Импульсный стабилизатор напряжения: принцип работы, преимущества и применение

Что такое импульсный стабилизатор напряжения. Как работает импульсный стабилизатор. Какие преимущества у импульсных стабилизаторов перед линейными. Где применяются импульсные стабилизаторы напряжения. Какие бывают виды импульсных стабилизаторов.

Что такое импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения — это устройство, предназначенное для поддержания постоянного напряжения на выходе при изменении входного напряжения или нагрузки. В отличие от линейных стабилизаторов, импульсные работают в ключевом режиме, что обеспечивает высокий КПД.

Основные компоненты импульсного стабилизатора:

• Ключевой элемент (транзистор)
• Накопитель энергии (дроссель или трансформатор)
• Выпрямитель (диод)
• Выходной фильтр (конденсатор)
• Схема управления

Принцип работы импульсного стабилизатора

Как работает импульсный стабилизатор напряжения:

1. Ключевой элемент периодически включается и выключается с высокой частотой (десятки-сотни кГц)
2. При включении ключа энергия запасается в дросселе или трансформаторе
3. При выключении ключа энергия из дросселя/трансформатора передается в нагрузку
4. Выходной фильтр сглаживает пульсации
5. Схема управления регулирует скважность импульсов для поддержания постоянного выходного напряжения

Виды импульсных стабилизаторов

Существует несколько основных топологий импульсных стабилизаторов:

• Понижающий (buck) — выходное напряжение ниже входного
• Повышающий (boost) — выходное напряжение выше входного
• Инвертирующий (buck-boost) — выходное напряжение противоположной полярности
• SEPIC — выходное напряжение может быть выше или ниже входного

Преимущества импульсных стабилизаторов

Основные преимущества импульсных стабилизаторов по сравнению с линейными:

• Высокий КПД (до 95% и выше)
• Малые габариты и вес
• Возможность как понижать, так и повышать напряжение
• Работа в широком диапазоне входных напряжений
• Низкое тепловыделение

Применение импульсных стабилизаторов

Импульсные стабилизаторы напряжения широко применяются в следующих областях:

• Источники питания электронной аппаратуры
• Зарядные устройства
• Светодиодные драйверы
• Автомобильная электроника
• Телекоммуникационное оборудование
• Промышленная автоматика

Ключевые параметры импульсных стабилизаторов

При выборе импульсного стабилизатора следует учитывать следующие ключевые параметры:

• Диапазон входных напряжений
• Выходное напряжение и ток
• КПД
• Частота преобразования
• Уровень пульсаций выходного напряжения
• Точность стабилизации
• Температурный диапазон

Схемотехника импульсных стабилизаторов

Рассмотрим основные схемотехнические решения, применяемые в импульсных стабилизаторах напряжения:

Понижающий стабилизатор (buck converter)

Схема понижающего преобразователя содержит следующие ключевые элементы:

• Силовой ключ (MOSFET транзистор)
• Диод Шоттки
• Индуктивность
• Выходной конденсатор
• ШИМ-контроллер

Принцип работы заключается в периодическом подключении входного напряжения к LC-фильтру. Когда ключ открыт, ток через индуктивность нарастает, запасая энергию. При закрытии ключа энергия отдается в нагрузку через диод.

Повышающий стабилизатор (boost converter)

Основные компоненты повышающего преобразователя:

• Входная индуктивность
• Силовой ключ
• Выходной диод
• Выходной конденсатор
• ШИМ-контроллер

При открытом ключе ток через индуктивность нарастает. После закрытия ключа ЭДС самоиндукции добавляется к входному напряжению, заряжая выходной конденсатор через диод.

Особенности применения импульсных стабилизаторов

При использовании импульсных стабилизаторов следует учитывать некоторые особенности:

• Генерация электромагнитных помех на частоте преобразования
• Необходимость применения входных и выходных фильтров
• Более сложная схемотехника по сравнению с линейными стабилизаторами
• Возможность возникновения колебаний при неправильном выборе компонентов

Правильный выбор компонентов и грамотная разводка печатной платы позволяют минимизировать эти недостатки.

Современные тенденции в импульсных стабилизаторах

В настоящее время наблюдаются следующие тенденции в развитии импульсных стабилизаторов напряжения:

• Повышение рабочих частот до единиц МГц
• Интеграция силовых ключей в микросхемы контроллеров
• Применение синхронных выпрямителей вместо диодов
• Использование цифровых методов управления
• Миниатюризация компонентов

Эти инновации позволяют создавать еще более компактные и эффективные импульсные стабилизаторы напряжения.

Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора. Видео.

---

---

Из этой статьи вы узнаете о:

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

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

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

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

Разобранный импульсный стабилизатор

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

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

Принцип работы импульсных преобразователей

Принцип работы импульсного стабилизатора

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

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

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

Стабилизатор с использованием ШИМ

---

---

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

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

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

Принципиальная схема стабилизатора ШИМ

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

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

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

Преобразователь с триггером Шмитта

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

Стабилизатор с триггером Шмитта

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

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

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

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

Схема снижающего импульсного стабилизационного прибора

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

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

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

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

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

Снижающий импульсный стабилизатор

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

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

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

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

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

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

Преимущества

Преимуществами этих устройств являются:

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

Недостатки

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

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

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

Сферы применения

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

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

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

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

Внешний вид

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

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

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

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

Важные характеристики

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

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

Вторым важным параметром является наиболее высокий уровень тока на выходе.

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

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

Важной характеристикой любого импульсного преобразователя является точность напряжения на выходе.

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

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

---

---

Стабилизатор «Лидер» — отличное качество по приемлемой цене. Видео. Подключение стабилизатора напряжения пошаговая инструкция Стабилизатор напряжения Штиль R600T обеспечит надежную работу электроники Электромеханический стабилизатор напряжения пережиток прошлого или выгодное решение?

Импульсный стабилизатор напряжения его назначение и сфера применения

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

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

Что представляет собой импульсный стабилизатор

Прибор, состоящий из двух основных узлов:

• Интегрирующего;
• Регулировки.

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

Устройство импульсного прибора

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

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

Могут использоваться импульсные повышающие стабилизаторы напряжения и в сетях с переменным током для преобразования его в постоянный.

Приборы этого класса также находят применение в качестве источников питания для мощных светодиодов, подзарядки аккумуляторов.

Как работает оборудование

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

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

В качестве регулирующего элемента в нем могут использоваться следующие детали:

• Тиристор;
• Транзисторы.

В роли интегрирующих узлов прибора выступают:

• Дроссель;
• Батарея;
• Конденсатор.

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

1. ШИМ;
2. С триггером Шмитта.

Рассмотрим, чем отличаются эти две разновидности импульсных стабилизаторов напряжения.

Модели ШИМ

Модель ШИМ

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

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

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

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

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

Приборы с триггером Шмитта

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

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

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

Классификация приборов

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

• Инвертирующие;
• Произвольно изменяющие напряжение.

В качестве ключа могут использоваться такие детали, как:

• Транзисторы;
• Тиристоры.

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

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

Достоинства и недостатки стабилизаторов

Модульный стабилизатор

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

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

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

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

Допустимый диапазон частот

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

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

Применение устройств в сетях переменного тока

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

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

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

Обзор производителей

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

Продукция Smartmodule

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

• Hobbywing;
• Smartmodule.

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

Заключение

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

Импульсный стабилизатор 12В

Для чего в автомобиле нужен стабилизатор напряжения? Не все знают, что многие светодиодные осветительные приборы, не имеющие встроенного стабилизатора, рассчитаны на напряжение питания 12В +-10%. Однако при заведенном двигателе в бортовой сети автомобиля напряжение должно находиться в районе 14В, чтобы генератор мог зарядить аккумулятор. Яркий пример — светодиодные ленты.

В это трудно поверить, но при превышении напряжения питания всего на 2 Вольта, ток через диоды увеличивается в 2 раза. Такие особенности схемы включения трех диодов через резистор. Чтобы предотвратить выход из строя светодиодов ленты, их желательно запитывать через стабилизатор напряжения.

Популярна схема на интегральном стабилизаторе 7812. Но опять не все знают, что разница напряжения между входом и выходом у него составляет 2-2,5В. То есть, как стабилизатор он работает при напряжении питания выше 14-14,5В, а при напряжении ниже этих значений лишь понижает входное напряжение на 2В. Так как это линейный стабилизатор, то при больших токах он сильно греется и требует радиатор. Его максимальный ток 1-1,5А.

Импульсные стабилизаторы могут выдавать значительный ток без нагрева. Им не нужен радиатор.
Данный стабилизатор имеет падение напряжения всего 0,5В при токе нагрузки до 2А.

Стабилизатор напряжения:
Входное напряжение 12,5…20 В.
Выходное напряжение 12+-1% (можно перенастроить при заказе).
Выходной максимальный ток 2 А.
Падение напряжения 0,5 В.
Габариты 50х15х17 мм.
На плате мощный дроссель с низким сопротивлением, диод Шоттки, входные и выходные керамические конденсаторы большой емкости.
Защита от перегрева и ограничение тока на уровне 4 А.
Гарантия 2 года.

Мощность нагрузки	24 W
Разъемы	Разъемы
Плавное включение	Резкое
Напряжение	12. 5-20В
Длина	50 mm
Вес	12 g
Гарантия	2 года

Categories:

Average customer rating: (1) 5.00 out of 5 stars

1
0
0
0
0

• Импульсный Стабилизатор 12 в

  By Переверзев Павел June 15, 2019 11:19

  Пользуюсь услугами фирмы не первый раз, все быстро, качественно и надежно. Отправка заказов один-два дня, трек отслеживается. Время доставки до Москвы составило 4 дня, но это почта России, тут ничего личного — конкретного. Стабилизаторы качественные и надежные, свой ток держат. Использую для защиты светиков от гены в машине.

Read all 1 review on Импульсный стабилизатор 12В

Руководство для начинающих по импульсным регуляторам

Руководство для начинающих по переключению регуляторов

Что не так с линейным регулятором?
Линейные стабилизаторы отлично подходят для питания очень маломощных устройств. Они просты в использовании и дешевы, поэтому пользуются большой популярностью. Однако из-за судя по тому, как они работают, они крайне неэффективны.

Линейный регулятор работает, беря разницу между входное и выходное напряжения, и просто сжигая его как отработанное тепло. Чем больше разница между входным и выходным напряжением, тем больше производится тепло. В большинстве случаев линейный регулятор тратит больше энергии. понижение напряжения, чем оно на самом деле подается на целевое устройство!

С типичной эффективностью 40% и достигающей всего 14%, линейное регулирование напряжения генерирует много отработанного тепла, которое должно быть рассеивается громоздкими и дорогими радиаторами. Это также означает снижение время автономной работы для ваших проектов.

Даже новые регуляторы LDO (с малым падением напряжения) все еще неэффективные линейные регуляторы — они просто дают вам больше гибкости с входное напряжение падает.

Чем импульсный регулятор лучше?
Импульсный регулятор работает, беря небольшие порции энергии, шаг за шагом. бит, от источника входного напряжения, и перемещение их на выход. Этот осуществляется с помощью электрического выключателя и контроллера который регулирует скорость, с которой энергия передается на выходе (отсюда термин «переключающий регулятор»).

Энергетические потери, связанные с перемещением порций энергии вокруг таким образом относительно невелики, и в результате переключение Регулятор обычно может иметь КПД 85%. Поскольку их эффективность менее зависимы от входного напряжения, могут питать полезные нагрузки от источники более высокого напряжения.

Импульсные регуляторы используются в таких устройствах, как портативные телефоны, игровые платформы, роботы, цифровые камеры и ваши компьютер.

Импульсные регуляторы представляют собой сложные схемы для проектирования, и в качестве В результате они не очень популярны среди любителей. Однако Dimension Engineering создает импульсные стабилизаторы, которые еще проще использовать, чем линейные регуляторы, потому что они используют ту же 3-контактную форму фактором, но не требуют никаких внешних конденсаторов.

Что могут импульсные регуляторы, чего не могут линейные регуляторы?
При высоком входном напряжении можно управлять нагрузкой более 200 мА с линейный регулятор становится крайне непрактичным. Большинство людей используют в этих ситуациях отдельный аккумуляторный блок, поэтому у них один аккумулятор пакет для высоковольтных устройств и один для низковольтных устройств. Этот означает, что у вас в два раза больше аккумуляторов, которые нужно не забыть зарядить, и в два раза хлопот! Импульсный стабилизатор может легко питать большие нагрузки от высокое напряжение и избавит вас от необходимости тратиться на дополнительный аккумулятор.

Некоторые типы импульсных стабилизаторов также могут повышать напряжение. Линейный регуляторы не могут этого сделать. Всегда.

Как узнать, нужен ли мне импульсный стабилизатор?
Как правило, если ваше линейное напряжение решение для регулирования тратит менее 0,5 Вт мощности, импульсный регулятор будет излишним для вашего проекта. Если ваш линейный регулятор тратит впустую несколько ватт энергии, вы наверняка захотите замените его переключателем! Вот как рассчитать потери мощности:

Уравнение для потерянной мощности в линейном регуляторе:

Потери мощности = (входное напряжение – выходное напряжение) * ток нагрузки

Например, допустим, у вас есть свинцово-кислотная батарея на 12 В. батарея, и вы хотите запитать микроконтроллер, который потребляет 5 мА, и ультразвуковой дальномер, который потребляет 50 мА. И микроконтроллер, и ультразвуковой дальномер работает от 5В. Вы используете LM7805 (очень общий линейный регулятор), чтобы снизить напряжение до 5 В с 12 В.

Потеря мощности = (12 В – 5 В) * (0,050 А + 0,005 А) = 0,385 Вт

0,385 Вт не так уж плохо для потери мощности. LM7805 может обрабатывать это без большого радиатора. Вы могли бы получить больше времени автономной работы, если бы вы используется импульсный регулятор, но в этом случае потребляемая мощность так низко, что срок службы батареи в любом случае будет очень долгим.

Теперь давайте расширим этот пример и добавим два сервопривода. которые потребляют в среднем 0,375 А каждый, а также работают от источника питания 5 В. Сколько энергии сейчас тратится впустую в линейном регуляторе?

Потеря мощности = (12 В – 5 В) * (0,050 А + 0,005 А + 0,375 А + 0,375 А) = 5,635 Вт

5,6 Вт — это много отработанного тепла! Без большого радиатора LM7805 нагревался бы так, что сам отпаивался бы или плавился. макет или победить Айсмена. Даже с радиатором 5.6Вт тоже много жизни, чтобы высосать из вашей батареи без причины. Переключение регулятор, такой как DE-SW050, будет очень полезен в этом случае и снизит потери мощности примерно до 0,5 Вт.

Импульсный регулятор действительно стоит 10+ баксов?
Последнее, что нужно учитывать, это, конечно же, стоимость. Если твой проект дешев и достаточно прост, чтобы импульсный регулятор утроить стоимость всего проекта, то импульсный регулятор может будет трудно оправдаться. Однако, если вы строите более продвинутого робота, самолет и т. д., а регулятор переключения добавляет 15% к вашим затратам, но дает вам на 35% больше времени автономной работы, тогда это хорошая сделка, верно?

Я не дурак. Я знаю, ты просто пытаешься продавать свою продукцию. Почему я должен купить импульсный регулятор именно у вас а не от другого?
Наши регуляторы легкие, маленькие, эффективные, имеют широкий диапазон ввода, имеют четкую маркировку и еще проще в использовании, чем линейный регулятор. Они также дешевле, чем другие регуляторы с аналогичным технические характеристики. К тому же, в отличие от других компаний, мы вас не порвем. от доставки. Мы ненавидим, когда с нами так поступают!

Где я могу найти дополнительную информацию об импульсных регуляторах?
Попробуйте найти «баксовый преобразователь», «повышающий преобразователь» или «преобразователь постоянного тока» и вы должны найти несколько хороших учебников.

Импульсные регуляторы

— Infineon Technologies

Подкатегории импульсных регуляторов

Infineon Technologies предлагает импульсные регуляторы постоянного/постоянного тока, отвечающие требованиям широкого спектра промышленных приложений. Являясь лидером на рынке полупроводниковых и энергосберегающих источников питания, компания Infineon предлагает широкий набор лучших в своем классе систем управления питанием, которые удовлетворяют потребности современных потребителей.

Наши интегральные схемы импульсных регуляторов (ИС) предназначены для использования в различных приложениях, включая промышленную автоматизацию, управление зданиями, зарядные устройства, измерительные системы, приводы двигателей и приложения для автомобильной промышленности. Наш многолетний опыт в области энергетических технологий позволяет нам постоянно совершенствовать нашу продукцию, чтобы предлагать клиентам решения для многорыночных приложений.

Источник питания с импульсным стабилизатором представляет собой высокоэффективный преобразователь постоянного тока в постоянный, который при необходимости может преобразовывать входной постоянный ток в выходной постоянный ток с другим напряжением. Импульсные регуляторы имеют низкие токи покоя (или токи в режиме ожидания), что означает, что они не потребляют много энергии, когда не активны. Это делает переключатели-регуляторы очень экономичными, поскольку они значительно снижают потребление энергии и продлевают время работы систем с батарейным питанием.

По сравнению с линейными стабилизаторами, импульсные стабилизаторы имеют более сложную конструкцию, которая дает им большую мощность для управления мощностью и возможность создавать стабилизированное выходное напряжение из различных входных напряжений. По этой причине ИС импульсных регуляторов напряжения в последнее время становятся все более популярными, поскольку они обеспечивают большую эффективность и гибкость для пользователя.

 

Ассортимент продукции Infineon Switching Regulator IC

Импульсные регуляторы постоянного/постоянного тока от Infineon обеспечивают уникальное сочетание технических характеристик и высокого качества. Наши регуляторы доступны с выходным напряжением 12 В, 5 В, 3,3 В и регулируемым выходным напряжением, а также с высокой и низкой частотой переключения до 2,2 МГц и предлагают несколько функций защиты и управления, предназначенных для обеспечения надежности, защиты источника питания и устойчивости к выходному напряжению. Они обеспечивают широкий рабочий диапазон напряжения питания, а также ограничение тока и защиту от перегрева для повышения безопасности и энергосбережения. Встроенная функция плавного пуска ограничивает пиковый ток, а также превышение напряжения при запуске.

Импульсные стабилизаторы напряжения Infineon оптимизированы для обеспечения надежной и долговременной работы и имеют прочную и компактную конструкцию, что делает их очень подходящими для суровых условий эксплуатации. Наши экологически чистые промышленные импульсные регуляторы соответствуют требованиям RoHS и мировым стандартам экологической безопасности.

 

Основные характеристики:

• Широкий рабочий диапазон напряжения питания
• Низкое потребление тока
• Ограничение тока и защита от перегрева
• Встроенный плавный пуск, функции синхронизации
Продукция
• Green соответствует требованиям RoHS
• Прочная конструкция для долговременной работы

 

Типы импульсных регуляторов

Компания Infineon предлагает три типа неизолированных импульсных стабилизаторов постоянного/постоянного тока: понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) и повышающий понижающий (повышающий/понижающий). . Эти регуляторы постоянного/постоянного тока могут генерировать постоянный выходной ток (DC) из постоянного входного тока (DC) другого напряжения. Выходной результат может быть выше или ниже входного напряжения или иметь инвертированную полярность.

Понижающие, повышающие и понижающе-повышающие регуляторы напряжения состоят из катушки индуктивности, полупроводникового переключателя, диода и конденсатора. Типичными приложениями для этих типов импульсных стабилизаторов являются системы, такие как распределенные шины питания в ПК и ноутбуках, зарядные устройства для аккумуляторов, солнечные зарядные устройства и т. д., где важно, чтобы мощность преобразовывалась локально с минимальными потерями.

Понижающий импульсный стабилизатор IC

Наиболее широко используемые стабилизаторы, понижающие импульсные регуляторы (также известные как понижающий преобразователь), преобразуют нестабилизированное высокое входное напряжение в стабилизированное низкое выходное напряжение той же полярности. Этот тип импульсного понижающего преобразователя использует транзистор в качестве переключателя, который попеременно подключает и отключает прямой входной ток на катушку индуктивности. Преобразование включает временное разделение входного тока с помощью переключателя. Затем результат сглаживается конденсатором для получения желаемого выходного напряжения.

Понижающие преобразователи особенно полезны в тех случаях, когда напряжение, генерируемое источником питания, больше напряжения, необходимого для питания нагрузки. Например, импульсный стабилизатор напряжения на 5 В можно использовать для преобразования входного напряжения 12 В в выходное напряжение 5 В, если это необходимо.

Повышающий импульсный стабилизатор IC

Повышающие импульсные стабилизаторы (также известные как повышающие импульсные стабилизаторы) преобразуют нестабилизированное низкое входное напряжение в стабилизированное высокое выходное напряжение той же полярности. В них используются те же компоненты, что и в понижающих регуляторах, но с другой конфигурацией. Когда переключатель включен, входное напряжение принудительно проходит через индуктор, а ток увеличивается или «повышается» для достижения более высокого выходного результата.

Повышающие преобразователи особенно полезны в тех случаях, когда напряжение, генерируемое источником питания, ниже напряжения, необходимого для питания нагрузки. Например, повышающий стабилизатор на 5 В можно использовать для преобразования входного напряжения 3,3 В в выходное напряжение 5 В, если это необходимо.

Понижающий повышающий импульсный регулятор IC

Понижающий повышающий импульсный регулятор (также известный как повышающий/понижающий регулятор) представляет собой преобразователи мощности, которые понижают, повышают или инвертируют входное напряжение в зависимости от контроллера. Доступные на 3,3 В, 5 В и 12 В, понижающие повышающие стабилизаторы сочетают в себе функции понижающего и повышающего регуляторов и имеют широкий диапазон для облегчения как минимального, так и максимального входного тока.

Понижающие повышающие преобразователи особенно полезны в тех случаях, когда требуется широкое входное напряжение. Например, повышающий преобразователь на 5 В можно использовать для преобразования входного напряжения 12 В или 3 В в выходное напряжение 5 В, если это необходимо.

Для получения дополнительной информации об импульсных стабилизаторах напряжения Infineon и других электронных компонентах из нашего ассортимента свяжитесь с одним из членов команды сегодня или изучите наш раздел поддержки.

Линейные и импульсные регуляторы напряжения

: введение

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

Опубликовано 11 августа 2021 г.

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

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

Содержание

Линейные регуляторы

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

Линейные регуляторы обычно состоят как минимум из трех контактов – входного входа, выходного контакта и контакта заземления.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Импульсные регуляторы

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

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

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

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

Понижающие (понижающие) импульсные регуляторы

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

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

Повышающие импульсные регуляторы

Повышающий преобразователь способен развивать более высокое напряжение на выходе, чем на входе. Например, повышающий преобразователь можно использовать для получения постоянного напряжения 5 В или 12 В постоянного тока от одной литий-ионной батареи на 3,7 В постоянного тока.

Импульсные регуляторы Buck/Boost (понижающие/повышающие)

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

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

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

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

Сводка общих спецификаций для регуляторов напряжения

Независимо от того, является ли стабилизатор напряжения линейным регулятором или импульсным регулятором, разработчикам необходимо базовое понимание параметров, характеризующих работу регулятора.

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

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

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

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

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

Линейные регуляторы подавляют входные пульсации без добавления дополнительных пульсаций. Их способность подавлять пульсации определяется коэффициентом подавления источника питания (PSRR). Чем выше PSRR, тем лучше линейный регулятор подавляет любые пульсации входного напряжения.

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

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

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

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

Несмотря на то, что они не связаны с пульсациями, те же методы, которые уменьшают пульсации на выходе, также обычно уменьшают шум – в основном, это использование шумоподавляющего конденсатора.

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

Переходная нагрузка: Это мера реакции выходного напряжения на резкое скачкообразное изменение тока нагрузки. Обычно имеет место небольшое превышение или понижение выходного напряжения, когда схема стабилизатора пытается восстановиться и обеспечить стабильное выходное напряжение.

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

Переходный процесс в линии: Это мера реакции выходного напряжения на резкое скачкообразное изменение входного напряжения. Как и при переходных процессах нагрузки, выходное напряжение будет иметь небольшой выброс или понижение, поскольку петля обратной связи регулятора реагирует на внезапное изменение. Регуляторы с высоким значением PSRR (т. е. с низкими пульсациями на выходе) обычно имеют наилучшие переходные характеристики в линии.

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

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

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

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

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

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

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

Эффективность = 3,3 В постоянного тока / 5 В постоянного тока = 66 % КПД падает до

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

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

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

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

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

На самом деле, входной ток всегда будет меньше, чем выходной ток для понижающего регулятора, и всегда будет выше, чем выходной ток для повышающего регулятора.

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

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

Электромагнитные помехи (EMI)

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

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

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

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

Заключение

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

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