Что такое импульсный стабилизатор напряжения. Как работает импульсный стабилизатор. Какие преимущества у импульсных стабилизаторов перед линейными. Где применяются импульсные стабилизаторы напряжения. Какие основные типы импульсных стабилизаторов существуют.
Что такое импульсный стабилизатор напряжения и как он работает
Импульсный стабилизатор напряжения — это устройство, предназначенное для преобразования входного постоянного напряжения в стабилизированное выходное напряжение заданной величины. В отличие от линейных стабилизаторов, импульсные работают в ключевом режиме, что обеспечивает их высокую эффективность.
Принцип работы импульсного стабилизатора основан на периодическом включении и выключении силового ключа (как правило, транзистора). При этом входное напряжение преобразуется в последовательность импульсов, которые затем сглаживаются LC-фильтром. Длительность импульсов регулируется системой управления для поддержания заданного выходного напряжения.
Основные компоненты импульсного стабилизатора напряжения
В состав типичного импульсного стабилизатора входят следующие ключевые компоненты:
- Силовой ключ (транзистор)
- Диод
- Дроссель
- Конденсатор
- ШИМ-контроллер
- Цепь обратной связи
Силовой транзистор периодически коммутирует входное напряжение. Диод обеспечивает протекание тока в дросселе при закрытом транзисторе. Дроссель и конденсатор образуют LC-фильтр для сглаживания пульсаций. ШИМ-контроллер управляет коэффициентом заполнения импульсов для стабилизации выходного напряжения.
Преимущества импульсных стабилизаторов перед линейными
Импульсные стабилизаторы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с линейными:
- Высокий КПД (до 95% и выше)
- Меньшие габариты и вес
- Возможность как понижения, так и повышения напряжения
- Работа в широком диапазоне входных напряжений
- Низкое тепловыделение
Главное преимущество — высокая эффективность, обусловленная ключевым режимом работы. Это позволяет снизить потери мощности и тепловыделение, уменьшить габариты. КПД может достигать 95% и выше, в то время как у линейных стабилизаторов редко превышает 50-60%.
Основные типы импульсных стабилизаторов напряжения
Выделяют три основные топологии импульсных стабилизаторов:
- Понижающий (buck)
- Повышающий (boost)
- Инвертирующий (buck-boost)
Понижающий стабилизатор преобразует входное напряжение в более низкое выходное. Повышающий, наоборот, формирует выходное напряжение выше входного. Инвертирующий может как повышать, так и понижать напряжение, а также менять его полярность.
Области применения импульсных стабилизаторов напряжения
Импульсные стабилизаторы находят широкое применение в различных областях электроники и электротехники:
- Источники питания компьютеров и ноутбуков
- Системы электропитания в автомобилях
- Светодиодные драйверы
- Промышленные источники питания
- Телекоммуникационное оборудование
Они особенно эффективны в устройствах с батарейным питанием, где важна высокая эффективность для продления времени автономной работы.
Особенности проектирования импульсных стабилизаторов
При разработке импульсных стабилизаторов необходимо учитывать ряд важных аспектов:
- Выбор оптимальной частоты коммутации
- Расчет параметров силовых компонентов
- Проектирование системы управления и обратной связи
- Обеспечение электромагнитной совместимости
- Тепловой расчет и выбор системы охлаждения
Важно найти баланс между эффективностью, габаритами, стоимостью и электромагнитными помехами. Более высокие частоты позволяют уменьшить размеры компонентов, но приводят к росту коммутационных потерь.
Современные тенденции в развитии импульсных стабилизаторов
Основные направления совершенствования импульсных стабилизаторов включают:
- Повышение рабочих частот (до единиц и десятков МГц)
- Улучшение динамических характеристик
- Интеграция силовых ключей и драйверов в одном корпусе
- Применение новых магнитных материалов
- Развитие цифровых методов управления
Это позволяет создавать все более компактные и эффективные решения для различных приложений. Важную роль играет также снижение стоимости и повышение надежности импульсных стабилизаторов.
Сравнение импульсных и линейных стабилизаторов напряжения
Хотя импульсные стабилизаторы имеют ряд преимуществ, в некоторых случаях линейные стабилизаторы могут быть предпочтительнее:
| Параметр | Импульсный стабилизатор | Линейный стабилизатор |
|---|---|---|
| КПД | Высокий (до 95% и выше) | Низкий (обычно менее 50%) |
| Габариты | Меньше при высоких мощностях | Меньше при низких мощностях |
| Уровень пульсаций | Выше | Ниже |
| Электромагнитные помехи | Выше | Ниже |
| Скорость реакции | Ниже | Выше |
Линейные стабилизаторы предпочтительны в маломощных устройствах, требующих низкого уровня шумов и пульсаций, например, в аудиотехнике или прецизионных измерительных приборах.
Импульсные стабилизаторы напряжения | Основы электроакустики
Импульсные стабилизаторы напряжения
Импульсные ИСН обладают по сравнению с линейными рядом преимуществ. КПД их несравненно выше, так как благодаря использованию ключевого режима работы регулирующего транзистора средняя рассеиваемая на нем мощность оказывается значительно ниже, чем в линейном стабилизаторе. Малые тепловые потери позволяют во многих случаях отказаться от применения теплоотводов или существенно уменьшить их габариты. Кроме того, наряду с обычным режимом понижения входного напряжения, импульсные ИСН могут работать в режиме его повышения и инвертирования.
Рассмотрим принцип действия понижающего, повышающего и инвертирующего стабилизаторов напряжения, упрощенные структурные схемы силовой части которых изображены соответственно на рис. 17.10 а, б, в.
Регулирующий транзистор VT переключается с определенной частотой устройством управления (УУ) из состояния насыщения в состояние отсечки.
В узле накопления энергии, содержащим катушку индуктивности L и конденсатор С, импульсы преобразуются в постоянное напряжение, величина которого зависит от скважности и частоты управляющих импульсов, которые, в свою очередь, определяются разностью между опорным и фактическим выходным напряжением. Управляющие импульсы переменной скважности формируются в УУ специальной схемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Для понижающего стабилизатора, когда VT находится в состоянии насыщения, диод VD закрыт, через катушку L течет линейно возрастающий ток, и в это время происходит накопление энергии и заряд конденсатора С. Когда VT переходит в состояние отсечки, ток через катушку начинает уменьшаться, полярность напряжения на ней изменяется за счет самоиндукции, открывается диод, и катушка становится источником питания нагрузки. Затем процесс повторяется. Работа стабилизатора поясняется временными диаграммами, изображенными на рис.17.11. Постоянная составляющая напряжения на выходе зависит от соотношения времени запертого и открытого состояний транзистора VT, т.
е. от скважности импульсов на выходе УУ.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. Возьмем для примера, что входное напряжение увеличилось. В первый момент выходное напряжение также будет увеличиваться.
В этом случае УУ уменьшает длительность импульса, при котором транзистор VT открыт. В этом случае постоянная составляющая выходного напряжения уменьшается, т.е. происходит его стабилизация.
Рис.17.10. Структурная схема понижающего (а), повышающего (б) и инвертирующего (в) импульсных стабилизаторов напряжения
Рис.17.11. Временные диаграммы работы понижающего импульсного стабилизатора напряжения
Аналогично работают повышающий и инвертирующий стабилизаторы с той разницей, что благодаря другому порядку включения катушки, диода и транзистора в повышающем стабилизаторе выходное напряжение остается суммой входного напряжения и напряжения на катушке, а в инвертирующем – напряжение на катушке, приложенное к выходу стабилизатора через диод, получается отрицательным.
Существуют также импульсные стабилизаторы напряжения, в которых в качестве узла накопления энергии используется импульсный трансформатор. Достоинство таких стабилизаторов, а точнее преобразователей напряжения (они могут быть как повышающими, так понижающими и инвертирующими) – гальваническая развязка между источником входного напряжения и нагрузкой, и возможность получения нескольких выходных напряжений. Принцип работы такого преобразователя, получившего название обратноходового, рассмотрим по упрощенной структурной схеме, изображенной на рис.17.12.
Рис. 17.12. Структурная схема обратноходового импульсного стабилизатора напряжения
Обмотки трансформатора фазированы таким образом, что когда транзистор VT находится в состоянии насыщения и через первичную коллекторную обмотку течет линейно нарастающий ток, полярность напряжения на диоде обратная, и ток через вторичную обмотку не идет. Происходит накопление энергии в трансформаторе.
Когда VT переходит в состояние отсечки, полярность напряжения на вторичной обмотке изменяется, открывается диод, и через нагрузку начинает течь ток, который поддерживается зарядом конденсатора С. Нетрудно заметить, что работа обратноходового преобразователя аналогична работе инвертирующего стабилизатора (рис.17.10, в). Импульсный трансформатор может иметь несколько вторичных обмоток с соответствующим образом включенными диодами, и таким образом становится возможным получение двух и более (в том числе разнополярных) выходных напряжений.
Определенным недостатком импульсных стабилизаторов по сравнению с линейными является наличие у них переменной составляющей тока нагрузки, поэтому импульсные ИСН не применяют в аналоговых устройствах со слабыми сигналами, или же используют совместно с линейными стабилизаторами.
Практически все современные импульсные стабилизаторы содержат регулирующий транзистор VT (биполярный или МОП) и устройство управления, а диод, катушка и конденсаторы являются внешними элементами.
Типовая структурная схема устройства управления с ШИМ изображена на рис.17.13 и содержит такой же, как и в линейном стабилизаторе ИОН и усилитель ошибки DA1, выход которого подключен к одному из входов компаратора напряжения DA2.
Рис.17.13. Структурная схема устройства управления ИСН
На другой вход компаратора подается пилообразное напряжение от специального генератора ГЛИН. В результате на выходе компаратора получаются импульсы переменной скважности, определяемой разностью между опорным напряжением и частью выходного напряжения, подаваемого на усилитель DA1с резистивного делителя R1, R2. Эти импульсы усиливаются буферным усилителем и подаются на базу регулирующего транзистора. Для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением резистивный делитель устанавливается внутри микросхемы, для стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением применяют внешний делитель, сопротивления резистора которого определяют величину выходного напряжения.
Диод VD должен иметь малое прямое падение напряжения и минимальное время переключения, поэтому обычно используются диоды Шоттки.
В качестве примера реализации на рис.17.14 приведена принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения на ИМС LM2594-5.0. Стабилизатор имеет всего четыре внешних элемента и полностью соответствует типовой схеме понижающего стабилизатора вместе с устройством управления.
Рис.17.14. Принципиальная схема понижающего стабилизатора напряжения
новое поколение импульсных стабилизаторов Mornsun
10 июля 2019
телекоммуникациитерминалы продажуправление питаниемответственные примененияMornsunстатьяисточники питания
Сергей Миронов (КОМПЭЛ)
В качественных импульсных стабилизаторах семейства R78xxR3 производства Mornsun используется оригинальная микросхема собственной разработки, что привело к существенному снижению общей стоимости изделий.
Практически во всех радиоэлектронных устройствах массово применяются линейные понижающие стабилизаторы напряжения типа КРЕН в корпусе TO220 (другое обозначение – 78хх) и им подобные для формирования основного напряжения питания схемы. Данные стабилизаторы позволяют без особых затрат получить нужное для каскада или узла схемы напряжение, если устройство питается от внешнего источника с более высоким напряжением. Для этого требуются стабилизатор и два конденсатора (рисунок 1).
Рис. 1. Типовая схема включения линейного стабилизатора напряжения
Эта схема очень простая, выгодная по цене и обладает хорошими параметрами по ЭМС. Тем не менее, и у нее есть недостаток, который является следствием линейной стабилизации – это невысокий КПД, особенно если выходное напряжение имеет низкое значение. Как правило, стабилизатор для отвода тепла требуется устанавливать на радиатор. Это необходимо при повышенных токах нагрузки и/или при большой разнице между значениями входного и выходного напряжений.
В таких ситуациях оптимальным выбором является использование модульных импульсных понижающих стабилизаторов (неизолированных DC/DC-преобразователей), например, в корпусе SIP3 или в других.
Причем преобразователи в корпусе SIP3 по выводам совместимы с корпусом TO220, а это значит, что даже в готовом устройстве можно заменить линейный стабилизатор импульсным, улучшив при этом показатели по эффективности и снизив тепловыделение (если линейный стабилизатор был установлен на радиаторе). Основное преимущество указанных стабилизаторов – именно в их эффективности: значение КПД может достигать 96%. При указанных в технических данных диапазонах токов и напряжений им не требуется радиатор, а диапазоны эти вполне широкие (выходной ток – до 2 А, а входное напряжение – до 36 В). Соответственно, снимаются ограничения, связанные с тепловыделением и дополнительным радиатором, улучшаются массогабаритные показатели устройства, возрастает общая эффективность и упрощается трассировка печатной платы, поскольку такой стабилизатор можно устанавливать в непосредственной близости от каскада, для которого он предназначен.
Эти изделия относятся к так называемому классу POL-преобразователей (Point of Load), то есть преобразователей, локализованных рядом с нагрузкой.
Подобные преобразователи в различных типах корпусов выпускает известная на российском рынке DC/DC-преобразователей компания Mornsun
Рис. 2. Типы корпусов неизолированных стабилизаторов напряжения Mornsun: а) SIP3 – в корпусе; открытая плата; б) SMD – в корпусе; открытая плата; в) для объемного монтажа
Среди всей линейки неизолированных стабилизаторов Mornsun – семейства K78xx – особое внимание заслуживают стабилизаторы напряжения нового поколения, имеющие в конце наименования символы R3 (K78xxR3). Структура наименования таких преобразователей показана на рисунке 3.
Рис. 3. Структура наименования семейства К78хх
Стабилизаторы выпускаются на стандартный ряд фиксированного выходного напряжения 1,5…15 В и тока 500…2000 мА при входном напряжении до 36 В (в зависимости от модели). Некоторые модели можно использовать и для формирования выходного напряжения отрицательной полярности, включив стабилизатор определенным способом. Также с помощью двух преобразователей можно сформировать и биполярное напряжение со средней точкой, например, как показано на рисунке 4.
Рис. 4. Типовые схемы включения серии K78Lxx-1000R3
Инженеры Mornsun смогли применить нестандартный подход к разработке стабилизаторов нового поколения, в результате чего стоимость готового модульного преобразователя практически сравнялась со стоимостью компонентов при реализации подобного функционального узла на дискретных элементах. При этом технические параметры преобразователей остались прежними, а надежность увеличилась.
Нестандартный подход заключается в том, что в стабилизаторах семейства R78xxR3 используется оригинальная микросхема собственной разработки, и изготавливаются они на производстве с высокой степенью автоматизации. Такой подход позволил сократить число внутренних компонентов, что уменьшило стоимость комплектующих, а также снизить трудоемкость изготовления, что привело к существенному снижению общей стоимости. Сокращение количества компонентов с уменьшением количества точек пайки привело к повышению общей надежности, а высокая степень автоматизации обеспечивает хорошую стабильность (повторяемость) параметров от партии к партии и уменьшение времени изготовления.
Поскольку рассматриваемые стабилизаторы относятся к классу импульсных преобразователей, то возникает вопрос: как у них обстоят дела с ЭМС? Здесь тоже все в порядке. Достаточно просто обеспечить ЭМС по критериям требований CISPR32/EN55032 класс В. Для этого следует применить на входе стабилизатора простой LC-фильтр, показанный, например, в блоке 2 рисунка 5, а если необходимо дополнительно обеспечить устойчивость к импульсным помехам и выбросам амплитудой до 1 кВ, рекомендуется использовать схему защиты (смотреть блок 1 на рисунке 5). Параметры компонентов фильтра и схемы защиты указаны в технических данных на конкретную модель.
Рис. 5. Схема включения преобразователя серии K78Lxx-1000R3 в соответствии с требованиями ЭМС и с дополнительной защитой от импульсов амплитудой до 1 кВ
Преобразователи семейства K78ххR3 (таблица 1) характеризуются крайне низким значением тока собственного потребления (на уровне нескольких десятых долей мА), что на порядок ниже, чем у линейных стабилизаторов, и обладают самовосстанавливающейся защитой от короткого замыкания на выходе.
Таблица 1. Основные параметры стабилизаторов семейства К78хх производства Mornsun
| Наименование | Выходной ток, мА | Диапазон входного напряжения, В | Выходное напряжение, В | Тип корпуса | Размер (ДхШхВ), мм | Примечание |
|---|---|---|---|---|---|---|
| K78xxJT-500R3 | 500 | 4,75…36 | 3,3/5/9/12/15 | SMD (открытая плата) | 12,50х13,50х3,50 | |
| K78xxW-500R3 | 500 | 4,75…36 | 3,3/5/9/12/15 | с проводами | 11,50х9,00х17,50 | Объемный монтаж |
| K78xxT-500R3 | 500 | 4,75…36 | 1,5/1,8/2,5/3,3 /5/6,5/9/12/15 | SMD | 15,24х11,40х8,25 | |
| K78Lxx-500R3 | 500 | 4,75…36 | 3,3/5/12/15 | SIP (открытая плата) | 10,00х7,20х11,00 | |
| K78xx-500R3 | 500 | 4,75…36 | 3,3/5/9/12/15 | SIP | 11,60х7,55х10,16 | |
| K78xxT-1000R3 | 1000 | 4,75…36 | 1,5/1,8/2,5/3,3 /5/6,5/9/12 | SMD | 15,24х11,40х8,25 | |
| K78Lxx-1000R3 | 1000 | 6…36 | 3,3/5/12/15 | SIP (открытая плата) | 11,50х7,50х17,50 | |
| K78xx-1000R3(L) | 1000 | 6…36 | 3,3/5/9/12/15 | SIP | 11,50х9,00х17,50 | L-выводы под углом 90° |
| K78xxM-1000R3 | 1000 | 6…36 | 3,3/5/9/12/15 | SIP | 11,60х8,00х10,40 | |
| K78xx-1500(L) | 1500 | 4,75…18 | 3,3/5/6,5 | SIP | 11,50х9,00х17,50 | L-выводы под углом 90° |
| K78xx-2000R3 | 2000 | 4,5…36 | 2,5/3,3/5/9/12/15 | SIP | 11,50х9,00х17,50 | |
| K78xx-2000(L) | 2000 | 4,75…18 | 2,5…6,5 | SIP | 11,50х9,00х17,50 | L-выводы под углом 90° |
Компания Mornsun выпускает широкий спектр неизолированных стабилизаторов на различные сочетания выходного тока и напряжения и в различном конструктивном исполнении (таблица 1, рисунок 2).
В настоящий момент в линейке продукции имеются стабилизаторы только самого последнего поколения (R3), характеризующиеся высоким качеством и стоимостью, сравнимой со стоимостью набора дискретных компонентов (серия K78Lxx/R3), что делает их привлекательными не только для крупно-, но и для мелкосерийного производства. Стабилизаторы могут применяться в различных промышленных и коммерческих устройствах, где требуется надежность и имеются жесткие требования по ЭМС (с применением дополнительного LC-фильтра) и температурному диапазону.
•••
Импульсные регуляторы постоянного/постоянного тока| TI.com
Импульсные стабилизаторы — наиболее эффективный способ преобразования одного постоянного напряжения в другое постоянное напряжение. Во всех неизолированных топологиях DC/DC — понижающей, повышающей, повышающе-понижающей и инвертирующей — мы помогаем вам максимизировать производительность вашей ИС регулятора напряжения с помощью самого большого в отрасли выбора преобразователей постоянного тока, силовых модулей и контроллеров.
Технические ресурсы
Указания по применениюПримечание по применению
Основы импульсного стабилизатора (Rev. C)
Изучите основы каждой из основных топологий постоянного/постоянного тока, от понижающей и повышающей до двухтактной и мостовой.
документ-pdfAcrobat ПДФ
Руководство по выборуРуководство по выбору
Краткое справочное руководство по режимам управления (версия A)
Обзор различных режимов управления для неизолированных понижающих контроллеров и преобразователей постоянного тока и преимущества каждого из них.
документ-pdfAcrobat ПДФ
белая бумагаИнформационный документ
Создание небольших, холодных и тихих силовых модулей с усовершенствованным корпусом HotRod™ QFN
Узнайте о преимуществах управления тепловым режимом и электромагнитных помех, связанных с усовершенствованным пакетом HotRod™ QFN для преобразователей и модулей постоянного тока.
документ-pdfAcrobat PDF
Ресурсы для проектирования и разработки
Инструмент для проектирования
WEBENCH® Power Designer
WEBENCH® Power Designer создает индивидуальные схемы электропитания в соответствии с вашими требованиями. Среда предоставляет вам комплексные возможности проектирования источников питания, которые экономят ваше время на всех этапах процесса проектирования.
Инструмент моделирования
PSpice® for TI инструмент проектирования и моделирования
PSpice® for TI — это среда проектирования и моделирования, помогающая оценить функциональность аналоговых схем.
В этом полнофункциональном пакете для проектирования и моделирования используется модуль аналогового анализа от Cadence®. Доступный бесплатно PSpice для TI включает в себя одну из крупнейших библиотек моделей в (…)
Инструмент для проектирования
Инструмент Power Stage Designer™ для наиболее часто используемых импульсных источников питания
Power Stage Designer TM — это инструмент на основе JAVA (требуется JAVA 8 или OpenJDK 8), который помогает инженерам ускорить разработку своих источников питания путем расчета напряжений и токов 20 топологий в соответствии с данными пользователя. Кроме того, Power Stage Designer содержит инструмент построения графика Боде и (…)
ИС импульсного регулятора напряжения| Часто задаваемые вопросы
Какова функция импульсного регулятора напряжения IC?
Импульсный регулятор напряжения принимает входное постоянное напряжение и преобразует его в коммутируемое напряжение, которое может распространяться в диапазоне МГц.
Затем он преобразует коммутируемое напряжение в выходное постоянное напряжение с помощью выпрямителя и фильтра нижних частот. Поскольку коммутируемое напряжение включено только часть времени, операция переключения приводит к более высокой эффективности, чем это возможно при постоянно включенном линейном регуляторе. Используя обратную связь по выходному напряжению, этот регулятор генерирует фиксированное выходное напряжение, которое остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки. Существует два основных типа управления импульсными регуляторами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и гистерезисное.
Что такое импульсный ШИМ-регулятор?
В импульсном ШИМ-регуляторе (, рис. 1, ) входное напряжение подается обратно на ШИМ-контроллер, который изменяет продолжительность времени, в течение которого выключатель питания находится во включенном состоянии (рабочий цикл), чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение.
Выходные МОП-транзисторы для импульсных стабилизаторов могут быть как встроенными (на кристалле), так и внешними по отношению к ИС.
Как частота коммутации влияет на конструкцию ШИМ-регулятора?
Более высокие частоты переключения означают, что регулятор напряжения может использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера. Более высокая частота переключения также может означать более высокие потери при переключении и более высокий уровень шума в цепи.
Что такое гистерезисный импульсный регулятор?
Базовый гистерезисный регулятор, показанный на рис. 2 , представляет собой другой тип импульсного регулятора. Он состоит из компаратора с входным гистерезисом, который сравнивает выходное напряжение обратной связи с опорным напряжением. Когда напряжение обратной связи превышает опорное напряжение, выход компаратора становится низким, отключая понижающий переключатель MOSFET. Переключатель остается выключенным до тех пор, пока напряжение обратной связи не упадет ниже опорного напряжения гистерезиса.
Затем выход компаратора становится высоким, включая ключ и позволяя выходному напряжению снова расти.
Каковы характеристики гистерезисного импульсного регулятора?
В гистерезисном регуляторе отсутствует усилитель ошибки напряжения, поэтому его реакция на любое изменение тока нагрузки или входного напряжения практически мгновенная. Таким образом, гистерезисный регулятор представляет собой самый быстрый способ управления преобразователем постоянного тока. Недостатком обычного гистерезисного регулятора является то, что его частота изменяется пропорционально ESR выходного конденсатора. Поскольку начальное значение часто плохо контролируется, а ESR электролитических конденсаторов также меняется в зависимости от температуры и возраста, практические изменения ESR могут легко привести к колебаниям частоты.
Что такое гистерезисный преобразователь с постоянным временем включения?
Преобразователь с постоянным временем включения (COT) представляет собой разновидность базового гистерезисного преобразователя.
В схеме управления COT преобразователь подает сигнал обратной связи на компаратор, а не на усилитель ошибки. Он не требует компенсации контура, что приводит к очень быстрой переходной реакции на нагрузку.
Какие существуют топологии импульсных регуляторов?
Существует три топологии: buck (понижающая), boost (повышающая) и buck-boost (повышающая/понижающая). Другие топологии включают обратноходовую, SEPIC, Cuk, двухтактную, прямую, полный мост и полумост.
Какие потери возникают в импульсном регуляторе?
Потери мощности происходят из-за мощности, необходимой для включения и выключения MOSFET. Драйвер MOSFET должен нести эту потерю. Кроме того, МОП-транзистору требуется конечное время для переключения из состояния проводимости в состояние отсутствия проводимости. Следовательно, потеря мощности будет связана с этой активностью в самом MOSFET. В этих потерях преобладает заряд затвора MOSFET и мощность привода, по сути, энергия, необходимая для зарядки и разрядки емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.
Какие конструктивные характеристики важны для ИС регулятора напряжения?
Основные параметры включают входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток. В зависимости от приложения могут быть важны и другие параметры, такие как пульсации выходного напряжения, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важными параметрами линейного стабилизатора являются падение напряжения, коэффициент подавления напряжения питания (PSRR) и выходной шум.
Имеются ли дополнительные функции микросхемы регулятора напряжения?
Некоторые ИС стабилизаторов напряжения имеют функцию ограничения, которая изменяет выходное напряжение соответствующего источника питания вверх или вниз, что позволяет увидеть влияние изменений выходного напряжения источника питания на систему. Еще одна функция ИС регулятора напряжения — отслеживание выходного напряжения, которое заставляет выходное напряжение одного источника питания отслеживать выходное напряжение другого источника питания после запуска.
Может ли микросхема регулятора напряжения управлять своим входным током при запуске?
Функция плавного пуска уменьшает переходные процессы входного тока и предотвращает скачки выходного напряжения при включении питания или возобновлении работы после отключения, перегрузки, короткого замыкания или перегрузки.
Каковы обычные области применения линейных и импульсных регуляторов?
Рассеиваемая мощность линейного регулятора прямо пропорциональна его выходному току при заданном входном и выходном напряжении, поэтому типичный КПД может составлять 50 % или даже ниже. Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достичь эффективности в 9диапазон 0%. Однако выходной шум линейного стабилизатора намного ниже, чем у импульсного стабилизатора с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Как правило, импульсный регулятор может работать с более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.
Какие типичные коммерчески доступные ИС импульсных стабилизаторов?
Синхронный понижающий ШИМ-преобразователь постоянного тока на 9 А со встроенным дросселем и программируемым выходным напряжением
Enpirion EN5395QI — это синхронная микросхема источника питания с программируемым выводом со встроенными силовыми MOSFET-переключателями и встроенным индуктором.
Номинальный диапазон входного напряжения составляет 2,375-5,5В. Выход можно настроить на стандартные предустановленные напряжения, подключив соответствующие комбинации трех контактов выбора напряжения к земле. Контур управления с обратной связью представляет собой режим напряжения типа 3, и в этой части используется топология ШИМ с низким уровнем шума. Выходной ток этого преобразователя может достигать 9 А. Рабочая частота 5 МГц позволяет использовать малогабаритные выходные конденсаторы.
EN5395QI имеет схему плавного пуска, ограничивающую пусковой ток при включении преобразователя. Флаг Power Good показывает, находится ли выходное напряжение в пределах от 90% до 120% запрограммированного напряжения.
ИС имеет следующие функции защиты: программируемая защита от перегрузки по току (для защиты ИС от чрезмерного тока нагрузки), тепловое отключение с гистерезисом, защита от перенапряжения и блокировка при пониженном напряжении (UVLO), отключающая выход преобразователя при превышении входного напряжения.
меньше примерно 2,2 В.
Вывод ENABLE позволяет выключить устройство или включить его нормальную работу. Низкий логический уровень отключит преобразователь и заставит его отключиться. Высокий логический уровень переводит преобразователь в нормальный режим работы. Когда на выводе ENABLE установлен высокий уровень, устройство будет выполнять обычный плавный пуск.
EN5395 имеет внутреннюю компенсацию и оптимизирован для использования с выходной емкостью около 100 мкФ и обеспечивает отличную полосу пропускания контура и переходные характеристики для большинства приложений. Работа в режиме напряжения обеспечивает высокую помехоустойчивость при малой нагрузке. В некоторых случаях может потребоваться изменение компенсации. EN5395QI предоставляет доступ к внутренней компенсационной сети для настройки.
Вход 3–24 В, 8 А, высокоэффективный встроенный синхронный понижающий регулятор
Fairchild Semiconductor FAN2108 TinyBuckTM — это высокоэффективный малогабаритный синхронный понижающий регулятор на 8 А с ШИМ-управлением.
Он содержит как синхронные полевые МОП-транзисторы, так и контроллер/драйвер с оптимизированными межсоединениями в одном корпусе, что позволяет разработчикам решать задачи с высокими токами на небольшой площади с минимальным количеством внешних компонентов. Внешняя компенсация, программируемая частота коммутации и функции ограничения тока обеспечивают оптимизацию конструкции и гибкость. Модулятор суммирующего тока использует определение тока без потерь для обратной связи по току и защиты от перегрузки по току. Упреждающая связь по напряжению помогает работать в широком диапазоне входного напряжения.
Усовершенствованный процесс питания BiCMOS от Fairchild в сочетании с внутренними МОП-транзисторами с низким RDS(ON) и термически эффективным корпусом MLP обеспечивают возможность рассеивания высокой мощности в небольшом корпусе.
Защита от перенапряжения на выходе, пониженного напряжения и теплового отключения помогает защитить устройство от повреждения в условиях неисправности.
FAN2108 предотвращает выходной разряд с предварительным смещением во время запуска в приложениях с точкой нагрузки.
Контроллер обратной связи в ThinSOT Работает при 150°C
Показан в Рис. 3 — это H-версия LTC3803 компании Linear Technology, обратноходового контроллера постоянного тока с текущим режимом в 6-контактном корпусе ThinSOT™. При пусковом токе 40 мкА и токе покоя 240 мкА устройство позволяет использовать входной резистор с высоким значением и конденсатор с низким значением для малой рассеиваемой мощности и быстрого запуска источника питания. LTC3803H обладает всеми необходимыми функциями для создания высокоэффективного однотактного изолированного или неизолированного обратноходового преобразователя, идеально подходящего для автомобильной, промышленной, телекоммуникационной, Power-over-Ethernet и передачи данных.
Благодаря регулируемой компенсации наклона источник питания на базе LTC3803H обеспечивает быструю переходную характеристику с минимальной выходной емкостью.
Постоянная рабочая частота 200 кГц поддерживается вплоть до очень легких нагрузок, что приводит к уменьшению генерации низкочастотного шума в широком диапазоне токов нагрузки. Встроенная функция плавного пуска снижает пусковой ток, снижая выбросы выходного напряжения. LTC3803H может питаться от входных напряжений от 9 В до 75 В через последовательный резистор, подключенный к внутреннему шунтирующему стабилизатору ИС, что делает его идеальным для приложений с входным диапазоном 4:1. Порог измерения тока 100 мВ позволяет использовать очень маленький резистор измерения тока даже при высоких уровнях мощности, обеспечивая высокую эффективность.
Версия класса H прошла производственные испытания и гарантируется в диапазоне рабочих температур перехода от -40°C до 150°C, что делает ее идеальной для применения в широком диапазоне температур. Версии классов E и I рассчитаны на максимальную температуру перехода 85°C и 125°C соответственно.
42-вольтовый понижающий коммутационный контроллер с постоянным включением
LM25085 компании National Semiconductor представляет собой понижающий (понижающий) DC-DC контроллер на полевых транзисторах, использующий принцип управления постоянным включенным временем (COT), который является разновидностью базового гистерезисного преобразователь.
Диапазон входного рабочего напряжения LM25085 составляет от 4,5 до 42 В. Использование внешнего полевого транзистора в этом понижающем стабилизаторе значительно упрощает требования к приводу затвора и позволяет работать со 100% рабочим циклом, чтобы расширить диапазон регулирования при работе с низким входным напряжением. Однако транзисторы PFET обычно имеют более высокое сопротивление во включенном состоянии и заряд затвора по сравнению с транзисторами NFET аналогичного номинала. Рассмотрение доступных PFET, диапазона входного напряжения, возможностей управления затвором LM25085 и тепловых сопротивлений указывает на верхний предел 10 А для тока нагрузки для приложений LM25085.
Постоянное управление по времени реализовано с помощью однократного включения по времени, которое срабатывает по сигналу обратной связи. Во время простоя, когда PFET (Q1) выключен, ток нагрузки обеспечивается катушкой индуктивности и выходным конденсатором. Когда выходное напряжение падает, напряжение на входе компаратора обратной связи (ОС) падает ниже порога регулирования.
