мощный понижающий преобразователь напряжения DC/DC, схема которого включает высокочастотный транзистор, входной и выходной L-C фильтры, силовой трансформатор, микросхему управления, представляет собой импульсный конвертер, преобразующий постоянное напряжение большего значения в постоянное напряжение меньшего значения. Современные устройства дополнительно выполняют стабилизацию характеристик, снижают уровень пульсаций, обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных электроцепей. Некоторые модели могут регулировать напряжение на нагрузке, выдавать отрицательное напряжение, что выгодно выделяет их на фоне обычных линейных регуляторов.

Понижающие преобразователи напряжения применяются в следующих сферах:

  • батарейные зарядные устройства;
  • мультимедийные проигрыватели, компьютерные игровые консоли;
  • распределенные систем электропитания;
  • мониторы и телевизоры.

Принцип работы понижающих конвертеров

Основным элементом устройств является силовой ключ, в роли которого выступает биполярный, MOSFET или IGBT транзистор. Он может находиться в двух положениях — открытом и закрытом. В первом состоянии ток протекает через ключ, во втором — нет. Таким образом, принцип работы понижающего DC/DC преобразователя заключается в следующем:

  1. Когда транзистор открыт, электроток от источника питания протекает по контуру ключ-индуктивность-нагрузка. При этом происходит нарастание тока от минимального до максимального значения. Энергия от источника передается в нагрузку, параллельно накапливается в катушке индуктивности и конденсаторе. Происходит так называемая фаза накачки.
  2. При закрытии ключа, катушка отдает накопленную энергию нагрузке — наступает фаза разряда. Ток через транзистор не протекает, а течет по контуру индуктивность-диод-нагрузка. Диод необходим для протекания обратного электротока. В некоторых схемах вместо него используется MOSFET транзистор. Это решение позволяет повысить КПД системы. Такая схема ДС/ДС понижающего преобразователя называется синхронной.
  3. Управление временем открытия и закрытия ключа осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции. Отношение времени импульса к общему времени цикла (импульс + пауза) называется коэффициентом заполнения. Изменяя его, можно регулировать величину выходного напряжения.

Как рассчитать характеристики преобразователя?

Рассмотрим пример расчета модуля конвертера с ШИМ-управлением, неизменной частотой коммутации и непрерывным током, протекающим через катушку. В качестве исходных данных используются величины входного (Uвх) и выходного напряжения (Uвых), максимального выходного тока (Iмах) и частоты коммутации (N). Рассчитаем катушку индуктивности по формуле:

L = (Uвх — Uвых)* Uвых/ Uвх (мах)*1/N*1/LIR*Iмах, где LIR — это коэффициент пульсации, который определяется соотношением размаха токовых пульсаций в катушке к выходному электротоку конвертера.

Если принять Uвх = 7…24 В, Uвых = 2 В, Iмах = 7 А, N = 300 кГц, размах пульсаций = 300 мА, то получим L = 2,91 мкГн.

Пиковый ток катушки индуктивности вычисляем по формуле:

Iпик = Iмах + (LIR* Iмах)/2 = 8,05 А.

Выбор выходного конденсатора выполняется таким образом, чтобы величина пульсаций напряжения на выходе преобразователя и амплитуда выбросов при резком изменении тока нагрузки находились в заданных пределах. При подборе диода необходимо ориентироваться на рассеиваемую им мощность. Максимальный прямой ток диода не должен достигать наибольшего выходного тока конвертера. Для максимального снижения потерь и повышения устойчивости работы устройства важно правильно разместить компоненты преобразователя и выполнить грамотную трассировку печатной платы. Вот несколько общих рекомендаций:

  • нужно уменьшить длину общего и других проводников с большими токами. Длина проводников, который подключены к транзистору, диоду и катушке должна быть минимальной;
  • проводники питающей цепи должны быть короткими и широкими;
  • проводники в измеряющих цепях необходимо размещать подальше от коммутационных элементов.

Схема подключения преобразователя

Рассмотрим особенности подключения мощного понижающего преобразователя напряжения DC/DC, схема которого включает гальваническую развязку. Подобные устройства выполнены обычно в корпусах, рассчитанных на установку в 19-дюймовые стойки или шкафы. Подключение осуществляется в такой последовательности:

  1. Подсоединяем нагрузку к клеммнику с помощью медного кабеля подходящего сечения.
  2. Подключает к клеммнику сеть питания. Кабель должен быть обесточенным и иметь рекомендуемое производителем конвертера сечение. Важно соблюдать полярность соединения.
  3. При необходимости подсоединяем линию внешней сигнализации, сообщающей об аварийном состоянии преобразователя.
  4. Выполняем тест работы конвертера. Проверяем наличие и величину выходного напряжения.

При установке конвертера важно, чтобы не перекрывались вентиляционные отверстия на панелях устройства. Для эффективного охлаждения внутренних компонентов рекомендуется регулярно проводить замену вентиляторов. Следует учесть, что многие модели допускают параллельную работу нескольких преобразователей для питания общей нагрузки, а также рассчитаны на работу на холостом ходу.

Критерии выбора преобразователя

При выборе импульсного понижающего преобразователя ключевыми параметрами являются:

  • диапазон входного напряжения;
  • выходное напряжение. Оно может быть фиксированным или регулируемым. Диапазон регулировки ограничен минимальной и максимальной длительностью импульса;
  • максимальный выходной ток. Он зависит от наибольшей допустимой рассеиваемой мощности, сопротивления силовых ключей и других факторов;
  • частота работы конвертера. Чем она выше, тем проще выполнять фильтрацию выходных параметров и бороться с помехами. В то же время, возрастание частоты приводит к увеличению потерь на переключение транзистора;
  • коэффициент полезного действия.

Итоги

В статье были рассмотрены основные схемы ДС/ДС понижающего преобразователя, представлены рекомендации по выбору и подключению устройств.

Простой источник питания с регулируемым напряжением » Сделай сам своими руками


Привет! Это моя первая инструкция! Все мы окружены электрическими приборами с разными спецификациями. Большинство их них работает напрямую от сети 220 В переменного тока. Но что делать, если вы придумываете какой-либо нестандартный прибор, или выполняете проект, для которого требуется конкретное напряжение, да к тому же и с постоянным током. Поэтому у меня и появилось желание изготовить источник питания, выдающий различное напряжение, и использующий регулятор напряжения lm317 на интегральной схеме.

Что делает источник питания?


Вначале необходимо понять назначение источника питания.
• Он должен преобразовывать переменный ток, полученный из сети переменного тока, в постоянный ток.
• Он должен выдавать напряжение по выбору пользователя, в диапазоне от 2 В до 25 В.

Основные преимущества:
• Недорогой.
• Простой и удобный в применении.
• Универсальный.

Список необходимых компонентов


1. Понижающий трансформатор на 2 А (с 220 В до 24 В).
2. Регулятор напряжения lm317 IC с радиатором теплообменника.
3. Конденсаторы (поляризованные):
2200 микрофарад 50 В;
100 микрофарад 50 В;
1 микрофарада 50 В.
(замечание: номинал напряжения конденсаторов должен быть выше напряжения, подаваемого на их контакты).
4. Конденсатор (неполяризованный): 0.1 микрофарад.
5. Потенциометр 10 кОм.
6. Сопротивление 1 кОм.
7. Вольтметр с ЖК-дисплеем.
8. Плавкий предохранитель 2.5 А.
9. Винтовые зажимы.
10. Соединительный провод с вилкой.
11. Диоды 1n5822.
12. Монтажная плата.

Составление электрической схемы

• В верхней части рисунка трансформатор подключен к сети переменного тока. Он понижает напряжение до 24 В, но при этом ток остается переменным с частотой 50 Гц.
• В нижней половине рисунка показано соединение четырех диодов в мост выпрямителя. Диоды 1n5822 пропускают ток при прямом смещении, и блокируют прохождение тока при обратном смещении. В результате выходное напряжение постоянного тока пульсирует с частотой в 100 Гц.

• На этом рисунке добавлен конденсатор емкостью в 2200 микрофарад, который фильтрует выходной ток и обеспечивает устойчивое напряжение в 24 В постоянного тока.
• На этом этапе можно последовательно включить в схему плавкий предохранитель для обеспечения ее защиты.
• Итак, мы имеем:
1. Понижающий трансформатор переменного тока до 24 В.
2. Преобразователь перемененного тока в пульсирующий постоянный ток с напряжением до 24 В.
3. Отфильтрованный ток для получения чистого и стабильного напряжения 24 В.
• Все это будет подключено к схеме регулятора напряжения lm317, описанной ниже

Введение в Lm317


• Теперь наша задача заключается в управлении выходным напряжением, изменяя его в соответствие с нашими нуждами. Для этого мы используем регулятор напряжения lm317.
• Lm317, как показано на рисунке, имеет 3 контакта. Это контакт регулировки (pin1 – ADJUST), контакт вывода (pin2 – OUNPUT), и контакт ввода (pin3 – INPUT).
• Регулятор lm317 во время работы выделяет тепло, поэтому ему требуется радиатор теплообменника
• Радиатор теплообменника представляет собой металлическую пластину, соединенную с интегральной схемой для рассеивания выделяемого ею тепла в окружающее пространство.

Объяснение схемы подключения Lm317


• Это продолжение предыдущей электрической схемы. Для лучшего понимания, схема подключения lm317 показана здесь подробно.
• Для обеспечения фильтрации на входе рекомендуется использовать конденсатор емкостью в 0.1 микрофарады. Очень желательно не размещать его вблизи основного фильтрующего конденсатора (в нашем случае, это конденсатор емкостью 2200 микрофарад).
• Использование конденсатора в 100 микрофарад рекомендуется для улучшения гашения ряби. Он предотвращает усиление ряби, возникающее при увеличении устанавливаемого напряжения.
• Конденсатор емкостью в 1 микрофараду улучшает переходную характеристику, но не является необходимым для стабилизации напряжения.
• Диоды защиты D1 и D2 (оба – 1n5822) обеспечивают путь разряда с низким импедансом, предотвращая разряд конденсатора в выход регулятора напряжения.
• Сопротивления R1 и R2 нужны для установки выходного напряжения
• На рисунке приведено уравнение управления. Здесь сопротивление R1 равно 1 кОм, а сопротивление R2 (потенциометр с сопротивлением 10 кОм) является переменным. Поэтому получаемое на выходе напряжение, согласно данному аппроксимированному уравнению, задается изменением сопротивления R2.
• При необходимости получить дополнительную информацию по характеристикам lm317 на интегральной схеме, такую информацию найти в Интернете.
• Теперь выходное напряжение можно подключить к вольтметру с ЖК-дисплеем, или можно использовать мультиметр для замера напряжения.
• Замечание: Величины сопротивлений R1 и R2 выбираются из соображений удобства. Другими словами, нет какого-либо твердого правила, которое говорило бы, что сопротивление R1 должно всегда быть 1 кОм, а сопротивление R2 должно быть переменным до 10 кОм. Кроме того, если нужно фиксированное выходное напряжение, то можно установить фиксированное сопротивление R2 вместо переменного. Используя приведенную управляющую формулу, можно выбирать параметры R1 и R2 по своему усмотрению.
Завершение составления электрической схемы

• Окончательная электрическая схема выглядит так, как показано на рисунке.
• Теперь, пользуясь потенциометром (т.е. R2), можно получать требуемое напряжение на выходе.
• На выходе будет получено чистое, свободное от ряби, стабильное и постоянное напряжение, требуемое для питания конкретной нагрузки.

Пайка печатной платы


• Эта часть работы выполняется «руками».
• Необходимо убедиться, что все компоненты соединены в точности, как показано на электрической схеме.
• На входе и выходе используются винтовые зажимы
• Перед включением изготовленного источника питания в электрическую сеть нужно дважды проверить схему.
• В целях безопасности перед подключением устройства в электрическую сеть необходимо надеть изолированную или резиновую обувь.
• Если все выполнено правильно, то отсутствует вероятность какой-либо опасности. Однако вся ответственность лежит исключительно на вас!
• Окончательная электрическая схема показана выше. (Диоды я припаял с обратной стороны монтажной платы. Простите меня за непрофессиональную пайку!).
Original article in English

Сетевой регулятор мощности на транзисторе

Первоначально задача состояла в том, чтобы сделать несложный и компактный регулятор мощности для сетевого паяльника, работающего от переменного напряжения 220 вольт и после некоторых поисков за основу была взята схема, опубликованная некогда в журнале Радио 2-3\92 (автор –  И.Нечаев г. Курск).

Схема принципиальная регулятора 220В

Интересная особенность этой схемы заключается в том, что на её выходе можно получить напряжение большее, чем на входе. Это может понадобиться, например, если нужно по каким-либо причинам  увеличить номинальную мощность Вашего паяльника. Например, если нужно выпаять/впаять какую-либо массивную деталь, а температура жала паяльника для этого недостаточна. Повышение напряжения происходит благодаря его преобразованию из переменного в постоянное (после выпрямления диодным мостом и сглаживающего пульсации напряжения конденсатора С1). Таким образом, после выпрямителя, мы можем получим постоянное напряжение до 45 вольт. На первых двух элементах микросхемы К176ЛА7 здесь собран обычный генератор с возможностью регулировки скважности импульсов и ещё на двух её элементах — умощняющий буферный каскад. Частота генератора при указанных на схеме элементах С3, R2, R3 — указана порядка 1500Гц, а скважность импульсов  можно регулировать резистором R4 от 1,05 до 20. Эти импульсы через буферный каскад  и резистор R5 поступают на электронный ключ на транзисторах и с него — на нагрузку (паяльник). Напряжение на нагрузке примерно равно 40…45В в зависимости от мощности понижающего трансформатора на входе и мощности потребления паяльника).

Существует, также, вариант этой же схемы, но несколько переделанный для возможности работать с нагрузкой 220 вольт. Принцип работы этой схемы тот же, но в качестве ключа применён полевой транзистор и, соответственно, несколько изменены номиналы некоторых элементов для обеспечения работы схемы с напряжением:

Здесь управление «ключом» на транзисторе VT1 также производится широтно — импульсным методом. И напряжение на своём паяльнике Вы также можете регулировать в довольно широких пределах, от максимального (примерно 300 вольт) до минимального уровня (в десятки вольт). Пределы регулировки, выходного напряжения можно сузить до необходимых Вам пределов, если последовательно с диодами VD6, VD7 включить резисторы, как в предыдущей схеме. Номиналы этих резисторов могут быть в пределах от единиц до 100 кОм и подбираются (если это необходимо) при настройке. Ни в каких других настройках обе схемы не нуждаются и не критичны к применяемым деталям.

Мною была собрана и опробована вторая схема для паяльника на 220 вольт. Вместо фильтрующего конденсатора С1 был установлен номинал 25 мкФ х 400 В (больших ёмкостей просто не оказалось в наличии), а С2 увеличен до 47 мкФ х 16 В и С3 — 150 пФ (частота генератора при этом получилась порядка 30 кГц, что гораздо больше, чем в первой схеме. Но схема заработала при этом вполне нормально и, честно говоря, увеличивать эту ёмкость и менять частоту не пытался). Печатная плата рисовалась «от руки»:

Микросхему здесь можно заменить на другую из серий К561, К176 либо аналогичную  импортную, содержащую не менее четырёх инверторов/элементов «И-НЕ» или «ИЛИ-НЕ» (К561ЛЕ5, К176ЛЕ5, К561ЛН2, CD4001, CD4011 …). Транзистор я поставил типа BUZ90. При подключении нагрузки до 100 ватт (пробовал с обычной лампой накаливания) транзистор не грелся вообще и теплоотвод не потребовался (схема собиралась для паяльника мощностью 40 ватт). Но сильно грелся резистор R1, поэтому в качестве него пришлось поставить два двухваттных резистора по 47 кОм, включённых параллельно. И всё равно они греются при работе довольно ощутимо, поэтому пришлось сделать в корпусе ряд небольших отверстий в месте расположения этих резисторов для вентиляции:

Стабилитрон был поставлен Д814Г (можно применить любой на напряжение 6 — 14 вольт и на ток порядка 20 мА, в зависимости от диапазона питания и тока потребления применённый микросхемы), переменный резистор R2 — 220 кОм. Вместо диодов 1N4148 можно поставить КД522 или КД521. Электролитические конденсаторы обязательно должны быть на рабочее напряжение не меньше требуемого по схеме. В качестве простейшего индикатора работы был применён светодиод (можно любой, малой мощности), включённый параллельно выходу последовательно с гасящим резистором. Номинал резистора подбирается при настройке в зависимости от типа светодиода и необходимой яркости его свечения (анод светодиода подключается к «+» выводу выхода схемы).

Вся схема, как видно, легко умещается в корпусе от адаптера/зарядки. Её также можно использовать в качестве, например, регулятора яркости свечения лампы накаливания. Яркость регулируется плавно и никаких «мерцаний» лампы при этом замечено не было. 

Проверка работы регулятора

   

Материал прислал Барышев Андрей.

Регуляторы напряжения – CoderLessons.com

Функция регулятора напряжения заключается в поддержании постоянного напряжения постоянного тока на выходе независимо от колебаний напряжения на входе и (или) изменений тока нагрузки. Другими словами, регулятор напряжения производит регулируемое выходное напряжение постоянного тока.

Регуляторы напряжения также доступны в интегральных схемах (IC). Они называются ИС регулятора напряжения .

Типы регуляторов напряжения

Существует два типа регуляторов напряжения —

  • Фиксированный регулятор напряжения
  • Регулируемый регулятор напряжения

В этой главе рассматриваются эти два типа регуляторов напряжения один за другим.

Фиксированный регулятор напряжения

Регулятор с фиксированным напряжением вырабатывает фиксированное выходное напряжение постоянного тока, которое может быть как положительным, так и отрицательным. Другими словами, некоторые стабилизаторы постоянного напряжения вырабатывают положительные фиксированные значения напряжения постоянного тока, в то время как другие выдают отрицательные фиксированные значения напряжения постоянного тока.

Микросхемы регулятора напряжения 78xx выдают положительные фиксированные значения напряжения постоянного тока, тогда как интегральные микросхемы регулятора напряжения 78xx выдают отрицательные фиксированные значения напряжения постоянного тока.

При работе с ИС регуляторов напряжения 78xx и 79xx необходимо учитывать следующие моменты:

  • «Xx» соответствует двузначному числу и представляет величину (величину) напряжения, которое производит IC регулятора напряжения.

  • Микросхемы стабилизатора напряжения 78хх и 79хх имеют по 3 контакта каждый, а третий вывод используется для сбора выходного сигнала от них.

  • Назначение первого и второго выводов этих двух типов микросхем различно —

    • Первый и второй выводы микросхем регулятора напряжения 78хх используются для соединения входа и земли соответственно.

    • Первый и второй выводы интегральных схем стабилизатора напряжения 79хх используются для подключения заземления и входа соответственно.

«Xx» соответствует двузначному числу и представляет величину (величину) напряжения, которое производит IC регулятора напряжения.

Микросхемы стабилизатора напряжения 78хх и 79хх имеют по 3 контакта каждый, а третий вывод используется для сбора выходного сигнала от них.

Назначение первого и второго выводов этих двух типов микросхем различно —

Первый и второй выводы микросхем регулятора напряжения 78хх используются для соединения входа и земли соответственно.

Первый и второй выводы интегральных схем стабилизатора напряжения 79хх используются для подключения заземления и входа соответственно.

Примеры

  • 7805 IC регулятора напряжения вырабатывает постоянное напряжение +5 вольт.
  • 7905 IC регулятора напряжения вырабатывает постоянное напряжение -5 вольт.

На следующем рисунке показано, как создать фиксированное положительное напряжение на выходе, используя фиксированный положительный регулятор напряжения с необходимыми соединениями.

На приведенном выше рисунке, который показывает фиксированный положительный стабилизатор напряжения, входной конденсатор C i используется для предотвращения нежелательных колебаний, а выходной конденсатор C 0 действует как линейный фильтр для улучшения переходного процесса.

Примечание — получить фиксированное отрицательное напряжение на выходе, используя фиксированный регулятор отрицательного напряжения с подходящими соединениями.

Регулируемый регулятор напряжения

Регулируемый регулятор напряжения вырабатывает выходное напряжение постоянного тока, которое можно регулировать на любое другое значение определенного диапазона напряжения. Следовательно, регулируемый регулятор напряжения также называется регулятором переменного напряжения .

Значение выходного напряжения постоянного тока регулируемого регулятора напряжения может быть положительным или отрицательным.

ИС регулятора напряжения LM317

ИС регулятора напряжения LM317 может использоваться для получения желаемого положительного фиксированного значения напряжения постоянного тока в доступном диапазоне напряжений.

ИС регулятора напряжения LM317 имеет 3 контакта. Первый вывод используется для регулировки выходного напряжения, второй вывод используется для сбора выходного сигнала, а третий вывод используется для подключения входа.

Регулируемый вывод (клемма) снабжен переменным резистором, который позволяет варьировать выходной сигнал в широком диапазоне.

На приведенном выше рисунке показан нерегулируемый источник питания, управляющий ИС стабилизатора напряжения LM 317, который обычно используется. Эта микросхема может подавать ток нагрузки 1,5 А в регулируемом диапазоне выходных напряжений от 1,25 В до 37 В.

Как успешно применять понижающие (понижающие) стабилизаторы постоянного тока

Смартфоны, планшеты, цифровые камеры, навигационные системы, медицинское оборудование и другие маломощные портативные устройства часто содержат несколько интегральных схем, изготовленных с использованием различных полупроводниковых процессов. Эти устройства обычно требуют нескольких независимых напряжений питания, каждое из которых обычно отличается от напряжения, подаваемого батареей или внешним источником питания переменного тока в постоянный.

На рис. 1 показана типичная система с низким энергопотреблением, работающая от литий-ионной батареи.Полезный выход батареи варьируется от 3 В до 4,2 В, в то время как микросхемы требуют 0,8 В, 1,8 В, 2,5 В и 2,8 В. Простой способ снизить напряжение батареи до более низкого постоянного напряжения – использовать с малым падением напряжения. регулятор (LDO). К сожалению, мощность, не переданная нагрузке, теряется в виде тепла, что делает LDO неэффективными, когда V IN намного больше, чем V OUT . Популярная альтернатива, импульсный преобразователь , попеременно накапливает энергию в магнитном поле индуктора и передает энергию нагрузке с другим напряжением.Сниженные потери делают его лучшим выбором для обеспечения высокой эффективности. Понижающие преобразователи Buck или , представленные здесь, обеспечивают более низкое напряжение. Преобразователи Boost или повышающие – которые будут рассмотрены в следующей статье – обеспечивают более высокое выходное напряжение. Преобразователи переключения, которые включают внутренние полевые транзисторы в качестве переключателей, называются импульсными регуляторами , а устройства, требующие внешних полевых транзисторов, называются контроллерами переключения . В большинстве систем с низким энергопотреблением используются как LDO, так и переключающие преобразователи для достижения целей по стоимости и производительности.

Рисунок 1. Типичная портативная система малой мощности. Понижающие регуляторы

состоят из двух переключателей, двух конденсаторов и катушки индуктивности, как показано на рис. 2. Неперекрывающиеся приводы переключателей обеспечивают включение только одного переключателя, чтобы избежать нежелательного «проскока» тока. В фазе 1 переключатель B разомкнут, а переключатель A замкнут. Индуктор подключен к V IN , поэтому ток течет от V IN к нагрузке. Ток увеличивается из-за положительного напряжения на катушке индуктивности. На этапе 2 переключатель A разомкнут, а переключатель B замкнут.Индуктор подключен к земле, поэтому ток течет от земли к нагрузке. Ток уменьшается из-за отрицательного напряжения на катушке индуктивности, и энергия, накопленная в катушке индуктивности, разряжается в нагрузку.

Рис. 2. Топология понижающего преобразователя и рабочие формы сигналов.

Обратите внимание, что работа регулятора переключения может быть непрерывной или прерывистой. При работе в режиме непрерывной проводимости (CCM) ток индуктора никогда не падает до нуля; при работе в режиме с прерывистой проводимостью (DCM) ток индуктора может упасть до нуля.Понижающие преобразователи малой мощности редко работают в DCM. Пульсации тока , обозначенные как ΔI L на рис. 2, обычно рассчитаны на от 20% до 50% номинального тока нагрузки.

На рисунке 3 переключатель A и переключатель B были реализованы с переключателями PFET и NFET, соответственно, для создания синхронного понижающего стабилизатора. Термин синхронный указывает, что полевой транзистор используется в качестве нижнего переключателя. Понижающие регуляторы, в которых вместо нижнего переключателя используется диод Шоттки, определяются как асинхронные (или несинхронные).Для работы с малой мощностью синхронные понижающие стабилизаторы более эффективны, поскольку полевой транзистор имеет меньшее падение напряжения, чем диод Шоттки. Однако эффективность синхронного преобразователя при небольшой нагрузке будет снижена, если нижний полевой транзистор не будет освобожден, когда ток катушки индуктивности достигнет нуля, а дополнительная схема управления увеличивает сложность и стоимость ИС.

Рис. 3. Понижающий регулятор объединяет в себе генератор, контур управления ШИМ и переключающие полевые транзисторы.

Сегодняшние маломощные синхронные понижающие стабилизаторы используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) в качестве основного режима работы.ШИМ поддерживает постоянную частоту и изменяет ширину импульса ( t ON ) для регулировки выходного напряжения. Средняя передаваемая мощность пропорциональна рабочему циклу, D , что делает это эффективным способом подачи питания на нагрузку.

Переключатели на полевых транзисторах управляются широтно-импульсным контроллером, который использует обратную связь по напряжению или по току в контуре управления для регулирования выходного напряжения в ответ на изменения нагрузки. Понижающие преобразователи с низким энергопотреблением обычно работают в диапазоне от 1 МГц до 6 МГц.Более высокие частоты переключения позволяют использовать катушки индуктивности меньшего размера, но эффективность снижается примерно на 2% при каждом удвоении частоты переключения.

ШИМ-режим не всегда улучшает эффективность системы при малых нагрузках. Рассмотрим, например, схему питания видеокарты. По мере изменения видеоконтента изменяется и ток нагрузки понижающего преобразователя, управляющего графическим процессором. Непрерывная работа с ШИМ может работать с широким диапазоном токов нагрузки, но эффективность быстро снижается при малых нагрузках, поскольку мощность, требуемая регулятором, потребляет больший процент от общей мощности, подаваемой на нагрузку.Для портативных устройств понижающие стабилизаторы включают дополнительные методы энергосбережения, такие как частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), пропуск импульсов или их комбинация.

Analog Devices определяет эффективную работу при малой нагрузке как энергосберегающий режим (PSM). При входе в режим энергосбережения смещение, индуцированное на уровне регулирования ШИМ, вызывает повышение выходного напряжения до тех пор, пока оно не достигнет примерно 1,5% от уровня регулирования ШИМ, после чего работа ШИМ отключается: оба переключателя питания выключены, и холостой ход входит в режим.C OUT может разряжаться до тех пор, пока V OUT не упадет до напряжения регулирования ШИМ. Затем устройство приводит в действие катушку индуктивности, в результате чего V OUT снова поднимается до верхнего порога. Этот процесс повторяется до тех пор, пока ток нагрузки ниже порогового значения тока энергосбережения.

ADP2138 – это компактный понижающий преобразователь постоянного тока на 800 мА, 3 МГц. На рисунке 4 показана типовая схема приложения. На рисунке 5 показано повышение эффективности между принудительной ШИМ и автоматической работой ШИМ / PSM.Из-за переменной частоты помехи PSM может быть трудно отфильтровать, поэтому многие понижающие регуляторы включают в себя вывод MODE (показанный на рисунке 4), который позволяет пользователю принудительно использовать непрерывную работу PWM или разрешать автоматическую работу PWM / PSM. Вывод MODE может быть подключен как для рабочего режима, так и для динамического переключения при необходимости для экономии энергии.

Рисунок 4. Типовая схема приложений ADP2138 / ADP2139. Рисунок 5. Эффективность ADP2138 в (а) непрерывном режиме ШИМ и (б) режиме PSM.

Понижающие регуляторы повышают эффективность

Повышенная эффективность позволяет увеличить время работы аккумулятора перед заменой или подзарядкой, что очень желательно в новых конструкциях портативных устройств.Например, литий-ионная аккумуляторная батарея может управлять нагрузкой 500 мА при 0,8 В с использованием LDO ADP125, как показано на рисунке 6. КПД LDO, В OUT / V IN × 100%, или 0,8 / 4.2, составляет всего 19%. LDO не могут хранить неиспользованную энергию, поэтому 81% (1,7 Вт) мощности, не переданной нагрузке, рассеивается в виде тепла внутри LDO, что может привести к быстрому нагреву портативного устройства. Импульсный стабилизатор ADP2138, обеспечивающий эффективность работы 82% при входном напряжении 4,2 В и выходном напряжении 0,8 В, обеспечивает более чем четырехкратный КПД и снижает превышение температуры портативного устройства.Такие существенные улучшения в эффективности системы привели к тому, что большое количество импульсных регуляторов было разработано в портативных устройствах.

Рис. 6. Стабилизатор с малым падением напряжения ADP125 может управлять нагрузкой 500 мА.

Ключевые характеристики и определения понижающего преобразователя

Диапазон входного напряжения: Диапазон входного напряжения понижающего преобразователя определяет минимальное используемое входное напряжение питания. В технических характеристиках может указываться широкий диапазон входного напряжения, но для эффективной работы V IN должно быть больше, чем V OUT .Например, для регулируемого выходного напряжения 3,3 В требуется входное напряжение выше 3,8 В.

Ток заземления или покоя: I Q – это постоянный ток смещения, не подаваемый на нагрузку. Устройства с более низким I Q обеспечивают более высокий КПД. Тем не менее, I Q может быть задан для многих условий, включая отключение , нулевую нагрузку, работу с ЧИМ или работу с ШИМ, поэтому лучше всего посмотреть на фактические данные по эффективности работы при определенных рабочих напряжениях и токах нагрузки, чтобы определить лучший понижающий регулятор для приложения.

Ток выключения: Входной ток, потребляемый, когда разрешающий вывод установлен на выкл. . Этот ток, обычно значительно ниже 1 мкА для маломощных понижающих стабилизаторов, важен в течение длительного времени ожидания от батареи, когда портативное устройство находится в спящем режиме.

Точность выходного напряжения: Понижающие преобразователи Analog Devices разработаны для обеспечения высокой точности выходного напряжения. Устройства с фиксированным выходом имеют заводскую настройку лучше, чем ± 2% при 25 ° C. Точность выходного напряжения указана для диапазонов рабочей температуры, входного напряжения и тока нагрузки, а погрешности наихудшего случая указаны как ± x %.

Регулировка линии: Регулировка линии – это изменение выходного напряжения, вызванное изменением входного напряжения при номинальной нагрузке.

Регулировка нагрузки: Регулировка нагрузки – это изменение выходного напряжения для изменения выходного тока. Большинство понижающих стабилизаторов могут поддерживать выходное напряжение практически постоянным для медленно изменяющегося тока нагрузки.

Переходные процессы нагрузки: Переходные ошибки могут возникать, когда ток нагрузки быстро изменяется с низкого на высокий, вызывая переключение режима между ЧИМ и ШИМ или с ШИМ на работу с ЧИМ.Переходные процессы нагрузки не всегда указываются, но в большинстве таблиц данных есть графики переходных характеристик нагрузки при различных условиях эксплуатации.

Ограничение по току: Понижающие регуляторы, такие как ADP2138, включают схему защиты для ограничения количества положительного тока, протекающего через переключатель PFET и синхронный выпрямитель. Положительный контроль тока ограничивает количество тока, который может течь от входа к выходу. Ограничение отрицательного тока предотвращает изменение направления тока индуктора и его утечку из нагрузки.

Плавный пуск: Для понижающих стабилизаторов важно иметь внутреннюю функцию плавного пуска, которая регулирует выходное напряжение при запуске для ограничения пускового тока. Это предотвращает падение входного напряжения от батареи или источника питания с высоким сопротивлением, когда он подключен к входу преобразователя. После того, как устройство включено , внутренняя схема начинает цикл включения питания.

Время запуска: Время запуска – это время между нарастающим фронтом разрешающего сигнала и достижением V OUT 90% своего номинального значения.Этот тест обычно выполняется при применении V IN и разрешающем выводе, переключенном с на на на . В случаях, когда разрешение подключено к V IN , когда V IN переключается с на на на , время запуска может существенно увеличиться, поскольку для стабилизации контура управления требуется время. Время запуска понижающего регулятора важно для приложений, где регулятор часто включается и выключается для экономии энергии в портативных системах.

Тепловое отключение (TSD): Если температура перехода поднимается выше указанного предела, цепь теплового отключения отключает регулятор. Экстремальные температуры перехода могут быть результатом работы при сильном токе, плохого охлаждения печатной платы или высокой температуры окружающей среды. В схему защиты включен гистерезис для предотвращения возврата к нормальному режиму работы до тех пор, пока температура на кристалле не упадет ниже заданного предела.

Работа с рабочим циклом 100%: При падении V IN или увеличении I LOAD понижающий стабилизатор достигает предела, при котором переключатель PFET находится во включенном состоянии 100% времени, а V OUT падает ниже желаемое выходное напряжение.При этом пределе ADP2138 плавно переходит в режим, в котором переключатель PFET остается включенным 100% времени. При изменении входных условий устройство немедленно перезапускает ШИМ-регулирование без выброса напряжения V OUT .

Разрядный выключатель: В некоторых системах, если нагрузка очень мала, выход понижающего регулятора может оставаться на высоком уровне в течение некоторого времени после того, как система перейдет в режим сна . Затем, если система запускает последовательность включения питания до того, как выходное напряжение разряжается, система может заблокироваться или устройства могут быть повреждены.В понижающем стабилизаторе ADP2139 используется встроенный переключаемый резистор (обычно 100 Ом) для разряда выходного сигнала, когда на разрешающем выводе устанавливается низкий уровень или когда устройство входит в режим блокировки при пониженном напряжении или теплового отключения.

Блокировка при пониженном напряжении: Блокировка при пониженном напряжении (UVLO) обеспечивает подачу напряжения на нагрузку только тогда, когда входное напряжение системы превышает указанный порог. UVLO важен, потому что он позволяет устройству включаться только тогда, когда входное напряжение находится на уровне или выше значения, необходимого для стабильной работы.

Заключение

Понижающие стабилизаторы с низким энергопотреблением

развеивают миф о конструкции импульсных преобразователей постоянного тока. Analog Devices предлагает семейство высокоинтегрированных понижающих стабилизаторов, которые прочны, просты в использовании и экономичны – и требуют минимального количества внешних компонентов для достижения высокой эффективности работы. Разработчики систем могут использовать проектные расчеты, представленные в разделе «Приложения» спецификации, или использовать инструмент проектирования ADIsimPower . Руководства по выбору, спецификации и указания по применению понижающих стабилизаторов Analog Devices можно найти на сайте www.analog.com/en/power-management/products/index.html. За дополнительной информацией обращайтесь к разработчику приложений Analog Devices.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Синхронные понижающие преобразователи постоянного тока с частотой 3 МГц управляют нагрузкой 800 мА

Понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток ADP2138 и ADP2139 оптимизированы для использования в беспроводных телефонах, персональных медиаплеерах, цифровых камерах и других портативных устройствах. Они могут работать в режиме принудительной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для минимальной пульсации или могут автоматически переключаться между режимом ШИМ и режимом энергосбережения для максимальной эффективности при малых нагрузках.Диапазон входного напряжения от 2,3 В до 5,5 В позволяет использовать стандартные источники питания, включая литиевые, щелочные и никель-металлгидридные элементы и батареи. Доступны несколько вариантов фиксированного выходного напряжения от 0,8 В до 3,3 В с нагрузочной способностью 800 мА и точностью 2%. Внутренний выключатель питания и синхронный выпрямитель повышают эффективность и сводят к минимуму количество внешних компонентов. ADP2139, показанный на рисунке A, добавляет внутренний переключатель разряда. Доступные в компактных корпусах WLCSP размером 1 мм × 1,5 мм с 6 шариками, ADP2138 и ADP2139 имеют диапазон температур от –40 ° C до + 125 ° C и цену 0 долларов США.90 в 1000-х гг.

Рисунок A. Функциональная блок-схема ADP2139.

использованная литература

( Информацию обо всех компонентах ADI можно найти на сайте www.analog.com. )

Ленк, Джон Д. Упрощенная конструкция импульсных источников питания . Эльзевир. 1996. ISBN 13: 978-0-7506-9821-4.

Мараско, К. «Как успешно применять регуляторы с малым отсевом». Аналоговый диалог . Том 43, номер 3. 2009 г.

Обзор понижающего преобразователя постоянного тока – ProtoSupplies

Обзор понижающего преобразователя постоянного тока

Преобразование более высокого постоянного напряжения в более низкое – обычное требование, встречающееся в большинстве электронных схем.Это может быть что-то вроде преобразования 12 В от батареи в 5 В для питания электронной платы. Часть этих 5 В может быть дополнительно преобразована до 3,3 В для управления частью схемы с более низким напряжением.

В течение многих лет линейные регуляторы были стандартом для преобразования более высоких напряжений постоянного тока в более низкие напряжения постоянного тока. Они работают хорошо и до сих пор широко используются, но у них есть некоторые ограничения. Основная из них заключается в том, что линейный регулятор преобразует более высокое входное напряжение в более низкое выходное напряжение, рассеивая избыточное напряжение в виде тепла.Это связано с тем, что в линейном регуляторе используется большой силовой транзистор, который дросселируется, чтобы снизить напряжение на выходе, и поэтому он в основном действует так же, как большой силовой резистор, понижающий напряжение. Как и в случае с силовым резистором, чем больше напряжения ему нужно упасть при той же величине тока, тем больше тепла будет выделяться.

В качестве примера предположим, что вы используете типичный линейный стабилизатор типа 7805 для понижения 9 В с настенного электрода до 5 В для питания цепи, потребляющей ток около 1 А.Схема потребляет 5 В * 1 А = 5 Вт мощности.

Рассеиваемая мощность устройства 7805, используемого для питания этой цепи, рассчитывается как Power = (Vin – Vout) * Iout, поэтому в данном случае Power = (9V – 5V) * 1A = 4W. Устройство 7805 рассеивает (тратит впустую) 4 Вт энергии для передачи 5 Вт энергии в цепь, которую оно питает, поэтому эффективность не очень хорошая, но может подойти для приложения.

Теперь, если вам вместо этого нужно запустить тот же самый регулятор 7805 от источника питания 15 В, рассеиваемая мощность теперь составляет (15 В – 5 В) * 1 А = 10 Вт, поэтому теперь вы тратите 10 Вт энергии на передачу 5 Вт в схему.Мало того, что теряется много энергии, но и избавление от избыточного тепла, вырабатываемого небольшой ИС регулятора, может быть проблематичным. Довольно скоро вы добавляете радиатор, а затем вентилятор для охлаждения радиатора, который потребляет больше энергии и занимает больше места. Эта потеря энергии становится более серьезной проблемой, поскольку продукты в целом имеют тенденцию становиться более компактными, и все больше продуктов работает от батарей, где низкая эффективность означает более короткое время автономной работы.

Чтобы помочь решить эту проблему, появились понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный (также называемые «понижающими»).Понижающие преобразователи DC-DC в основном принимают более высокое входное напряжение и преобразуют его в более низкое выходное напряжение, прерывая его путем быстрого включения и выключения транзистора выходной мощности, так что выход по существу выглядит как прямоугольная волна, а затем с использованием LC фильтр, чтобы сгладить его обратно в напряжение постоянного тока на выходе фильтра.

Рассеивание мощности в преобразователе постоянного тока, как правило, больше связано с величиной подаваемого тока и меньше связано с величиной падения напряжения между входом и выходом устройства.КПД преобразователей постоянного тока в постоянный обычно намного выше, чем у эквивалентной схемы линейного регулятора.

КПД относится к тому, насколько эффективен преобразователь при преобразовании одного напряжения в другое. Чтобы вычислить эффективность, вы берете мощность, подаваемую в схему, и делите ее на мощность, потребляемую от источника, и умножаете это на 100, чтобы получить процент. Эффективность = (Vout * Iout) / (Vin + Iin) * 100.

Идеальный преобразователь, работающий со 100% -ным КПД, не теряет мощности при преобразовании.В нашем примере выше можно было бы преобразовать 15 В при потреблении тока 0,333 А (5 Вт) в требуемые 5 В при 1 А (5 Вт) без потери мощности при преобразовании. КПД = (5 * 1) / (15 * 0,333) * 100 = 100%. Аналогично, если преобразование с 15 В заняло 0,4 А (6 Вт) в 5 В при 1 А (5 Вт), то эффективность будет (5 * 1) / (15 * 0,4) * 100 = 83%. Преобразователь никогда не может достичь 100%, так как в процессе преобразования всегда теряется некоторая мощность. Большинство конвертеров работают в диапазоне 70-95% и могут подняться до 97-98%.

Достигаемый КПД зависит от конструкции схемы, а также от используемых входных / выходных напряжений и потребляемого тока (нагрузки), подаваемого на устройство. Обычно КПД преобразователя постоянного тока указывается как теоретический максимум используемой ИС преобразователя (т.е. КПД до 95%), даже если они редко работают в условиях, обеспечивающих максимальную эффективность при фактическом использовании и самой конструкции в целом. может не поддерживать достижение максимальной эффективности.Это более реалистично, когда КПД дается в диапазоне, который может быть ближе к КПД 75-95%, что дает вам некоторое представление о том, что в среднем вы можете получить КПД 85%, а не ожидаете получить 95%.

Основным недостатком преобразователей постоянного тока в постоянный по сравнению с линейным стабилизатором является то, что на выходе будет присутствовать некоторая пульсация напряжения переменного тока на выходе постоянного тока. Величина пульсации зависит от качества выходной фильтрации. Будет ли пульсация проблемой, зависит от типа цепи, в которой работает преобразователь, но в большинстве случаев на нее можно не обращать внимания.

Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание при использовании преобразователей постоянного тока в постоянный, – это то, что их обманчиво просто спроектировать на бумаге, но сложно построить физически. Есть также много компромиссов в дизайне, которые можно сделать, чтобы снизить стоимость за счет производительности. В цепи много высокочастотной энергии, что требует тщательного выбора и размещения компонентов. Печатная плата требует тщательной компоновки и часто выступает в качестве основного теплоотводящего устройства, и это часто не оптимизируется, чтобы минимизировать размер платы.Наконец, возникает соблазн выбрать более дешевые компоненты для экономии затрат или уменьшения физического размера по сравнению с выбором более дорогих, часто более крупных компонентов для оптимизации производительности.

Многие производители этих DC-DC преобразователей просто повторно укажут максимально возможные характеристики основной ИС регулятора, которая используется в конструкции, даже если они решили использовать в конструкции детали, которые не допускают эту теоретическую максимальную работу для любой длины. времени. Эти устройства часто по-прежнему будут хорошо работать для вашего приложения по приятной низкой цене, но их необходимо снизить, чтобы гарантировать, что они будут работать в соответствии с вашими ожиданиями, поэтому мы оцениваем все, что мы продаем, и публикуем их истинные возможности производительности.

Ниже мы рассмотрим некоторые компромиссы между стоимостью и производительностью, которые часто возникают с этими устройствами, и на что обращать внимание.

Конденсаторы электролитические

Срок службы электролитического конденсатора в первую очередь определяется его рабочей температурой. Срок службы электролитических конденсаторов рассчитывается при работе при максимальной рабочей температуре (обычно в диапазоне 105 ° C) и максимальном токе пульсаций, а также при работе при максимальном номинальном рабочем напряжении.Срок службы обычно составляет от 1000 до 2000 часов. Это не так уж и много для устройства, которое постоянно используется. Например, 1000 часов – это всего около 42 дней постоянного использования, но это может быть приемлемо для схемы, используемой для периодического прототипирования.

При прочих равных условиях, на каждые 10 ° C снижения рабочей температуры электролитического конденсатора от его максимального значения срок службы удваивается. Как вы понимаете, важно, чтобы эти колпачки не стали слишком горячими, если вы хотите, чтобы они прожили очень долго.

Высокоэнергетические цепи в преобразователе постоянного тока довольно жесткие для электролитических конденсаторов. Это цепи с низким импедансом, которые часто работают при относительно высоких напряжениях с большим количеством пульсаций тока, и компоненты должны быть плотно упакованы вместе для правильной электрической работы. Эти схемы выигрывают от использования конденсаторов с более низкими характеристиками ESR, поскольку это сводит к минимуму самонагрев крышки при использовании в этих схемах. Конденсаторы с низким ESR, как правило, имеют более высокое номинальное напряжение, часто имеют большие размеры корпуса и обычно стоят дороже.В недорогих компактных преобразователях постоянного тока в постоянный обычно не используются конденсаторы с низким ESR, поэтому рабочие температуры конденсаторов могут стать достаточно высокими, чтобы не только сократить срок службы, но и вызвать серьезный отказ устройства. Если конденсаторы обожгут вам палец, они станут слишком горячими и необходимо уменьшить мощность.

Другая очевидная вещь, на которую следует обратить внимание, – это номинальное напряжение. Иногда можно встретить преобразователи постоянного тока, рассчитанные примерно на 40 В на входе или выходе, и все же конденсаторы, которые они используют, четко обозначены как конденсаторы с номинальным напряжением 35 В.В таких случаях напряжение должно поддерживаться в пределах рабочего диапазона установленных конденсаторов. Конденсаторы на входной стороне платы часто имеют более высокий номинал, чем на выходной стороне, поскольку максимальное входное напряжение всегда будет выше, чем максимальное выходное напряжение.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности

– один из менее часто используемых компонентов, поэтому они, как правило, являются загадкой для многих любителей, но это довольно простые устройства, в которых используется проволочная намотка тем или иным образом для обеспечения желаемых свойств индуктивности.Некоторые из них закрыты и выглядят как маленькие черные керамические банки, а другие представляют собой видимые петли из проволоки, намотанные вокруг сердечника определенного типа. На оголенный провод нанесено покрытие для предотвращения короткого замыкания.

При использовании в преобразователях постоянного тока в постоянный ток величина индуктивности обычно предопределяется производителем ИС и зависит от приложения, в котором используется их ИС. Разработчики преобразователей постоянного тока обычно понимают это правильно, и значение часто является компромиссным. например, когда преобразователь постоянного тока в постоянный имеет регулируемый выход.

Номинальный ток индуктора – другое важное свойство, которое в основном определяется размером провода, используемого в индукторе. Провод большего размера занимает больше места и стоит дороже, но может выдерживать больший ток. Конструкторы преобразователей постоянного тока в постоянный часто обходятся дешево в этой части, и в конечном итоге она оказывается незначительно заданной в целях экономии места и затрат. При более высоких токовых нагрузках проволока меньшего диаметра, чем оптимальная, начнет нагреваться из-за сопротивления проволоки и может сильно нагреться. Максимальные температурные характеристики катушек индуктивности, особенно закрытого типа меньшего размера, часто находятся в диапазоне 100 ° C, поэтому, если индуктор достигает стадии обжига пальцев, необходимо уменьшить токовую нагрузку на преобразователь постоянного тока в постоянный, чтобы избежать перегрева этого устройства.

Фильтрация вывода

Преобразователи

DC-DC по своей природе являются электрически шумными устройствами. Его работа состоит в том, чтобы взять хорошее спокойное ровное напряжение постоянного тока и резко разделить его на части, а затем снова сгладить их до постоянного напряжения, используя выходной фильтр. Этот выходной фильтр состоит в основном из катушки индуктивности и конденсаторов в выходной цепи и сильно зависит от компоновки платы для оптимизации качества фильтра.

Доля энергии переменного тока от прерывания, которая прошла через выходной фильтр, выражается в виде пульсаций и шума.

Пульсация обычно представляет собой более или менее треугольную или пилообразную форму волны переменного тока, которая проходит поверх выходного постоянного напряжения. Этот сигнал будет соответствовать частоте переключения ИС преобразователя, которая чаще всего находится в диапазоне 150 кГц, но может изменяться от 10 кГц до 1 МГц или более.

Шум – это высокочастотные составляющие волновой формы, которые проявляются в виде всплесков напряжения на пиках волновой формы и в первую очередь создаются высокоэнергетическими переходными процессами при переключении ИС-преобразователя и диода, используемых в схеме, а также характеристиками Схема выходного фильтра.

Конвертеры

могут сильно различаться по качеству выходной фильтрации. Неудивительно, что компромиссы при проектировании более дешевого преобразователя обычно означают большее количество пульсаций и шума на выходе. Например, электролитический конденсатор 220 мкФ может использоваться на выходном фильтре в соответствии со спецификацией IC mfr, но если это не более качественный тип с низким ESR, пульсации на выходе будут больше, чем они были бы в противном случае. Преобразователь постоянного тока в постоянный, используемый в настольной лаборатории, может иметь пульсации <10 мВ. Приличный модуль преобразователя постоянного тока в постоянный может иметь 100 мВ, а модуль преобразователя постоянного тока более низкого качества может иметь 500 мВ или более.

На снимке осциллографа ниже показано, как выглядит типичная пульсация на выходе. В этом случае пульсация составляет 336 мВ пик-пик на выходе 12 В постоянного тока. Частота составляет 150 кГц, что является рабочей частотой преобразователя IC.

Приведенный ниже снимок осциллографа показывает выходной сигнал другого преобразователя постоянного тока, который имеет пульсацию около 65 мВ, но также показывает типичные всплески шума на пиках формы волны, которые увеличивают общую пульсацию и шум примерно до 156 мВ пик-пик.

Хотя пульсация и шум кажутся беспокоящими, особенно когда они начинают становиться довольно большими, для большинства цифровых схем это не вызывает никаких проблем, поскольку цифровые схемы довольно хорошо игнорируют этот тип шума.При работе с некоторыми аналоговыми схемами, такими как аудиоусилитель, или некоторыми аналоговыми типами датчиков, этот тип шума может стать более серьезной проблемой. Можно добавить вторичную схему LC-фильтра к выходу преобразователя постоянного тока, если требуется меньшая пульсация и шум.

Преобразователь ИС, теплоотвод

ИС преобразователя часто припаяны к заземляющей пластине печатной платы, чтобы обеспечить теплоотвод для детали, особенно для небольших преобразователей постоянного тока в постоянный. В более крупных преобразователях постоянного тока в постоянный часто используется корпус типа TO-220, который может быть прикреплен к большим оребренным радиаторам и может использовать охлаждающие вентиляторы в более крупных системах.Теплоотвод этого компонента больше, чем что-либо еще, обычно определяет максимальный ток, который может обеспечить модуль.

Если посмотреть на общую деталь, такую ​​как LM2596, которая используется во многих недорогих DC-DC преобразователях меньшего размера, где деталь припаяна к плате, рекомендуемым минимальным размером радиатора является использование 2 квадратных дюймов меди 2 унции и выше. до 6кв. дюймов для оптимальной производительности. Большинство этих плат не имеют общего размера даже 2 кв. Дюйма и часто изготавливаются из более тонкой меди в 1 унцию для экономии средств.Неудивительно, что эти модули обычно перегреваются и отключаются по температуре, когда от ИС потребляется полный номинальный ток 3А.

Радиаторы могут быть применены к ИС, чтобы помочь с тепловой ситуацией, но они, как правило, довольно неэффективны, поскольку радиатор должен быть прикреплен к пластиковому корпусу устройства, поскольку металлический язычок припаян к плате и теплопередача не очень хорошо даже с принудительным воздухом.

Если отбросить всю техническую неразбериху, разумной проверкой рабочих условий преобразователя постоянного тока является старый добрый тест пальцами.Насколько нагревается ИС преобразователя, насколько нагреваются электролитические конденсаторы и насколько нагревается индуктор. При нормальных условиях они могут быть теплыми или довольно жареными. Если они доходят до стадии ожога пальцев (90-100 ° C), то становится слишком жарко.

Для краткосрочного использования прототипов расширение границ обычно не является большой проблемой. Большинство из них безопасно отключатся, если вы нажмете на них слишком сильно. Если вы проверяете границы, безопаснее всего подкрадываться к ним медленно.Некоторые устройства с тепловой защитой и защитой от перегрузки по току все равно выйдут из строя, если они подвергнутся внезапной большой перегрузке по току. Если вы собираетесь использовать их в течение длительного времени, когда отказ был бы неудобным, тогда вы захотите облегчить им жизнь. Как показывает практика, нет ничего необычного в том, чтобы снизить номинальные характеристики этих устройств примерно до половины максимальной номинальной мощности, чтобы они оставались в зоне счастья на долгую жизнь.

Полезные ссылки:

Понижающие регуляторы напряжения

– Понижающие преобразователи Понижающие преобразователи

Понижающие регуляторы напряжения – Понижающие преобразователи

– Веб-сайт Robot Gear лучше всего работает с включенными Javascript и файлами cookie –

  1. Дом
  2. Регуляторы напряжения
  3. Шаг вниз

Понижающие регуляторы напряжения или понижающие преобразователи принимают нестабильное высокое постоянное напряжение и преобразуют его в более низкое стабильное постоянное напряжение.В технических характеристиках указаны регулируемые выходное напряжение и ток, но необходимо проверить максимальное входное напряжение, чтобы убедиться в его пригодности. Некоторые регуляторы позволяют изменять выходной сигнал, хотя регулировочный потенциометр предназначен для использования на низких частотах, а не для постоянной регулировки напряжения.

У регулятора будет напряжение отключения, когда входное напряжение упадет до уровня выходного напряжения, и он больше не сможет регулировать, а вместо этого отключится.

$ 8.95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 155 в течение 7-10 дней

12В, 2.2A Понижающий стабилизатор напряжения Pololu D24V22F12

Код: MCU-60194.

Этот небольшой синхронный импульсный понижающий (или понижающий) стабилизатор принимает входное напряжение до 36 В и эффективно снижает его до 12 В. Плата имеет размеры всего 0,7 ″ × 0,7 ″, но обеспечивает типичный непрерывный выходной ток до 2,2 А и имеет защиту от обратного напряжения. Подробнее…

$ 39,95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 61 в течение 7-10 дней

$ 16.95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 271 в течение 7-10 дней

$ 29.95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 238 в течение 7-10 дней

$ 5.95

На складе в Австралии

Мы отправим еще 141 товар в течение 7-10 дней.

$ 6.95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 325 в течение 7-10 дней

$ 8.95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 192 в течение 7-10 дней

$ 8.95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 263 в течение 7-10 дней

3.Понижающий стабилизатор напряжения Pololu D24V22F3 на 3 В, 2,6 А

Код: MCU-60189.

Этот небольшой синхронно-импульсный понижающий (или понижающий) стабилизатор принимает входное напряжение от 4 В до 36 В и эффективно снижает его до 3,3 В. Плата имеет размеры всего 0,7 ″ × 0,7 ″, но обеспечивает типичный непрерывный выходной ток до 2,6 А и имеет защиту от обратного напряжения. Подробнее…

$ 35,95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 53 в течение 7-10 дней

$ 15.95

На складе в Австралии

Мы можем отправить еще 229 в течение 7-10 дней

Авторские права © 2009 Robot Gear.Веб-сайт от PCS Понижающий преобразователь

– обзор

2.2.4 Повышающий преобразователь

В предыдущем разделе был рассмотрен так называемый понижающий преобразователь или понижающий преобразователь, который обеспечивает выходное напряжение меньше входного. Однако, если напряжение двигателя выше, чем напряжение питания (например, в электромобиле с двигателем на 240 В, приводимым от батареи 48 В), требуется повышающий или повышающий преобразователь. Интуитивно это кажется более сложной задачей, и мы можем ожидать, что сначала придется преобразовать d.c. к переменному току так что можно было бы использовать трансформатор, но на самом деле основной принцип передачи «пакетов» энергии в более высокое напряжение очень прост и элегантен, с использованием схемы, показанной на рис. 2.5. Работа этой схемы заслуживает обсуждения, потому что она снова демонстрирует особенности, общие для многих силовых электронных преобразователей.

Рис. 2.5. Повышающий преобразователь. Транзистор включен в (A) и выключен в (B).

Как обычно, преобразователь работает периодически со скоростью, определяемой частотой включения и выключения транзистора (T).Во время включения (рис. 2.5A) входное напряжение (V в ) прикладывается к катушке индуктивности (L), вызывая линейный рост тока в катушке индуктивности, тем самым увеличивая энергию, запасенную в ее магнитном поле. Между тем, ток двигателя подается накопительным конденсатором (C), напряжение на котором лишь немного падает в течение этого периода разряда. На рис. 2.5A входной ток кажется большим, чем выходной ток (двигатель), по причинам, которые вскоре станут очевидными. Вспоминая, что целью является создание выходного напряжения, превышающего входное, должно быть ясно, что напряжение на диоде (D) отрицательное (т.е.е. потенциал выше справа, чем слева на рис. 2.5), поэтому диод не проводит ток, а входные и выходные цепи эффективно изолированы друг от друга.

Когда транзистор выключается, ток через него быстро падает до нуля, и ситуация во многом такая же, как в понижающем преобразователе, где мы видели, что из-за накопленной энергии в катушке индуктивности любая попытка уменьшить его ток приводит к возникновению самоиндуцированного напряжения, пытающегося поддерживать ток. Таким образом, во время периода выключения напряжение на катушке индуктивности растет чрезвычайно быстро, пока потенциал на левой стороне диода не станет немного больше, чем V из , диод затем станет проводящим, и ток индуктора течет в параллельную цепь, состоящую из конденсатора (C ) и двигатель, последний продолжает потреблять постоянный ток (поскольку напряжение на большом накопительном конденсаторе и, следовательно, на двигателе не может изменяться мгновенно), в то время как основная доля тока катушки индуктивности идет на перезарядку конденсатора.Результирующее напряжение на катушке индуктивности отрицательное и имеет величину V на выходе – V на , поэтому ток индуктора начинает уменьшаться, и дополнительная энергия, которая была сохранена в катушке индуктивности во время включения, передается в конденсатор. Предполагая, что мы находимся в установившемся режиме (т.е. мощность подается на двигатель с постоянным напряжением и током), напряжение конденсатора вернется к своему начальному значению в начале следующего времени включения.

Если пренебречь потерями в транзисторе и элементах хранения, легко показать, что преобразователь работает как идеальный трансформатор с выходной мощностью, равной входной мощности, т.е.е.

Vin × Iin = Vout × Iout, или VoutVin = IinIout

Мы знаем, что напряжение двигателя V out выше, чем V in, , поэтому неудивительно, что сила тока двигателя меньше входного. ток, о чем свидетельствует толщина линии на рис. 2.5.

Также, если конденсатор достаточно большой, чтобы поддерживать почти постоянное выходное напряжение на всем протяжении, легко показать, что коэффициент увеличения задается как

VoutVin = 11-D

, где D – коэффициент заполнения, i .е. доля каждого цикла, в течение которого транзистор включен. Таким образом, для примера в начале этого раздела, где V на выходе / V на = 240/48 = 5, скважность составляет 0,8, то есть транзистор должен быть включен на 80% каждого цикла.

Преимущество переключения на высокой частоте становится очевидным, если вспомнить, что конденсатор должен накапливать достаточно энергии для питания выхода в течение периода включения, поэтому, если, как это часто бывает, мы хотим, чтобы выходное напряжение оставалось почти постоянным , должно быть ясно, что конденсатор должен хранить намного больше энергии, чем отдает за каждый цикл.Учитывая, что размер и стоимость конденсаторов зависят от энергии, которую они должны хранить, очевидно, что лучше подавать небольшие пакеты энергии с высокой скоростью, чем использовать более низкую частоту, которая требует для хранения большего количества энергии. И наоборот, коммутационные и другие потери увеличиваются с увеличением частоты, поэтому компромисс неизбежен.

Что такое импульсный регулятор?

Что такое импульсный регулятор?

1. Основная роль

Импульсный регулятор (преобразователь DC-DC) – регулятор (стабилизированный источник питания).Импульсный регулятор может преобразовывать входное напряжение постоянного тока (DC) в желаемое напряжение постоянного тока (DC).
В электронном или другом устройстве импульсный регулятор выполняет роль преобразования напряжения от батареи или другого источника питания в напряжения, необходимые для последующих систем.

Как показано на рисунке ниже, импульсный стабилизатор может создавать выходное напряжение (V OUT ), которое выше (повышающее, повышающее), более низкое (понижающее, понижающее) или имеющее полярность, отличную от входной. напряжение (В В ).

2. Типы регуляторов переключения

Импульсный регулятор – это регулятор (стабилизированный источник питания), и существуют следующие типы импульсных регуляторов.

Регулятор
(стабилизированный источник питания)
Импульсный регулятор

(DC-DC преобразователь)
Изолированный импульсный регулятор
Неизолированный импульсный регулятор
Линейный регулятор
Шунтирующий регулятор
Регулятор LDO

В этой статье дается подробное объяснение функций и работы «неизолированных импульсных регуляторов».”

В неизолированных импульсных регуляторах

также используются следующие системы и режимы работы.

Щелкните термин, чтобы узнать больше.

3. Характеристики регулятора переключения

Ниже приводится описание характеристик неизолированного импульсного регулятора.

Высокая эффективность

Посредством включения и выключения переключающего элемента импульсный регулятор обеспечивает высокоэффективное преобразование электроэнергии, поскольку он подает необходимое количество электроэнергии только при необходимости.

Линейный регулятор – это другой тип регулятора (стабилизированный источник питания), но поскольку он рассеивает любые излишки тепла в процессе преобразования напряжения между V IN и V OUT , он не так эффективен, как импульсный стабилизатор.

Самый простой способ объяснить, как импульсный стабилизатор может эффективно преобразовывать напряжение, – это сравнить его с линейным стабилизатором.

Например, если входное напряжение (V IN ) составляет 5,0 В, выходное напряжение (V OUT ) равно 2.5 В и ток нагрузки (I OUT ) составляет 0,1 А,

В линейном регуляторе
Входная мощность = Входное напряжение × Ток нагрузки
= 5,0 В × 0,1 А
= 0,5 Вт
Выходная мощность = Выходное напряжение × Ток нагрузки
= 2,5 В × 0,1 А
= 0,25 Вт
Поскольку эффективность = Выход мощность ÷ Входная мощность, КПД линейного регулятора 50%.

Импульсный стабилизатор, однако, управляет периодом подачи входного напряжения путем включения и выключения переключающего элемента, так что V OUT становится равным 2.5В. Этот период времени, когда подается входное напряжение, составляет

.

В ВЫХ В ВХОД = 2,5 В 5,0 В = 1 2

Отсюда видно, что напряжение подается на полпериода. Точно так же, если вы попытаетесь получить эффективность от входной и выходной мощности, мы получим следующее:

Входная мощность = Входное напряжение × Ток нагрузки × 1 2
= 5,0 В × 0,1 А × 1 2
= 0,25 Вт

Входная мощность = Выходное напряжение × ток нагрузки
= 2.5 В × 0,1 А
= 0,25 Вт

Рассчитывая КПД по приведенному выше уравнению: КПД = Выходная мощность ÷ Входная мощность, мы получаем значение 100%. Вот почему импульсный регулятор обеспечивает высокий КПД.
* Поскольку есть реальные потери, истинная цифра составляет около 90%.

Шум

Операции включения / выключения переключающего элемента в импульсном стабилизаторе вызывают внезапные изменения напряжения и тока, а также паразитные компоненты, которые вызывают звон, которые вносят шум в выходное напряжение.

Использование соответствующей разводки платы эффективно снижает уровень шума. Например, оптимизация размещения конденсатора, катушки индуктивности и / или проводки. Для получения дополнительной информации о механизме генерации шума (звонка) и о том, как им управлять, обратитесь к примечанию по применению «Меры противодействия шумам понижающего регулятора».

Сравнение характеристик импульсного регулятора и линейного регулятора
Регулятор переключения Линейный регулятор
Система преобразования выходного напряжения Понижение, повышение, повышение / понижение, инверсия Только понижающий; V OUT должно быть меньше V IN
КПД Высокое (незначительное тепловыделение) Сравнительно низкое (сильное тепловыделение)
Низкое, когда разница между входным и выходным напряжением велика
Выходной ток Большой (высокий КПД означает большой ток) Малый
Шум Большой Малый
Пульсации на выходе Настоящее время Нет
Необходимые внешние компоненты Многие
C IN , C OUT , L, (SBD)
Немного
C IN , C OUT

Энергия ваших электронных проектов | Мастерская DroneBot

Введение

Если вы хоть немного работали с Arduinos и другими электронными устройствами, вы, вероятно, придумали способ их включения на своем рабочем месте.Блоки питания USB и настольные блоки питания отлично справятся с этой задачей. С помощью Arduino вы можете просто подключить устройство к USB-порту компьютера. Получить электричество еще никогда не было так просто!

Но после того, как вы закончите свой дизайн, вам часто захочется создать более постоянную версию своего проекта, и для этого вам нужно будет подумать, как обеспечить ему мощность.

Электронным устройствам, таким как Arduino, для работы требуется напряжение «логического уровня». Эти напряжения «логического уровня» бывают двух видов – традиционные 5 В постоянного тока, также известные как напряжение «уровня TTL», и энергосберегающие 3.Источник постоянного тока 3 В, который используется во многих маломощных устройствах. В обоих случаях необходимо достаточно точно регулировать напряжения, чтобы не повредить компоненты.

Блок питания USB может быть простым решением во многих случаях. Он обеспечивает регулируемое питание 5 В постоянного тока, которое подходит для большинства электронных устройств, а его полностью закрытая конструкция защищает вас от любой опасности поражения электрическим током.

А что, если вы хотите питать свое устройство от батареек? Получение точных и последовательных 5 или 3.3 вольта от батареи – это проблема, тем более что батарея разряжается.

Сегодня мы рассмотрим несколько недорогих вариантов обеспечения регулируемой мощности для ваших электронных устройств.

Общие требования к напряжению

Существует несколько стандартных уровней напряжения, которые могут потребоваться для вашей конструкции, для некоторых конструкций потребуется более одного из них. Вот некоторые из них:

  • 3,3 В постоянного тока – это обычное напряжение, используемое в маломощных цифровых устройствах.
  • 5 В постоянного тока – это стандартное напряжение ТТЛ (транзисторной транзисторной логики), используемое цифровыми устройствами.
  • 6 В постоянного тока – Часто используется для двигателей постоянного тока и серводвигателей.
  • 12 В постоянного тока – Также используется с двигателями постоянного тока, а также со многими шаговыми двигателями.
  • 48 В постоянного тока – Используется в профессиональной аудиотехнике как «фантомное питание» для микрофонов.

Все вышеперечисленные уровни напряжения положительны относительно земли. Некоторые старые конструкции также требовали отрицательного напряжения, например, -12 В постоянного тока использовалось в последовательном соединении RS-232, которое раньше было стандартом для всех компьютеров и модемов.Для аудиоусилителей часто требуются как положительные, так и отрицательные источники питания.

Регулировка напряжения

Напряжение логического уровня требует очень точного регулирования. Например, для правильной работы логики TTL напряжение питания должно быть от 4,75 до 5,25 вольт, любое меньшее значение приведет к прекращению правильной работы логических компонентов, а любое большее может буквально их разрушить.

Некоторые требования к напряжению питания менее строгие. Мощность, подаваемую на двигатели, светодиоды и другие дисплеи и электромеханические компоненты, не нужно регулировать так же строго, как для логических напряжений питания.Эти источники питания часто не регулируются, чтобы сэкономить на окончательной конструкции.

Регулировка напряжения для устройств с сетевым питанием не так уж и сложна, поскольку входное напряжение схемы регулятора довольно постоянное. Однако конструкции с батарейным питанием представляют собой гораздо более сложную задачу, поскольку уровни напряжения батареи будут колебаться по мере разряда батареи.

Устройства, которые могут питаться как от сетевого напряжения, так и от батарей, часто имеют дополнительную схему для зарядки батарей, когда устройство работает от сети.В зависимости от технологии батареи, используемой в конструкции, она может варьироваться от простой до очень сложной схемы зарядки.

Текущие требования

Уровень напряжения источника питания – не единственная спецификация, которую необходимо учитывать при разработке источника питания для вашего проекта. Не менее важно определить текущие требования проекта.

В отличие от требований к напряжению ток, потребляемый проектом, не всегда является статическим значением. Двигатели, светодиодные и другие дисплеи, динамики и другие преобразователи могут вызывать колебания потребляемого тока, и вам необходимо спроектировать источник питания с учетом «наихудшего случая», когда каждый двигатель, индикатор и звуковой сигнализатор работают на полную мощность.

И снова современные требования могут быть проблемой при проектировании с батарейным питанием. Когда батарея разряжается, ее текущие возможности уменьшаются, попытка превысить эти текущие возможности может привести к быстрой разрядке батареи.

КПД

Еще одним важным аспектом конструкции регулятора напряжения является эффективность. Сам регулятор или преобразователь напряжения потребляет электричество, которое в противном случае могло бы быть использовано для питания вашего проекта.

Эффективность идет рука об руку с производством тепла, неэффективная конструкция регулятора будет рассеивать его избыточную энергию в виде тепла.Если вы намеренно не пытаетесь нагреть свою схему, это нехорошо! Тепло – один из величайших врагов электронных компонентов, и если ваш регулятор выделяет много тепла, вам придется потренировать вентиляцию и, возможно, отвести тепло в вашу конструкцию.

Ни одна конструкция не обеспечивает 100% -ную эффективность, поэтому следует ожидать некоторого тепловыделения. Переоценив компоненты вашего дизайна, вы можете свести это к минимуму.

Основы питания

Функция источника питания, конечно же, заключается в подаче энергии с правильными уровнями напряжения и тока, соответствующими требованиям вашего проекта.Энергия для работы источника питания может поступать из ряда источников – батарей, солнечных элементов, переменного тока и других.

Напряжение, которое нам нужно для наших маленьких электронных устройств, обычно составляет постоянный или постоянный ток. Батареи также вырабатывают постоянный ток, но линейные напряжения – это переменный или переменный ток. Таким образом, помимо обеспечения правильного напряжения (ей), источник питания переменного тока также должен преобразовывать входной переменный ток в выход постоянного тока.

переменного тока постоянного тока

Если приведенный выше подзаголовок заставляет вас думать об австралийских рокерах в коротких штанах, значит, вы читаете не ту статью!

В ваш дом всегда подается переменный ток.Переменный ток может передаваться на очень большие расстояния и повышаться и понижаться с помощью трансформаторов.

Частота переменного тока зависит от вашего местоположения. В Северной Америке мы используем 60 Гц, тогда как Европа, Австралия, Новая Зеландия и многие страны Азии и Африки используют 50 Гц. Уровни напряжения также разные: в домах в Северной Америке линейное напряжение составляет около 110–120 вольт переменного тока, в то время как в других местах в мире используется более высокое напряжение переменного тока 220–240 вольт.

Если вы собираете или покупаете блок питания для устройства, которое планируете экспортировать на коммерческой основе, вам необходимо учитывать различные сетевые напряжения и частоты по всему миру.Также существуют разные стандарты для типов разъемов или вилок, используемых в разных странах.

Поскольку нашим электронным устройствам требуется постоянный ток при гораздо более низком напряжении, вам необходимо сделать две вещи, прежде чем вы сможете использовать питание от сетевой розетки:

  • Уменьшите напряжение до более низкого уровня.
  • Преобразуйте его из переменного тока в постоянный.

Интересно, что описанное выше может быть выполнено в любом порядке.

В обычном линейном источнике питания переменное напряжение сначала пропускается через трансформатор, который существенно снижает его, а затем преобразуется в постоянное.

В современном импульсном источнике питания (например, в вашем настольном компьютере) переменное напряжение напрямую преобразуется в высоковольтное постоянное, и оно используется для управления высокочастотным генератором. Высокочастотный переменный ток, создаваемый этим генератором, затем пропускается через небольшой трансформатор, а выходное низкое напряжение преобразуется в постоянный ток.

В любом случае в какой-то момент нам нужно преобразовать переменный ток в постоянный. На самом деле это довольно просто.

Выпрямители и мосты

Термин «выпрямитель» восходит к временам электронных ламп, на самом деле это просто еще одно название сильноточного диода.Диод, как я уверен, вы уже знаете, – это базовый электронный компонент, который позволяет току проходить только в одном направлении.

Если вы вставите выпрямитель или диод последовательно с источником переменного напряжения, вы предотвратите прохождение как положительной, так и отрицательной части сигнала переменного тока, в зависимости от того, в каком направлении вы ориентируете диод.

Это шаг к получению постоянного напряжения из переменного тока, но результирующий выходной сигнал не совсем гладкий, как показано ниже.

На выходе можно использовать электролитический конденсатор, чтобы попытаться сгладить напряжение и создать достаточно стабильное напряжение постоянного тока.Это простой способ преобразования переменного тока в постоянный с несколькими недостатками.

  • Выходное напряжение будет уменьшено. Это будет входное напряжение переменного тока, умноженное на 0,7072.
  • Вы, по сути, «тратите» половину каждого цикла переменного тока, так что это не очень эффективно.

Лучшим методом является использование четырех диодов для создания так называемого «мостового выпрямителя». Вы можете увидеть результаты на следующей диаграмме. Мы снова будем использовать электролитический конденсатор, чтобы сгладить результирующее напряжение постоянного тока.

Этот метод имеет несколько преимуществ перед методом с одним диодом:

  • Выходное напряжение больше. Это будет входное напряжение переменного тока, умноженное на 1,414.
  • Вы используете как положительную, так и отрицательную части цикла переменного тока, что намного эффективнее.

Вы можете построить эту схему с четырьмя отдельными диодами или купить мостовой выпрямитель с предварительно смонтированной проводкой.

Кстати, указанные мной ранее выходные напряжения не совсем точны, вам также необходимо учитывать падение напряжения на диоде (диодах).Обычно это около 0,7 вольт.

Эти схемы преобразуют переменное напряжение в постоянное, однако они ничего не делают для регулирования напряжения. Если напряжение переменного тока должно возрасти или упасть, соответствующее выходное напряжение постоянного тока изменится на ту же величину.

Регуляторы и преобразователи

Независимо от того, получено ли ваше постоянное напряжение переменного тока или от батареи, скорее всего, это напряжение не будет подходящим для вашего приложения. Вам нужно будет изменить напряжение до желаемого уровня (т.е.е. 5 вольт), и вам необходимо убедиться, что он остается на этом уровне, даже если входное напряжение изменяется.

Мы можем сделать это несколькими способами, используя либо регуляторы, либо преобразователи.

Линейные регуляторы напряжения

Линейный регулятор напряжения принимает входное напряжение постоянного тока и выдает регулируемый выходной сигнал при более низком напряжении.

Отличный пример используемого стабилизатора напряжения – на плате Arduino Uno. Arduino Uno имеет 5-вольтовый линейный стабилизатор напряжения на печатной плате, что позволяет использовать его коаксиальный разъем питания для подключения источника питания от 8 до 20 вольт постоянного тока.Регулятор снижает его до уровня 5 В постоянного тока, который использует Arduino.

Линейные регуляторы напряжения доступны с середины 1970-х годов, и сегодня они по-прежнему являются ценными компонентами. Они очень просты в использовании и доступны с различными номинальными токами. Обычно они имеют тот же форм-фактор, что и транзисторы и силовые транзисторы.

Для линейных регуляторов напряжения обычно требуется входное напряжение, по крайней мере, на 2,2 В выше, чем желаемое выходное напряжение.Хотя они, как правило, могут выдерживать широкий диапазон входных напряжений, вам необходимо знать, что чем выше входное напряжение, тем больше энергии потребуется регулятору для рассеивания в виде тепла.

Линейные регуляторы напряжения недороги и идеально подходят для устройств с питанием от сети. Они также используются в звуковом оборудовании, поскольку не создают электрических помех, которые создают преобразователи напряжения. Хотя вы, безусловно, можете использовать их с конструкциями с батарейным питанием, они, как правило, не лучший выбор для этого приложения, поскольку в конечном итоге вы потратите много энергии в виде тепла.Однако это не всегда так, поскольку сейчас существует новое поколение регуляторов с низким падением напряжения, мы рассмотрим некоторые из них чуть позже.

Лучшим способом регулирования напряжения в устройствах с батарейным питанием является использование преобразователя напряжения.

Преобразователи напряжения

На самом деле существует три типа преобразователей напряжения, которые вы можете использовать в своих проектах:

  • Понижающие преобразователи
  • Повышающие преобразователи
  • Преобразователи Buck Boost

Давайте быстро посмотрим, в чем разница между ними.

Понижающий преобразователь
Понижающие преобразователи

работают по так называемой «цепи маховика». Во время работы транзистор включается и выключается, и его выход подается через катушку индуктивности, а затем на конденсатор. Когда транзистор включается и выключается, конденсатор заряжается и разряжает энергию, которая хранится в катушке. Период или частота переключения определяет выходное напряжение.

Как и линейный регулятор, понижающий преобразователь используется в ситуациях, когда желаемое выходное напряжение ниже входного.

Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь работает аналогично понижающему преобразователю, разница заключается в расположении катушки, диода и конденсатора, которые образуют цепь маховика. Повышающие преобразователи также называют «импульсными источниками питания».

Судя по названию, выходное напряжение повышающего преобразователя на самом деле выше входного.

Повышающий преобразователь понижающего напряжения

Практически лучшее из обоих миров, повышающий преобразователь Buck использует пару транзисторных цепей обратного хода для повышения или понижения входящего напряжения.

Этот тип преобразователя напряжения особенно полезен для устройств с батарейным питанием. Например, возьмем схему, которая требует 5 В и с которой мы хотим использовать аккумулятор на 7,2 В. Когда аккумулятор полностью заряжен, преобразователь действует как понижающий преобразователь, снижая выходное напряжение до 5 вольт. Когда батарея разряжается ниже уровня 5 вольт, схема действует как повышающий преобразователь, повышая выходное напряжение до 5 вольт.

Мы рассмотрим все три типа преобразователей.

Популярные регуляторы и преобразователи

Теперь, когда мы обсудили источники питания, регуляторы и преобразователи, пора применить полученные знания на практике.

Я собрал несколько примеров этих устройств, чтобы показать вам. Все это простые и недорогие методы обеспечения напряжением вашего проекта.

Линейный регулятор

– серии 78XX и 79XX

Наш первый линейный регулятор – это компонент, который существует уже более 40 лет.На самом деле это семейство компонентов, члены которого имеют разное выходное напряжение и ток.

Стабилизаторы напряжения 78XX – это 3-контактные устройства, доступные в различных корпусах, от больших корпусов силовых транзисторов (T220) до миниатюрных устройств для поверхностного монтажа. Это регуляторы положительного напряжения, наиболее распространенный тип. Серии 79XX являются эквивалентными регуляторами отрицательного напряжения.

Система нумерации этих компонентов довольно проста, XX в номере детали обозначает выходное напряжение.Так, например, 7805 – положительный регулятор на 5 вольт, 7812 – положительный регулятор на 12 вольт, а 7915 – отрицательный регулятор на 15 вольт. И положительная, и отрицательная серии доступны с несколькими общими напряжениями.

Эти регуляторы напряжения довольно просты в использовании. Помимо самого регулятора, единственные дополнительные компоненты, которые вам потребуются, – это пара электролитических конденсаторов на входе и выходе. Значения не являются критическими, обычно на входе можно использовать конденсатор 2,2 мкФ или больше, а на выходе – 100 мкФ или больше.
Обратите внимание, что хотя вы используете и положительный, и отрицательный стабилизаторы одинаково, распиновка различается:

Регуляторы 78XX (положительные) имеют следующую распиновку:

  1. ВХОД
  2. ССЫЛКА (ЗЕМЛЯ)
  3. ВЫХОД

Регуляторы 79XX (отрицательные) имеют следующую распиновку:

  1. ССЫЛКА (ЗЕМЛЯ)
  2. ВХОД
  3. ВЫХОД

Одна вещь, которую следует отметить в версии этих регуляторов напряжения с корпусом TO-220, заключается в том, что корпус электрически подключен к центральному контакту (контакт 2).В серии 78XX это означает, что корпус заземлен, но обратите внимание, что в серии 79XX (отрицательный регулятор) контакт 2 является входом, а не заземлением. Это означает, что вам нужно проявлять осторожность при подключении радиатора к устройству, что вам нужно будет сделать, если вы планируете потреблять большой ток. При необходимости вы можете использовать слюдяной изолятор на радиаторе, чтобы он не соприкасался с контактом 2.

Несмотря на свой возраст, эти регуляторы все еще широко используются сегодня и подходят для схем с питанием от сети.Однако они не так эффективны, как современные регуляторы, поэтому для устройств с батарейным питанием вам стоит взглянуть на другие представленные здесь решения.

Линейный регулятор – Регулируемый регулятор LM317

LM317 – положительный линейный стабилизатор напряжения с регулируемым выходом. Это также классический электронный компонент, и его регулируемый выход делает его очень полезным в ситуациях, когда вам нужно «нестандартное» напряжение. Он также был популярен среди любителей для использования в простых регулируемых источниках питания для верстаков.

Как и серия 78XX или регуляторы, LM317 представляет собой трехконтактное устройство. Однако проводка немного отличается, как показано здесь.

Главное, на что следует обратить внимание при подключении LM317, – это два резистора, которые обеспечивают опорное напряжение для регулятора, это опорное напряжение определяет выходное напряжение. Вы можете рассчитать эти значения резисторов следующим образом:

Рекомендуемое значение для R1 – 240 Ом, но на самом деле это может быть любое значение от 100 до 1000 Ом.

Конечно, вы также можете заменить два резистора потенциометром, чтобы получить переменный линейный регулятор напряжения. Вы, вероятно, захотите подключить резистор 100 Ом последовательно с потенциометром, чтобы быть уверенным, что R1 никогда не опускается до нуля.

Как и серия регуляторов 78XX, LM317 все еще используется сегодня, но, опять же, теперь доступны более эффективные регуляторы. Тем не менее, это был бы хороший выбор для источника питания с питанием от сети, которому требуется нестандартное напряжение.

Линейный регулятор – PSM-165 Линейный понижающий регулятор с 12 В на 3,3 В

PSM-165 – это небольшая коммутационная плата, содержащая стабилизатор на 3,3 В. Эта крошечная плата будет принимать входное напряжение от 4,5 до 12 вольт и преобразовывать его в 3,3 вольта для маломощной логической схемы.

Микросхема, используемая в PSM-165, такая же, как и на большинстве плат Arduino Uno, для подачи напряжения на выходе 3,3 В. Он имеет максимальный ток 800 мА.

Плата интересна тем, что имеет несколько соединений для ввода и вывода, что обеспечивает большую гибкость при разработке печатной платы, которая использует этот модуль в качестве «дочерней платы».

Как видите, подключить этот модуль очень просто, никаких внешних компонентов не требуется.

Линейный регулятор

– Модуль линейного регулятора 5 В AMS1117-5

Трехконтактные стабилизаторы напряжения серии AMS1117 работают во многом так же, как серия 78XX. Они доступны для нескольких различных напряжений и совместимы по выводам с серией 78XX.

Это более современные устройства, чем серия 78XX, и они отличаются меньшим падением напряжения, что делает их полезными как для источников питания с питанием от сети, так и с питанием от батарей.

AMS1117-5 – регулятор на 5 В. Он доступен отдельно или на популярной коммутационной доске. Коммутационная плата позволяет очень просто включить ее в ваш проект.

Как и в случае с PSM-165, подключение модуля AMS1117-5 очень просто. На коммутационной плате установлены фильтрующие конденсаторы, поэтому внешние компоненты не требуются. Просто подключите входное напряжение и возьмите выходную мощность – это так просто!

Линейный стабилизатор

– L4931CZ33-AP 3.3 В регулятор с очень низким падением напряжения

Последний линейный стабилизатор напряжения, который мы рассмотрим сегодня, – это L4931CZ33-AP.Как и в случае с PSM-165, этот регулятор обеспечивает 3,3 В для питания маломощных логических схем.

Этот регулятор имеет чрезвычайно низкое падение напряжения, точнее всего 0,4 вольт. Это делает его идеальным регулятором для использования в слаботочных устройствах с батарейным питанием. Он также чрезвычайно крошечный, доступен в корпусе транзистора TO-92, а также в нескольких корпусах для поверхностного монтажа.

L4931CZ33-AP на самом деле является членом семейства стабилизаторов падения напряжения, есть также модели на 3,5, 5 и 12 В с аналогичными характеристиками.Единственный дополнительный компонент, необходимый для использования этого устройства, – это небольшой электролитический конденсатор 2,2 мкФ.

Подключение L4931CZ33-AP очень похоже на подключение серии 78XX. Упомянутый мною 2,2 мкФ конденсатор используется на выходе, вы также можете разместить дополнительный керамический конденсатор на входе.

Понижающий преобразователь

– Понижающий понижающий преобразователь постоянного тока MINI-360

Теперь давайте посмотрим на понижающий преобразователь. MINI-360 – это крошечный, сверхэффективный понижающий преобразователь, который может принимать входное напряжение до 23 вольт и обеспечивать выходной сигнал, который можно регулировать от 1 до 17 вольт.

Устройство находится на крошечной коммутационной плате с потенциометром для установки выходного напряжения. При КПД около 95% очень мало энергии теряется в виде тепла, что делает это устройство идеальным выбором для устройств с батарейным питанием.

Как показано на схеме, подключить MINI-360 очень просто, просто подключите входное напряжение, и он готов к использованию. Было бы неплохо отрегулировать потенциометр и установить выходной уровень перед подключением к нему какой-либо нагрузки, особенно если вы планируете использовать его для низкого напряжения.

Повышающий преобразователь – PSM-205 Повышающий USB-преобразователь постоянного тока в постоянный, 5 В

Первый повышающий преобразователь, который мы рассмотрим, является уникальным устройством, поскольку в него встроен разъем USB на коммутационной плате. Это очень удобно при сборке блока питания для устройства с питанием от USB.

Этот недорогой модуль повышает напряжение с 0,9 В до 5 В при токе до 600 мА. Очевидно, это идеально подходит для проектов с питанием от батареек, теперь один элемент AA или AAA может использоваться для питания ваших логических устройств на 5 вольт.

Опять же, модуль упрощает подключение: вы буквально подключаете источник от 0,9 до 5 вольт ко входу и подключаете устройство с питанием от USB к разъему USB.

Как вы уже догадались, этот повышающий преобразователь часто используется в USB-банках питания.

Повышающий преобразователь

– Повышающий преобразователь постоянного тока MT3608

Еще один крошечный повышающий преобразователь, MT3608, может принимать входное напряжение от 2 вольт и повышать его до 28 вольт. Он включает в себя блокировку пониженного напряжения, тепловое ограничение и защиту от перегрузки по току.

MT3608 упакован на крошечной коммутационной плате с подстроечным резистором для установки уровней напряжения. Несмотря на то, что это устройство может выглядеть крошечным, оно может обеспечивать впечатляющий ток в 2 ампера. MT3608 имеет рейтинг эффективности 93%.

Имея всего четыре четко обозначенных контакта, MT3608 очень прост в использовании. Поскольку он способен выдавать выходное напряжение до 28 вольт, рекомендуется использовать подстроечный резистор для установки выходного напряжения перед подключением устройства к вашей цепи.

Понижающий повышающий преобразователь – повышающий / понижающий регулятор S9V11F5

Теперь мы переходим к устройству, которое мне больше всего нравится в устройствах с батарейным питанием – Step Up / Step Down регулятору S9V11F5.

Сделанное Pololu это маленькое чудо может вырабатывать 5 вольт при входном напряжении от 2 до 16 вольт. Следует отметить, что для запуска преобразователя напряжение должно составлять не менее 3 вольт, но как только он заработает, входное напряжение может упасть до 2 вольт, прежде чем он перестанет работать.

Эта плата очень мала и имеет всего три разъема. Он снабжен как прямыми, так и прямоугольными штекерами, что позволяет использовать его в том же месте, что и традиционный трехконтактный линейный регулятор.

S9V11F5 является членом семейства коммутационных плат, некоторые из которых имеют фиксированное выходное напряжение, а некоторые – переменное.

Для работы S9V11F5 не требуются внешние конденсаторы или другие компоненты. Его сверхмалый размер и относительно высокий выходной ток делают его идеальным для многих конструкций.

Однако следует помнить, что S9V11F5 может сильно нагреваться, особенно при использовании на полную мощность. Помните об этом, кладя печатную плату и не касаясь преобразователя во время его использования, вы можете обжечься!

Блок питания макетной платы

Прежде чем мы закончим, я хочу упомянуть еще об одном способе активизации ваших проектов.

Блок питания макетной платы – это распространенный компонент, который, как вы уже догадались, предназначен для питания беспаечных макетов. Эти недорогие устройства имеют два встроенных линейных регулятора, обеспечивающих стабильное напряжение 5 и / или 3,3 вольт при входном напряжении 9–15 вольт постоянного тока. Они предназначены для вставки в шины питания стандартной макетной платы без пайки. Устройство также имеет коаксиальный вход питания 2,1 мм, светодиодные индикаторы питания, выход питания USB и переключатель включения / выключения.

Хотя эти устройства, очевидно, предназначены для использования на рабочем месте с беспаечными макетами, они также могут стать прекрасным источником питания для постоянного проекта.Они используют линейные регуляторы, они, вероятно, больше подходят для схем с питанием от сети, хотя они могут питаться от 9-вольтовой батареи.

Я бы порекомендовал иметь несколько таких возле вашей мастерской, хотя бы для экспериментов.

В заключение

Обеспечение хорошего источника питания – важная часть проектирования электронных устройств. Как вы видели, существует множество методов, которые можно использовать для обеспечения источника энергии для ваших электронных проектов.

Если вы собираетесь использовать питание от сети (переменного тока) для обеспечения электроэнергией вашего устройства, убедитесь, что вы приняли надлежащие меры безопасности, чтобы предотвратить вероятность поражения электрическим током.Лучший способ сделать это – использовать имеющийся в продаже адаптер переменного тока или «настенную бородавку», чтобы обеспечить безопасный источник постоянного тока, который затем при необходимости можно регулировать одним из описанных выше методов. Использование коммерческого адаптера, сертифицированного для использования в вашей стране (например, одобрения UL, CAS и т. Д.), Также будет соответствовать требованиям страхования, что является очень важным фактором, особенно если вы собираетесь серийно производить свою конструкцию.

Для конструкций с батарейным питанием использование эффективного преобразователя напряжения может продлить время работы вашего проекта, выжимая из ваших батарей до последней капли энергии, прежде чем потребуется подзарядка или замена.

Независимо от ваших требований, вы обязательно найдете преобразователь или регулятор, соответствующий вашим потребностям.

А теперь давайте включим!

Связанные

Сводка

Название статьи

Питание ваших электронных проектов – регуляторы и преобразователи напряжения

Описание

Научитесь обеспечивать стабильный источник электроэнергии для ваших электронных проектов. В этой статье мы обсудим подключение нескольких популярных регуляторов и преобразователей напряжения.

Автор

Мастерская DroneBot

Имя издателя

Мастерская DroneBot

Логотип издателя

Управляемый контроллером понижающий регулятор напряжения постоянного тока в постоянный

Описание

Блок понижающего преобразователя представляет собой преобразователь, который понижает напряжение постоянного тока, управляемое подключенным контроллером и генератором стробирующих сигналов. Понижающие преобразователи также известны как понижающие регуляторы напряжения, потому что они уменьшают величина напряжения.

Блок Buck Converter позволяет моделировать асинхронный преобразователь с одним коммутационным устройством или синхронный преобразователь с двумя коммутационные устройства. Варианты типа коммутационных аппаратов:

  • GTO – Затвор запирающий тиристор. Для получения информации о ВАХ устройство, см. GTO.

  • Идеальный полупроводниковый переключатель – Информация об ВАХ устройства, см. Идеальный полупроводниковый переключатель.

  • IGBT – биполярный транзистор с изолированным затвором. Для получения информации о ВАХ устройства, см. IGBT (Ideal, Switching).

  • MOSFET – N-канальный полевой транзистор металл-оксид-полупроводник. Для информации о ВАХ устройства см. MOSFET (Ideal, Switching).

  • Тиристор – Для получения информации о ВАХ устройства см. Тиристор (кусочно-линейный).

  • Переключатель усреднения.

Модель

Есть три варианта модели блока. Чтобы получить доступ к варианты модели, в модели в окне щелкните блок правой кнопкой мыши. В контекстном меню выберите Simscape > Выбор блока .

Варианты моделей:

  • Порт управления PS – Асинхронный преобразователь с физическим сигнальным портом. Этот блок выбран по умолчанию.

  • Порты электрического управления – Асинхронный преобразователь с одним плюсом и один отрицательный электрический порт сохранения. Для управления коммутационным устройством ворота с использованием Simscape ™ Блоки Electrical ™, выберите эту опцию.

  • Синхронный преобразователь – Синхронный преобразователь с электрическим консервационный порт.

Модели асинхронных понижающих преобразователей содержат коммутирующее устройство: диод, катушка индуктивности и выходной конденсатор.

Модель синхронного понижающего преобразователя содержит два переключающих устройства, индуктор, и выходной конденсатор.

В каждом случае конденсатор сглаживает выходное напряжение.

Защита

Для модели синхронного преобразователя вы можете включить встроенный защитный диод для коммутационного устройства S2. Встроенный диод защищает полупроводниковый прибор от обеспечение пути проводимости для обратного тока.Индуктивная нагрузка может вызвать высокий всплеск обратного напряжения, когда полупроводниковый прибор внезапно выключает подача напряжения на нагрузку.

Чтобы включить и настроить блок внутренних защитных диодов, используйте Параметры диода . В этой таблице показано, как установить Модель динамики параметра исходя из ваших целей.

Цели Значение для выбора Диод интегральной защиты
Не включать защиту. Нет Нет
Включите защиту. Установите приоритет скорости моделирования. Диод без динамики Диодный блок
Приоритет точности модели путем точного определения заряда в обратном режиме динамика. Диод с динамикой заряда Динамическая модель диодного блока

Вы также можете включить демпферную схему для каждого переключающего устройства.Цепи демпфера содержат последовательно соединенные резистор и конденсатор. Они защищают коммутационные устройства от высоких напряжений, которые создают индуктивные нагрузки, когда устройство отключает подачу напряжения на нагрузку. Демпферные схемы также предотвращают чрезмерные скорости изменения тока при включении переключающего устройства.

Чтобы включить и настроить схему демпфера для каждого коммутационного устройства, используйте Демпферы параметров.

Управление затвором

Для подключения сигналов напряжения управления затвором к портам затвора коммутатора. устройств, для:

  • Модель порта управления PS:

  • Порты электрического управления Модель:

    1. Подключите сигнал положительного напряжения постоянного тока в электрической области Simscape к порту G + .

    2. Подключите сигнал отрицательного напряжения постоянного тока в электрической области Simscape к порту G- .

  • Модель синхронного преобразователя:

    1. Преобразуйте каждый сигнал напряжения управления затвором Simulink в физический сигнал с использованием Simulink-PS Конвертерные блоки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *