Стабилизатор напряжения что это: Стабилизатор напряжения: устройство, принцип работы, назначение

Содержание

Стабилизатор напряжения — это… Что такое Стабилизатор напряжения?

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Стабилизаторы постоянного тока

Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности P

расс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

  • Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
  • Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

  • Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
  • Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

Uout = Uz — Ube.


По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что U

be в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя[1]. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора R

V применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (т.е. опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше требуемого минимального выходного напряжения.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (

Gopenloop = 105 ÷ 106).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

  • Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
  • Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

Стабилизаторы переменного напряжения

Феррорезонансные стабилизаторы

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а в некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Современные стабилизаторы

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

  • электродинамические сервоприводные (механические)
  • статические (электронные переключаемые)
  • релейные
  • компенсационные (электронные плавные)

Модели производятся как в однофазном (220/230 В), так и трёхфазном (380/400 В) исполнении, мощность их от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, -25%/+15%, -35%/+15% или -45%/+15%. Чем шире диапазон (особенно в отрицательную сторону), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, то есть чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие это промежуток времени (миллисекунды) за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия, например у электродинамических быстродействие 12…18 мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2 мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75 мс/В.[источник не указан 943 дня]

Ещё одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимое отклонение напряжения питания ±10% от номинального. Точность современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 1% до 8%. Точности в 8% вполне хватает для обеспечения исправной работы абсолютного большинства бытовой и промышленной электротехники. Более жесткие требования (1%) обычно предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность стабилизатора работать на заявленной мощности во всем диапазоне входного напряжения, но далеко не все стабилизаторы соответствуют этому параметру. Некоторые стабилизаторы выдерживают десятикратные перегрузки, при покупке такого стабилизатора запас по мощности не требуется.

См. также

Литература

  • Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с.
  • В.В. Китаев и др Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975. — 328 с. — 24 000 экз.
  • Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3
  • Штильман В. И. Микроэлектронные стабилизаторы напряжения. — Киев: Технiка, 1976.

Ссылки

Примечания

Для чего нужен стабилизатор напряжения

Стабилизатор – это устройство, представляющее собой электрический прибор, который используется для выравнивания колебаний напряжения сети при подаче тока на технику, такую как компьютеры, кондиционеры, насосы и др.

Для чего нужен стабилизатор напряжения? Регулятор в основном предназначен:

  • защищать электрооборудование от различных угроз, таких как колебания напряжения, высокое и низкое напряжение;
  • отключать технику от некачественного электропитания, при увеличении или снижении пороговых значений напряжения;
  • поддерживать напряжение на надлежащем уровне.

Этот аппарат имеет множество уникальных особенностей, которые позволяют экономить электроэнергию, влиять на производительность и повышать надежность техники. На дисплее аппарата высвечиваются основные параметры электрической сети, быть всегда в курсе о них – это значит владеть ситуацией. Функция задержки включения обеспечивает передышку и стабилизирует питание перед подачей на нагрузку, следовательно, увеличивает срок службы приборов.

И всё-таки, зачем нужен стабилизатор? Его использование представляет собой самую доступную и эффективную меру энергосбережения, сохранения приборов от выхода из строя и душевного спокойствия домочадцев.

Несколько советов по выбору стабилизатора

Если устройство выбрано правильно, то на него всегда можно положиться и довериться. Если в технике не особо разбираться, то можно положиться на предложения и советы продавца по выбору стабилизатора напряжения. Профессионал порекомендует для начала:

  • определиться с мощностью, типом стабилизатора и рабочим диапазоном напряжения;
  • выявить и проанализировать проблематику: повышенное, пониженное или скачкообразно изменяющееся напряжение в сети питания.

Исходя из полученных данных, затем приступить к выбору устройства.

Как правильно рассчитать мощность прибора? В идеале нужно определить, какой самый мощный потребитель присутствует в схеме электроснабжения. Допустим, электроприёмниками являются насосная станция мощностью 1, 5 кВт, сауна – 10 кВт плюс ещё какой-либо прибор с большим энергопотреблением. Все значения в киловаттах необходимо сложить и получить искомую мощность прибора.

Стабилизатор выбирается с небольшим запасом мощности (20%), особенно если в цепи присутствует оборудование с большим пусковым током. Речь идёт об электродвигателях и насосах, которые при пуске потребляют энергии больше, чем в обычном режиме.

Запас мощности обеспечивает долгую жизнь прибора, благодаря щадящему режиму работы, и создаёт резервный потенциал для подключения нового оборудования.

Выбирая стабилизатор также нужно учитывать сервисное обслуживание, потому что прибор следует правильно и качественно подключить, а также воспользоваться гарантийным сроком и отремонтировать в случае неисправности.

Как правильно выбирать стабилизатор напряжения для дома?

Можно воспользоваться самым простым вариантом: определить потребление мощности из сети по номиналу вводного автомата в квартирном щитке. Таким образом, узнаётся пропускная способность автомата и максимально возможная мощность потребления на бытовые нужды.

Приведём простой пример. Как выбрать стабилизатор напряжения 220 В для дома, если на вводе стоит автомат S40. С таким номинальным током от сети можно получить не более 10 кВт. Исходя из расчётных данных, и выбирается аппарат.

На сегодняшний день низкое напряжение в сети – проблема весьма актуальная и решить её лучше всего одним способом – приобрести стабилизатор, который защитит всю технику в доме от выхода из строя. Чтобы правильно выбрать устройство, сначала нужно разобраться с его разновидностями, а также преимуществами каждого варианта исполнения.

Типы защитных устройств

Самыми популярными типами стабилизаторов на сегодня являются:

  • электронные,
  • электромеханические.

Электронные стабилизаторы напряжения – это приборы наилучшего качества. Ввиду отсутствия механических частей характеризуются большим сроком службы, минимум 15 лет, и довольно высокой надёжностью. Можно подбирать по рабочему диапазону напряжений практически под любые задачи.

Электромеханические стабилизаторы напряжения характеризуются небольшим быстродействием, узким диапазоном напряжений, но зато хорошей перегрузочной способностью.

Полезная информация о стабилизаторах напряжения по поводу высокой точности

Многие стараются выбрать устройство с максимальной точностью стабилизации, вплоть до 0,5 %. Однако, как правило, отклонение в 10–15 В считается нормальным режимом работы для большинства техники. И только в редких случаях оборудование при таких отклонениях не работает или капризничает. Большая часть предлагаемых на рынке стабилизаторов обеспечивает именно такой режим работы.

Частым заблуждением покупателей является то, что приобретаемое устройство с высокой точностью стабилизации – это гарантия стабильного напряжения и отсутствие мерцания света. На самом деле, получается наоборот: чем больше точность у прибора, тем чаще он переключается, подстраиваясь под входную сеть, поэтому и лампочки не перестают мерцать. Это касается ламп накаливания и галогенок.

При установке стабилизатора симисторного и релейного типа мерцание лампочек стопроцентно будет сохраняться. Исключение составляют лишь стабилизаторы с плавной регулировкой сигнала. Это касается новых разработок стабилизаторов, таких как Вольтер. При выборе регулятора желательно руководствоваться рекомендациями от производителя или профессионалов. Можно для верности ещё почитать положительные и отрицательные отзывы в интернете на конкретную модель или бренд.

Какой выбрать однофазный или трехфазный?

Если в дом заведены три фазы, совсем необязательно устанавливать трёхфазный стабилизатор. Чаще всего, оказывается, можно обойтись однофазниками. При этом преимуществ можно получить очень много.

Во-первых, по стоимости, которая в общей сложности у трёх однофазных меньше, чем у трёхфазного. Во-вторых, по ремонтопригодности более надёжно. Одно дело – снять один блок и отвести его на ремонт, другое – снять полностью аппарат.

Коммерческая выгода от установки стабилизатора напряжения

Отечественные электросети физически сильно изношены, а местами и морально устарели. А потребителей становится всё больше и больше. Установка стабилизаторов выгодна по нескольким причинам:

  1. современная техника оснащена электронной начинкой, которой важно качественное питание. Для того чтобы она не вышла из строя или не подвергалась дорогостоящему ремонту, необходима установка стабилизатора;
  2. пониженное напряжение влечёт за собой большее потребление тока из сети. Приходится платить больше за расход электроэнергии. Выгода стабилизатора очевидна;
  3. повышенное напряжение может привести к короткому замыканию, перегреву проводов и пожару. Без стабилизатора в этом случае материальный и моральный ущерб может быть колоссальный, а то и непоправимый;
  4. при нормальном напряжении тоже могут случиться внезапные импульсы от молнии, ошибок персонала, перекоса фаз в час пик.

Во всех этих и других непредвиденных случаях стабилизатор напряжения поможет сберечь время, средства и нервы.

Возможные последствия для приборов (электрических потребителей) в условиях отклонения напряжения от нормы

  • Снижение напряжения приводит к уменьшению светового потока ламп. При плохом свете снижается производительность качество выполняемой работы.
  • Плохое освещение на улицах города приводит к росту несчастных случаев.
  • Повышение напряжения ведёт к резкому уменьшению срока службы лампочек, иногда вдвое, а то и в три раза.
  • Бытовые нагревательные приборы (плитки, утюги и т. п.), рассчитанные на паспортную мощность, при снижении напряжения дольше нагреваются. И поэтому получается перерасход электроэнергии на бытовые нужды.

Вот, что такое стабилизатор напряжения и зачем он нужен.

Подведём небольшой итог

Ценными качествами регуляторов являются быстрая реакция прибора на изменение параметров в сети, расширенный диапазон рабочего напряжения, хорошая перегрузочная способность, синусоида правильной формы на выходе, бесшумность.

Но сколько бы ни говорилось о достоинствах той или иной марки, для потребителя наиболее приоритетной характеристикой всегда остаётся соотношение цены и качества. Поэтому золотой серединой, несомненно, станет выбор качественной отечественной продукции.

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Стабилизатор релейного типа. Принцип работы

Принцип работы стабилизаторов напряжения релейного типа основан на методе ступенчатого регулирования выходного напряжения путем подключения необходимого числа обмоток трансформатора с помощью нескольких реле, управляемых электронным процессором или аналоговой схемой управления.

Использование такого принципа работы позволяет полностью исключить подвижные части в конструкции стабилизатора, что делает его работу более надёжной и быстрой.

Последовательность операций релейного стабилизатора следующая: на первом этапе стабилизатор релейного типа определяет уровень напряжения входного сигнала с помощью электронной схемы управления, на втором этапе электронная схема даёт команду на включения необходимых силовых реле для стабилизации напряжения на необходимом уровне.

Так как каждое реле подключает фиксированное количество обмоток трансформатора, то регулирование напряжения на выходе происходит ступенчато. Точность регулирования напряжения определяется числом силовых реле, установленных в стабилизаторе. Чем больше реле, тем выше будет точность регулирования выходного напряжения. Однако увеличение числа реле приводит к более частому срабатыванию реле, что сопровождается более частыми мини скачками напряжения.

Обычно релейные стабилизаторы имеют четыре реле. Что позволяет достичь точности регулирования в 8 процентов. Увеличение числа реле до шести даёт возможность улучшить точность до 5-6%.

Стабилизаторы релейного типа работают в широком диапазоне входного напряжения, имеют достаточную точность стабилизации выходного напряжения, не вносят искажений во внешнюю сеть, эффективно работают при значительных изменениях нагрузки, обеспечивают надежную защиту от перегрузки и короткого замыкания. Стабилизаторы релейного типа не вносят искажений в правильную форму выходного сигнала, не меняют частоту тока.

Стабилизаторы напряжения релейного типа эффективно защищают бытовые и промышленные приборы и оборудование, эффективны для защиты питания компьютерной техники и оборудования связи. Релейные стабилизаторы напряжения надежно работают с котлами отопления, циркуляционными насосами, холодильниками и кондиционерами. Не рекомендуется использовать стабилизаторы напряжения релейного типа для питания осветительных приборов, так как ступенчатый тип стабилизации приводит к заметному мерцанию ламп освещения.

Достоинства релейных стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы напряжения релейного типа:

  • имеют сравнительно низкую стоимость и большой срок эксплуатации;

  • эффективно работают в широком диапазоне входного напряжения;

  • обеспечивают достаточную точность стабилизации напряжения для работы приборов и оборудования;

  • имеют высокую скорость срабатывания, примерная скорость стабилизации 100 — 200 Вольт в секунду;

  • обладают большой перегрузочной способностью, возможностью работы с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи;

  • не вносят изменений в форму графика напряжения;

  • работоспособны в широком диапазоне температур;

  • имеют небольшие габариты и небольшой вес;

  • могут работать с нулевой нагрузкой.

Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

Срок службы релейного стабилизатора существенно зависит от качества используемых реле. Точность стабилизации напряжения релейного стабилизатора не достаточна для использования их в системах освещения. Стабилизаторы напряжения релейного типа издают характерные щелчки при срабатывании реле.

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Компания «Бастион» производит широкую линейку стабилизаторов напряжения релейного типа под торговыми марками TEPLOCOM и SKAT. Высокое качество стабилизаторов напряжения серии TEPLOCOM и SKAT обеспечивается эффективной системой контроля качества производителя. Стабилизаторы соответствуют всем требованиям ГОСТ РФ, требованиям ТС, европейским требованиям безопасности продукции.

Релейные стабилизаторы напряжения TEPLOCOM и SKAT:

  • эффективно работают в широком диапазоне входного напряжения от 140 до 290 Вольт;

  • имеют микропроцессорное управление, что позволяет эффективно и безопасно выполнять коммутацию обмоток трансформатора. Микропроцессорное управление помогает осуществлять коммутацию обмоток трансформатора в момент перехода графика напряжения через ноль, что позволяет существенно снизить износ силовых реле и исключить искрение на контактах реле;

  • имеют высокую скорость срабатывания за счет использования микропроцессорной платы управления;

  • обладают большой перегрузочной способностью, возможностью работы с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи;

  • не вносят изменений в форму графика напряжения;

  • работоспособны в широком диапазоне температур. Выпускаются специальные уличные стабилизаторы напряжения, имеющие герметичное исполнение;

  • имеют маленькие габариты, низкий вес и современный дизайн;

  • могут работать с нулевой нагрузкой;

  • имеют несколько степеней защиты от аварии в сети или аварии по линии нагрузки. Приборы имеют эффективную защиту от высокочастотных электрических помех;

  • Стабилизаторы напряжения TEPLOCOM и SKAT имеют длительный заводской срок гарантии — 5 лет!



Читайте также:

Что же такое автоматический стабилизатор напряжения и стоит ли его покупать

            Автоматические стабилизаторы напряжения предназначены для регулирования выходного напряжения при скачках в сети. То есть даже при небольшом изменении напряжения в сети, такие стабилизаторы автоматически выравнивают напряжение до положенных 220 Вольт. Рабочий диапазон автоматических стабилизаторов напряжения колеблется от 90В до 300В, в зависимости от конкретной модели и производителя.

            Если выбрать автоматический стабилизатор Ресанта, то в основном у них рабочий диапазон 140-260 В, но есть модели которые предназначены для очень низкого напряжения и работают они от 90 В. Среди автоматических стабилизаторов напряжения фирмы Ресанта имеются электромеханические и цифровые стабилизаторы релейного типа. Отличаются они принципом регулировки выходного напряжения и погрешностью на выходе. Автоматические стабилизаторы электромеханического типа более надежны, долговечны и точны, но и цена на них несколько выше.

            Если же говорить об автоматических итальянских стабилизаторах напряжения компании ORTEA, то у них рабочий диапазон в основном колеблется от 140 до 280 В. Автоматические стабилизаторы ORTEA обладают плавной и достаточно быстрой регулировкой, не боятся перегрузок и способны выдерживать перегрузки до 200% в течении двух минут. Погрешность выходного напряжения в таких стабилизаторах составляет от 0,5 до 5% в зависимости от входящего напряжения. Стабилизаторы ORTEA изготавливаются от 1 Квт до 1 МегаВт.

            Что же касается автоматических стабилизаторов петербургского завода Полигон, то среди их моделей так же имеются и электронные и электромеханические автоматические стабилизаторы. От аналогов эти автоматические стабилизаторы отличает высочайшая надежность, точность и долговечность.

            Автоматические стабилизаторы напряжения Полигон и ORTEA можно купить как обычному потребителю для использования в доме и на даче, так и крупным предприятиям, так как эти стабилизаторы относятся к промышленным стабилизаторам и способны обеспечить бесперебойную работу самого привередливого оборудования, в том числе и медицинского.

            В нашем интернет — магазине вы можете получить профессиональную консультацию по выбору автоматического стабилизатора напряжения. А так же заказать и купить стабилизатор напряжения для дома и дачи или для любого промышленного объекта. Мы занимаемся продажей стабилизаторов напряжения от 500 Ватт до 5 МегаВатт.

что это и каковы их особенности?

В основе сервоприводного стабилизатора напряжения заложен электромеханический принцип работы. Главным элементом конструкции является регулируемый автотрансформатор (вариатор). По его обмотке перемещается подвижный контакт, меняя выходное напряжение до заданных значений. За перемещение контакта отвечает сервопривод, контролируемый платой управления.

То есть принцип работы устройства выглядит следующим образом. Поступающее из сети входное напряжение измеряется вольтметром. Если существует разница с заданным значением выходного напряжения, то блок управления дает команду сервоприводу на перемещение подвижного контакта. Движущийся по обмотке контакт меняет коэффициент трансформации до тех пор, пока на выходе устройства не будет заданного напряжения.

Особенности работы сервоприводных стабилизаторов.

Высокая точность стабилизации. Поскольку автотрансформатор самостоятельно формирует необходимое количество витков обмотки, точность стабилизации оказывается очень высокой. К примеру, релейные трансформаторы имеют несколько обмоток, а реле выполняет переключение между ними. При такой конструкции напряжение меняется лишь на определенные величины (ступенчато). В результате точность может доходить до 7-8 процентов. А сервоприводные стабилизаторы способны изменять коэффициент трансформации с точностью до одного витка. По этой причине точность может быть в пределах одного процента. Как правило, промышленные электромеханические стабилизаторы позволяют даже задавать в настройках необходимую точность, например в диапазоне от 1 до 5%.

Плавность и непрерывность стабилизации. Это еще один важный аргумент в пользу сервоприводных стабилизаторов напряжения. Дело в том, что электронные модели, переключаясь с одной ступени обмоток на другую, на выходе дают разрыв синусоиды. Для промышленного, медицинского и телекоммуникационного оборудования такие изменения не проходят бесследно. Искажение синусоиды способно вызывать сбои электроники и перегрев электродвигателей. У сервоприводных моделей контакт по обмотке движется плавно и непрерывно. Конструкция исключает даже кратковременный обрыв контакта. В результате на выходе прибора синусоида всегда остается чистой, отсутствуют искажения и переходные токи.

Высокая перегрузочная стойкость. Электродинамический сервоприводный стабилизатор может выдерживать высокие кратковременные скачки напряжения. Он устойчив к изменениям частоты и формы входного электрического тока. Более того, прибор способен работать с более широким диапазоном входного напряжения, чем электронные стабилизаторы.

Простота и надежность конструкции. У подобного типа устройств конструкция довольно простая. Как известно, чем меньше элементов в составе, тем надежнее работа аппарата в целом. Кроме того, минимальный набор компонентов позволяет создавать стабилизаторы достаточно компактными по размеру. По сути, габариты устройства определяются размером самого автотрансформатора.

Высокая степень полезного действия (КПД). Существует стереотип относительно низкого коэффициента полезного действия сервоприводных стабилизаторов. Если проводить сравнительный анализ, то наверняка можно найти более эффективные типы устройств. К примеру, у релейных моделей КПД может превышать 99 процентов. Но если рассматривать преимущества в комплексе, то сервоприводные модели превосходят релейные приборы по целому ряду параметров. При этом КПД сервоприводных устройств остается на вполне достойном уровне. Так, стабилизаторы напряжения Oberon C при 100-процентной нагрузке способны обеспечить КПД свыше 98 процентов.

Сфера применения.

Чувствительная электроника. Область применения сервоприводных стабилизаторов затрагивает электронное, высокоточное, измерительное и прочее оборудование. Словом, все виды приборов, чувствительных к перепадам напряжения и искажению формы тока (синусоиды). Подобные стабилизаторы напряжения могут частично заменить ИБП с двойным преобразованием или стать дополнением к ним.

Асинхронные двигатели. Как уже было сказано, оборудование с асинхронными двигателями не любит «скачки» напряжения и «разрывы» синусоиды. От этого происходит нагрев и преждевременный выход оборудования из строя. Хорошим примером таких устройств являются циркуляционные насосы. С ними и прочими приборами на основе асинхронных двигателей лучше использовать сервоприводные стабилизаторы.

Суточные и сезонные перепады напряжения. Такие явления могут возникнуть как в бытовой, так и в промышленной электрической сети. К примеру, днем напряжение может быть повышенным, а вечером, наоборот, пониженным. Или может возникать сезонная разница напряжения — в летний и зимний период. Сервоприводный стабилизатор поможет исправить эту ситуацию.

Какой сервоприводный стабилизатор выбрать?

Учитывая немалую стоимость подобного класса оборудования, стоит отдавать предпочтение современным моделям, работа которых построена на целом ряде инновационных технологий. Здесь можно выделить трехфазные электродинамические сервоприводные стабилизаторы Oberon C. Они обладают следующими неоспоримыми преимуществами:

 

 

  • Регулируемый автотрансформатор с квадратным сечением обмоток. Плоская квадратная поверхность обеспечивает плотное прилегание к сердечнику, надежный контакт токосъемника, более низкое сопротивление, снижение тепловых потерь, уменьшение длины обмотки и др.
  • Независимая стабилизация по каждой фазе. Это позволяет обеспечить высокое качество стабилизации при несбалансированной нагрузке или разбалансированном по фазам входящем сетевом напряжении.
  • Параллельное соединение вариаторов. Несколько автотрансформаторов соединяются параллельно, а токосъемники приводятся в движение одним мотор-приводом. Это позволяет избежать ситуации, при которой один вариатор может оказаться перегруженным, а другой недогруженным.
  • Использование двусторонних токосъемников. Они представляют собой каретки с расположенными по обеим сторонам токосъемными роликами. Каретки движутся дифференциально — в противоположных направлениях. За счет этого повышается скорость регулирования, а также повышается мощность без увеличения габаритов устройства.
  • Высокотемпературная изоляция обмоток. Используется материал с классом нагревостойкости H (до 180 градусов). Благодаря чему повышаются изоляционные качества при перенапряжениях и существенно увеличивается время наработки на отказ.

 

Таким образом, электродинамические сервоприводные стабилизаторы явно выигрывают на фоне прочих типов устройств для стабилизации напряжения. А трехфазные стабилизаторы Oberon C служат наилучшим тому примером. Они спроектированы с учетом безотказной непрерывной работы при полной нагрузке даже для эксплуатации в суровых условиях (высокая температура, вибрационные нагрузки и др).

Стабилизатор напряжения – энциклопедия VashTehnik.ru

Стабилизатор напряжения – это прибор, устраняющий дефекты питающей сети, подавая на выход напряжение, близкое к синусоидальному. Компенсирует или устраняет все недостатки. Выработан государственный стандарт, где предъявляются требования к параметрам промышленных энергосетей. Известно, к примеру, что при превышении амплитуды на 10% срок службы лампочек накала снижается вчетверо. Задумайтесь, решая, стоит ли купить стабилизатор напряжения.

Требования к параметрам промышленных сетей питания 220 В переменного тока. Цели стабилизатора напряжения

ГОСТ 13109 однозначно устанавливает требования к качеству напряжения сетей общего назначения:

  1. Действующее значение напряжения (220 В) нормально отклоняется от значения на 5% в обе стороны. Предельно допустимо – на 10%.
  2. Отклонение частоты (50 Гц), как правило, не более 0,2 Гц, максимально допустимое – 0,4.

Отдельные требования предъявляются к дозе фликера – мерцанию. При отклонении напряжения по форме от синусоиды источники света дают визуальные колебания, утомляющие зрение, приводящие к негативным моментам. Особенно это касается нервной системы. Стабилизаторы напряжения способны исправлять форму, предоставляя потребителю идеальное качество.

Стабилизатор питающей сети

Начиная с напряжения 380 В, с поставщиком заключается договор, в основу ложится ГОСТ 13109. Прописываются требования к электрическим параметрам. По нормам действующее значение не должно выходить за рамки 210 – 230 В (округлённо), на практике видим противоположную картину. В результате иные приборы отказываются работать либо выходят из строя. Последнее особенно актуально для трёхфазных сетей, поэтому стабилизаторы напряжения отслеживают параметры и наличие питания по всем каналам. Если ветвь пропадает, энергоснабжение отключается полностью. Это помогает уберечь оборудование и объясняет, почему трёхфазный стабилизатор напряжения нельзя заменить тремя однофазными.

Стойкие параметры сети снижают, к примеру, шумность персонального блока компьютера. За счёт простого явления – ровное вращения лопастей кулеров. Техника, в особенности электроника, лучше работает при совпадении параметров питающей сети с номинальными. Однако на практике требования ГОСТ 13109 грубо нарушаются. Это происходит не из-за халатности обслуживающего сети персонала, а скорее, по причине неграмотности, наплевательского отношения и несознательности населения.

Предъявляются требования к скачкам напряжения, прочим параметрам. Нетрудно узнать из приложений стандарта 13109. Необходимость оговаривается. К примеру, лампочки накала служат вчетверо меньше при повышении напряжения выше 10%, дают на 40% меньше света, если показатели сети упали на аналогичное значение. Плохи оба варианта случаев. В электронике повышение напряжения накала лишь на 1% (до ли вольта) уменьшает срок службы вакуумной лампы на 15%. Медленные изменения частоты питающего напряжения:

  • В электронно-лучевых трубках нарушают процесс построения изображения. Кадр изменяется в размерах, пропадает фокусировка, варьируется самопроизвольно яркость.
  • В приёмной части нарушается частота гетеродина. В результате качество картинки или звука значительно отличается от нормы.

Скачок напряжения

Быстрые изменения (скачки напряжения) в большинстве случаев напрямую проходят на выход, обнаруживая большую амплитуду. У старых телевизоров это вызывает неприятное дрожание изображения. Если после покупки материнской платы со встроенной графикой оказалось, что магазин подсунул брак, а вернуть не вариант, купите цифровой монитор. В нем эффект устраняется автоматически, благодаря принципу действия.

Итак, стабилизатор напряжения в частых ситуациях качественно повышает показатели и срок службы аппаратуры. В особо тяжёлых случаях – заставит её работать в принципе. Если свет в доме постоянно мерцает, а холодильник работает с перебоями, пора задуматься о покупке стабилизатора напряжения.

Разновидности стабилизаторов напряжения

Внутри стабилизатора напряжения устанавливается регулирующий элемент. От способа управления приборы делятся на три типа:

  1. Параметрические стабилизаторы напряжения действуют предельно просто. Влияют на входной сигнал, чтобы привести его к нужному виду. В них отсутствует схема оценки параметров выходного напряжения, электрическая схема получается максимально простой.
  2. Компенсационный стабилизатор сравнивает выходное напряжение с опорным, вырабатывает управляющий сигнал. Указанный тип приборов идеален для сетей постоянного тока. Простейшими методами опорное напряжение получается применением любого стабилитрона.
  3. Комбинированные стабилизаторы работают на обоих перечисленных принципах одновременно, представляя совокупность лучших качеств прочих моделей.

По способу включения в цепь выделяют стабилизаторы напряжения:

  • Последовательного типа. Регулирующий элемент включён в цепи нагрузки. Эти приборы показывают малый ток холостого хода. Через регулирующий элемент проходит полностью вся мощность. Стабилизаторам напряжения этого типа присущи особенности:
  1. Высокий КПД, экономичность в режиме холостого хода (когда нагрузка отключена или не работает), потрясающий диапазон регулирования. Если стабилитрон способен легко выйти из строя, транзисторный ключ выдерживает жёсткие условия.
  2. Основной недостаток проистекает из схемы: при коротком замыкании или перегрузке надёжность резко снижается, через регулирующий элемент проходит высокий ток, что провоцирует увеличение мощности рассеивания. Дополнительные системы защиты приводят к удорожанию прибора.

Схема подключения стабилизатора

  • Параллельного типа. Регулирующий элемент включён параллельно нагрузке. Образуется подстраиваемый резистивный делитель. Минус – часть мощности сразу непременно теряется. Впрочем, не настолько большая, как полная потребляемая, что в определённой степени снижает требования к элементной базе стабилизатора напряжения. Главные особенности:
  1. Параметрический стабилизатор параллельного типа видел каждый. Это стабилитрон, который применяется, начиная импульсными блоками питания адаптеров сотовых телефонов и заканчивая автоматической схемой управления космического летательного аппарата. Здесь ток стабилизатора выше нагрузочного для обеспечения должной стабильности. Для обеспечения требования иногда приходится параллельные стабилизаторы соединять каскадом, сильно снижая КПД.
  2. По конструкции стабилитрон (единственный элемент) намного проще транзисторного ключа. Это становится главной причиной применения параллельных стабилизаторов на практике. А второй – некритичность к перегрузкам: фактически стабилитрону нет дела, сколько потребляет полезная часть схемы. Но стабильность от этого снижается. Для напряжения 220 В прибор найти сложно.

Параметрические стабилизаторы напряжения – параллельного типа, компенсационные – различаются. Иные приборы способны учитывать температурные колебания или ток потребления. Главенствует принцип деления по конструкции регулирующего элемента:

  1. Любопытными вариантами сегодня признаны электронные. Способны строиться на основе инверторов, чтобы гарантированно обеспечить стабильность частоты. В составе применяются транзисторы, тиристоры и интегральные схемы. Чаще напряжение ограничивается управляющим сигналом. В этом случае идёт управление по току, благодаря сравнительно малому сопротивлению p-n-перехода в открытом состоянии выделяемая мощность не столь велика. К плюсам конструкции относится малый вес и наличие множества настроек, но высочайшая скорость переключения и точность по-прежнему у электромеханических разновидностей.
  2. Электромеханические стабилизаторы напряжения в составе содержат двигатель, переключающий обмотки автотрансформатора (или трансформатора), чтобы компенсировать скачки на входе. Иногда разница между соседними состояниями сводится к единственному витку из толстой медной проволоки. Отсюда великая точность, а скорость часто зависит от характеристик двигателя. Потребуется следить и своевременно проводить обслуживание. В противном случае на контакторах и в механической части возможен ряд негативных эффектов, вплоть до искрения вследствие наводимых ЭДС.
  3. Релейные стабилизаторы напряжения управляют обмотками не настолько точно. Рост количества переключателей снижает надёжность прибора в целом. Полагается тщательно гасить искру, помеху, вредящую нагрузке. Зато релейные стабилизаторы, несмотря на сравнительно низкую точность, относительно бесшумны. Допустимо ставить и в домашних условия. Лишь иногда слышны щелчки реле.

Стабилизатор релейного типа

Характеристики стабилизаторов напряжения

  • Нестабильность при изменении входного напряжения показывает, какой процент скачка пройдет в нагрузку. Параметр стремятся снизить.
  • Нестабильность при изменении нагрузки показывает, как стабилизатор напряжения отрабатывает потребность приборов в электрическом токе. В реальности возможности ограничены. Выходной ток не может быть бесконечным, иначе сгорит собственно стабилизатор.
  • Диапазон входных напряжений показывает пределы работоспособности аппаратуры касательно параметров сети, а выходных – максимальные отклонения от нормы (в идеале по действующему значению напряжения не более 5% в каждую сторону).
  • Разность напряжений между входом и выходом – максимальная величина, в пределах которой обеспечиваются заданные параметры. Если сеть упадёт ниже или, наоборот – вырастет, режим функционирования нагрузки нарушается.
  • Напряжение шумов – собственные помехи, вносимые стабилизатором напряжения. Для современных сложных моделей неактуально.
  • Чувствительность показывает, на какие изменения входного напряжения реагирует прибор. Все, что меньше, окажется проигнорировано и передано на выход.
  • Скорость отработки считается важным параметром. Лидером в этом плане остаются электромеханические стабилизаторы.

Сложно посоветовать конкретного производителя. Скажем с долей уверенности: строительная техника, электрический инструмент, к классу которых в первом приближении относятся и стабилизаторы, в России умеют делать. Нет опасности купить ерунду по несусветной цене.

Стабилизатор напряжения для дома: какой лучше выбрать

Что такое и зачем нужен?


Стабилизатор напряжения это электромеханическое, либо электрическое устройство, в котором предусмотрены входы и выходы напряжение, при этом выходное контролируется в узких пределах. Проще говоря, стабилизатор напряжения может получать в качестве входного любое напряжение (в пределах его характеристик) и выдавать стабильные значения.

Нужен он потому, что устройства, которые работают от электричества, чаще всего имеют определенные требования по эксплуатации, к которому относится и рабочий диапазон напряжения. Да, они допускают определенные отклонения, но этот показатель редко когда превышает 10%. Поэтому и важно использовать стабилизаторы, которые не пропускают колебания и предохраняют электроприборы от повреждения.

Особенно проблема становится актуальной в дачных поселках, где электросети зачастую очень устарели и попросту не способны стабильно поддерживать параметры, которые требуются современным приборам. Кроме того, растет и энергопотребление, а увеличение нагрузки приводит и к большему количеству проблем. Помимо защитной функции, стабилизатор напряжения также способствует экономии электричества. Ведь при снижении напряжения бытовые приборы начинают расходовать больше электричества: им необходимо возместить потерю. И если у вас есть энергоемкая техника (вроде обогревателей и т.д.), то счет за электричество может вырасти очень значительно.

Принцип работы стабилизаторов напряжения

Существуют разные типы стабилизаторов, о чем мы еще поговорим ниже, но в целом, принцип их работы примерно одинаковый и не меняется уже более 50 лет. По факту это трансформатор, на одну обмотку которого идет электричество из розетки, а на другой обмотке снимаются излишки. Параметры трансформатора могут меняться в автоматическом или в ручном режиме, это зависит от сложности самого стабилизатора напряжения. Чем современнее устройство, тем больше у него функций и возможностей.

У каждого типа стабилизатора напряжения есть свои конструктивные особенности, которые накладывают те или иные ограничения на параметры эксплуатации. Также у всех типов есть свои преимущества и недостатки, поэтому люди зачастую не могут быстро выбрать то, что им подходит лучше всего. Что бы лучше понять принцип работы, мы коротко опишем каждый вид стабилизаторов напряжения.

Отметим, что главный параметр любого стабилизатора – это допустимый диапазон изменения входного напряжения. Его обозначают в процентах и он может быть как в сторону повышения, так и сразу в обе стороны. Например, +20%/-15% или только +45%. Вне зависимости от типа и принципа работы, устройство любого стабилизатора подразумевает прямую зависимость между этим параметром и размером (а также и стоимостью). При этом, разумеется, выходная мощность будет одинаковой, разница лишь в допустимом входном диапазоне.


Виды стабилизаторов напряжения

Чтобы понять, какой стабилизатор напряжения лучше всего выбрать именно для вашего дома, нужно разобраться, каких видов они вообще бывают. Отметим, что мы расскажем про все типы, но не все из них имеет смысл использовать дома. Да и в продаже некоторые найти довольно сложно. Их разделяют на две большие группы: для постоянного и для переменного напряжения. Стабилизация постоянного тока требуется в том случае, если входящее напряжение очень мало или велико для потребителя. Выделяют два типа стабилизаторов постоянного тока.

Линейные

Принцип работы основан на изменении сопротивления, благодаря чему на выходе получаются стабильные значения. Выделяют три типа: параметрический со стабилитроном, последовательный, в котором используется биполярный транзистор, а также последовательный компенсационный. Все характеризуются относительной простотой конструкции, но также показывают не слишком высокий КПД при очень большом различии входного и выходного напряжения. Больше всего это относится к обычным линейным, которые считаются самыми простыми.

Импульсные

В импульсных стабилизаторах напряжения используется накопитель (это может быть либо конденсатор, либо индуктивная катушка), на которые входящий ток подается короткими импульсами. Накопленная электроэнергия выходит с уже стабильными параметрами. Саму стабилизацию могут осуществлять двумя способами:

  • Управление частотой и длительностью импульсов;

  • Прекращение работы накопителя в том случае, если выходное выше максимального и возобновление и отдача накопленной энергии тогда, когда выходное ниже.

К преимуществам импульсных стабилизаторов относят очень низкие потери энергии, ну а главный минус в появлении импульсных помех на выходе. Отметим, что мы описываем все типы очень коротко, подробные схемы с детальным описанием вы всегда сможете найти на сайтах, которые посвящены электротехнике. А теперь перейдем к устройствам для переменного напряжения.

Феррорезонансый

Довольно старый тип, который, тем не менее, востребован и сегодня. Во времена СССР их использовали в телевизорах. Состоит из двух индуктивных катушек, в одной насыщенный сердечник, в другой нет, а также из конденсатора. Принцип работы феррорезонансного стабилизатора основан на том, что катушка с насыщенным сердечником всегда имеет постоянное напряжение, а с помощью подстройки параметров конденсатора и другой катушки, добиваются стабилизации. Говоря простыми словами, все это выглядит как качели, которые не получится сразу остановить или заставить быстро увеличить амплитуду раскачивания.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения допускают очень сильные изменения в параметрах напряжения. Кроме того, реагируют на изменение параметров они очень быстро, что относят к их ключевым преимуществам.


Инверторный

Более сложной устройство, чем у предыдущего типа, которое включает в себя: конденсаторы, преобразователь, выпрямитель, микроконтроллер и входные фильтры. Переменный входящий ток преобразуется в постоянный, энергия скапливается в конденсатора, после чего, по мере выхода, она обратно преобразовывается в переменный, который уже выходит из стабилизатора. У инверторного стабилизатора напряжения коэффициент полезного действия близок к 100. Данную схему считают одно из самых удачных, минус в том, что устройство дороже многих других вариантов.

Сюда можно отнести и ИБП (источники бесперебойного питания). Собственно, три типа стабилизаторов для переменного напряжения, о которых мы говорили выше, как раз и работают по данному принципу: они накапливают энергию. Да, они не способны поддерживать непрерывную работу устройств, так как в них, в отличие от ИБП, используются конденсаторы, а не аккумуляторы. Но основной принцип – накопление энергии, пусть и в незначительных количествах. Именно поэтому данный тип стабилизаторов характеризуется высоким КПД.

А теперь мы поговорим про некоторые виды стабилизаторов для переменного тока, которые являются корректирующими. Они преобразовывают напряжение за счет добавочного потенциала. Основных типов – пять. Кстати, именно эти типа чаще всего можно встретить в быту.

Электромагнитный

Его могут называть ферромагнитным. В отличие от феррорезонансного, в нем нет конденсатора, мощность меньше, а размеры больше. Работаю на принципе магнитного насыщения, где используются несколько обмоток. Данный тип характеризуется невысокой инерционностью, простотой в обслуживании, а также высокой надежностью.

Электромеханический

В электромеханическом стабилизаторе используются щетки, которые отвечают за управление узлом, который снимает входящий ток. Собственно говоря, данные щетки являются слабым звеном: они со временем изнашиваются и требуют замены. Эту проблему отчасти решили в электродинамическом стабилизаторе, где щетки заменили на ролики, которые более надежны и значительно долговечнее.

К недостаткам данного типа относят низкую скорость реакции и невозможность работать в широком диапазоне температур (отрицательные температуры недопустимы). Преимущества это устойчивость к помехам, способность выдерживать кратковременные двукратные перегрузки, а также достаточно широкий диапазон входного напряжения (от 130 до 260 вольт).

Релейный

Самый распространенный тип. Принцип работы основан на включении или выключении ряда обмоток, поэтому его выводимое напряжение меняется не плавно, а ступенями. Кроме того, этот параметр можно контролировать, например, если установить диапазон от 210 до 220 В, то напряжение будет меняться в этих параметрах, при этом входное может отличаться гораздо сильнее. Параметр ступени зависит от числа обмоток, здесь, чем их больше, тем ровнее будет выходное напряжение.

Главный недостаток как раз и есть эта ступенчатая стабилизация. Говоря простыми словами, если диапазон ступени будет большим, то свет будет моргать. Но даже если обмоток много, то это приводит к снижению скорости реагирования. К преимуществам релейных стабилизаторов относят бесшумную работу, широкий температурный диапазон эксплуатации, небольшие размеры и низкую стоимость. Также он способен выдерживать перегрузку до 110% на протяжении 4 секунд. Для условной дачи этого вполне достаточно, поэтому данный тип именно там встречается очень часто.

Электронный

Является аналогом релейного, но в электронном стабилизаторе вместо реле используются симисторы. То есть, в нем нет механических деталей, благодаря чему срок его службы значительно дольше. Остальные преимущества и недостатки в целом совпадают. Отметим, что данный тип лучше подходит для электросетей с очень неустойчивыми параметрами, что как раз и встречается очень часто в садоводствах.


Какой стабилизатор выбрать для дома

Если начать с типа стабилизатора, то выбирать придется между релейным, электромеханическим или электронным. Объективно говоря, для дома это самые оптимальные типы по соотношению цены и их параметров. Но нужно обратить внимание и на характеристики устройства.

В первую очередь выбор нужно делать между трехфазным и однофазным. Хотя, если сеть однофазная, то выбора нет, придется покупать именно такой стабилизатор напряжения. А вот с трехфазной все несколько сложнее, ведь для такой сети можно использовать и однофазный стабилизатор, это вполне допускается. Дело в том, что можно использовать три однофазных, вместо одного трехфазного и это будет стоить дешевле. Кроме того, вся система не отключится, если напряжение пропадет на одной фазе. Однако, если среди электроприборов есть трехфазный, то придется покупать именно такой стабилизатор.

Мощность – ключевая характеристика, которая должна превышать суммарную мощность потребления. В данном случае единицей измерения являются вольт-амперы. А как рассчитать мощность стабилизатора напряжения для частного дома? Не слишком сложно. Сперва вам нужно посчитать энергопотребление (Вт) всех электроприборов в доме, считать нужно все, что может работать в один момент. Допустим, вы получили 3000 Вт, значит ли это, что вам нужен стабилизатора на 3600 ВА (мы берем с запасом мощности)? Нет, ведь вольт-амперы не равны ваттам.

Для точного вычисления используют формулу: ВА=Вт/cos(φ). Бояться косинуса не нужно, на самом деле, это коэффициент мощности, который в документации электроприборов указывается как «Power Factor». В принципе, смотреть документацию совсем не обязательно, обычно для бытовых приборов это диапазон от 0,7 до 0,8, а для устройств, которые преобразовывают электроэнергию в тепло (утюг, лампа) от 0,9 до 1. То есть, можно брать среднее значение 0,85. Таким образом, при потреблении в 3000 Вт нам необходим стабилизатор: 3000В/0,85= 3500 ВА. Если брать с запасом, то смотреть нужно в сторону моделей с 4000 ВА.

Но, это актуально только в том случае, если указанны именно вольт-амперы. У разных производителей разная политика, многие для простоты указывают сразу ватты, что значительно упрощает выбор. Тем не менее, учитывайте этот момент, ведь если вы примете вольт-амперы за ватты, у вас есть шанс купить стабилизатора напряжения меньшей мощности, чем вам необходимо.

Также обратите внимание на точность стабилизации. Чем она выше, тем меньше вероятность появления мерцания освещения. Нормальным показателем считается 3% и выше. Также значением может иметь скорость реакции на перепады напряжения. Конечно, это зависит от типа самого устройства, выше мы разбирали разные виды, где для накопительных это не слишком актуально, а вот для других видов (вроде релейных или электромеханических) уже важно. Обычно измеряется в миллисекундах. Чем меньше значение, тем лучше, но обычно у современных стабилизаторов этот показатель всегда на очень хорошем уровне.

Обзор популярных моделей

Quattro Elementi Stabilia 500

Недорогая модель невысокой мощности. Ее можно использовать в домах, где используют только освещение и телевизор (с не очень высоким энергопотреблением). Либо его покупают для стабилизации напряжения для конкретных потребителей, например, для системы отопления. Не смотря на низкую цену, отличается высокой скоростью реагирования, долговечностью и точностью. КПД до 98%

Арт. 357481

Снят с производства

2 011.24 р. Последняя цена

TZ-бонусов: 20

Quattro Elementi Stabilia 1500

Однофазный стабилизатор напряжение, который, в целом аналогичен предыдущему, но отличается в три раза большей мощностью (1500 ВА), а также наличием двух розеток. К нему можно подключить большинство бытовой техники, за исключением самых мощных. Стабилизатор имеет два цифровых индикатора, на которых показывается текущее значение напряжения, есть защита от короткого замыкания, перегрева. Очень хороший вариант по соотношению цены и возможностей для большинства домов или дач.

Арт. 357493

Снят с производства

3 290 р. Последняя цена

TZ-бонусов: 33

Quattro Elementi Stabilia 5000

Данный стабилизатор напряжения подойдет практически для любого дома. Если говорить про обычную дачу, то он удовлетворит любые нужды. Его мощность – 5000 ВА, что позволит подключить не только любую бытовую технику, но и электроинструменты. Также имеет защиту от перегрева и коротких замыканий, отличается большим ресурсом, имеет цифровые индикаторы. Однофазный, поддерживает напряжение на выходе 220 В при рабочей частоте от 45 до 65 герц.

Арт. 357503

Нет в наличии

8 790 р. Последняя цена

TZ-бонусов: 88

Советы

В заключительном разделе нашей статьи дадим несколько коротких советов:

  • Всегда выбирайте стабилизатор с запасом мощности не менее 25%. Экономить тут не следует.

  • При расчете мощности учитывайте также пусковые токи (особенно это актуально для электроинструментов без функции плавного пуска), которые дают кратковременную, но очень высокую нагрузку на сеть.

  • В помещении, где будет установлен стабилизатор, должен быть оптимальный температурный режим (его стоит смотреть в документации). Не должно быть попадания прямых солнечных лучей.

  • Большинство бытовых устройств имеют естественное охлаждение (при работе в любом случае будет выделяться тепло). Поэтому не нужно ставить стабилизатор вплотную к стене, должно быть свободное пространство, которое поможет отводить тепло эффективнее.

  • Попадание воды на большинство стабилизаторов недопустимо. Практически все бытовые модели не имеют защиты от влаги.

  • Первое включение делают без фактической нагрузки. Это относится и к случаям, когда его не использовали длительное время.

  • Контакт металлических изделий с корпусом запрещен правилами безопасности.

  • Если в работе устройства появились сбои, его нужно отключить. Не пытайтесь ремонтировать его самостоятельно.

  • Эксплуатация стабилизатора напряжения запрещена, если есть деформация корпуса, появился запах, усилился шум, начались вибрации.


Типы регуляторов напряжения

и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность


Как работает регулятор напряжения?

Стабилизатор напряжения — это схема, которая создает и поддерживает фиксированное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.

Регуляторы напряжения (VR) поддерживают напряжение источника питания в диапазоне, совместимом с другими электрическими компонентами.Хотя регуляторы напряжения чаще всего используются для преобразования мощности постоянного / постоянного тока, некоторые из них также могут выполнять преобразование мощности переменного / переменного или переменного / постоянного тока. В этой статье речь пойдет о регуляторах постоянного / постоянного напряжения.

Типы регуляторов напряжения: линейные и импульсные

Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные. Оба типа регулируют напряжение в системе, но линейные регуляторы работают с низким КПД, а импульсные регуляторы работают с высоким КПД. В высокоэффективных импульсных регуляторах большая часть входной мощности передается на выход без рассеивания.

Линейные регуляторы

В линейном стабилизаторе напряжения используется устройство активного прохода (например, BJT или MOSFET), которое управляется операционным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, линейный регулятор регулирует сопротивление проходного устройства, сравнивая внутреннее опорное напряжение с дискретизированным выходным напряжением, а затем сбрасывая ошибку до нуля.

Линейные регуляторы — это понижающие преобразователи, поэтому по определению выходное напряжение всегда ниже входного.Однако у этих регуляторов есть несколько преимуществ: они, как правило, просты в конструкции, надежны, экономичны и обладают низким уровнем шума, а также малыми колебаниями выходного напряжения.

Линейные регуляторы, такие как MP2018, требуют только входной и выходной конденсаторы для работы (см. Рисунок 1) . Их простота и надежность делают их интуитивно понятными и простыми устройствами для инженеров, а зачастую и очень рентабельными.

Рисунок 1: Линейный регулятор MP2018

Импульсные регуляторы

Схема импульсного регулятора обычно более сложна в разработке, чем линейный регулятор, и требует выбора значений внешних компонентов, настройки контуров управления для обеспечения стабильности и тщательного проектирования компоновки.

Импульсные регуляторы

могут быть понижающими преобразователями, повышающими преобразователями или их комбинацией, что делает их более универсальными, чем линейный регулятор.

Преимущества импульсных регуляторов заключаются в том, что они обладают высокой эффективностью, имеют лучшие тепловые характеристики и могут поддерживать более высокие токи и более широкие приложения VIN / VOUT. Они могут достичь эффективности более 95% в зависимости от требований приложения. В отличие от линейных регуляторов, для импульсной системы питания могут потребоваться дополнительные внешние компоненты, такие как катушки индуктивности, конденсаторы, полевые транзисторы или резисторы обратной связи.HF920 является примером импульсного стабилизатора, который обеспечивает высокую надежность и эффективное регулирование мощности (см. Рисунок 2) .

Рисунок 2: Импульсный регулятор HF920

Ограничения регуляторов напряжения

Одним из основных недостатков линейных регуляторов является то, что они могут быть неэффективными, поскольку в определенных случаях использования они рассеивают большое количество энергии. Падение напряжения линейного регулятора сравнимо с падением напряжения на резисторе. Например, при входном напряжении 5 В и выходном напряжении 3 В между клеммами возникает падение на 2 В, а эффективность ограничивается 3 В / 5 В (60%).Это означает, что линейные регуляторы лучше всего подходят для приложений с более низкими дифференциалами VIN / VOUT.

Важно учитывать расчетную рассеиваемую мощность линейного регулятора в приложении, поскольку использование более высоких входных напряжений приводит к значительному рассеиванию мощности, что может привести к перегреву и повреждению компонентов.

Еще одним ограничением линейных регуляторов напряжения является то, что они способны только к понижающему (понижающему) преобразованию, в отличие от импульсных регуляторов, которые также предлагают повышающее (повышающее) и понижающее-повышающее преобразование.

Импульсные регуляторы

очень эффективны, но к их недостаткам относится то, что они, как правило, менее рентабельны, чем линейные регуляторы, больше по размеру, более сложны и могут создавать больше шума, если их внешние компоненты не выбраны тщательно. Шум может быть очень важным для конкретного приложения, поскольку шум может повлиять на работу и производительность схемы, а также на характеристики электромагнитных помех.

Топологии импульсного регулятора

: понижающий, повышающий, линейный, LDO и регулируемый

Существуют различные топологии линейных и импульсных регуляторов.Линейные регуляторы часто используют топологию с малым падением напряжения (LDO). Для импульсных регуляторов существует три распространенных топологии: понижающие преобразователи, повышающие преобразователи и повышающие-понижающие преобразователи. Каждая топология описана ниже:

Регуляторы LDO

Одной из популярных топологий линейных регуляторов является стабилизатор с малым падением напряжения (LDO). Линейные регуляторы обычно требуют, чтобы входное напряжение было как минимум на 2 В выше выходного напряжения. Тем не менее, стабилизатор LDO разработан для работы с очень небольшой разницей напряжения между входными и выходными клеммами, иногда до 100 мВ.

Понижающие и повышающие преобразователи

Понижающие преобразователи

(также называемые понижающими преобразователями) принимают большее входное напряжение и производят более низкое выходное напряжение. И наоборот, повышающие преобразователи (также называемые повышающими преобразователями) принимают более низкое входное напряжение и производят более высокое выходное напряжение.

Пониженно-повышающие преобразователи

Понижающий-повышающий преобразователь — это одноступенчатый преобразователь, который сочетает в себе функции понижающего и повышающего преобразователя для регулирования выхода в широком диапазоне входных напряжений, которые могут быть больше или меньше выходного напряжения.

Управление регулятором напряжения

Четыре основных компонента линейного регулятора — это проходной транзистор, усилитель ошибки, опорное напряжение и цепь обратной связи резистора. Один из входов усилителя ошибки установлен двумя резисторами (R1 и R2) для контроля процентного значения выходного напряжения. Другой вход — это стабильное опорное напряжение (VREF). Если дискретизированное выходное напряжение изменяется относительно VREF, усилитель ошибки изменяет сопротивление проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).

Для работы линейных регуляторов

обычно требуется только внешний входной и выходной конденсатор, что упрощает их внедрение.

С другой стороны, импульсный стабилизатор требует большего количества компонентов для создания цепи. Силовой каскад переключается между VIN и землей для создания пакетов заряда для доставки на выход. Подобно линейному регулятору, есть операционный усилитель, который производит выборку выходного постоянного напряжения из цепи обратной связи и сравнивает его с внутренним опорным напряжением.Затем сигнал ошибки усиливается, компенсируется и фильтруется. Этот сигнал используется для модуляции рабочего цикла ШИМ, чтобы вернуть выход в режим регулирования. Например, если ток нагрузки быстро увеличивается и вызывает падение выходного напряжения, контур управления увеличивает рабочий цикл ШИМ, чтобы обеспечить больший заряд нагрузки и вернуть шину в режим регулирования.

Приложения для линейных и импульсных регуляторов

Линейные регуляторы часто используются в приложениях, которые чувствительны к затратам, чувствительны к шуму, слаботочны или ограничены в пространстве.Некоторые примеры включают бытовую электронику, такую ​​как наушники, носимые устройства и устройства Интернета вещей (IoT). Например, в таких приложениях, как слуховой аппарат, можно использовать линейный регулятор, поскольку в них нет переключающего элемента, который мог бы создавать нежелательный шум и влиять на работу устройства.

Более того, если проектировщики в основном заинтересованы в создании недорогого приложения, им не нужно так беспокоиться о рассеивании мощности, и они могут полагаться на линейный регулятор.

Импульсные регуляторы полезны для более общих приложений и особенно полезны в приложениях, требующих эффективности и производительности, таких как потребительские, промышленные, корпоративные и автомобильные приложения (см. Рисунок 3) .Например, если приложение требует большого понижающего решения, лучше подходит импульсный стабилизатор, так как линейный регулятор может создавать большое рассеивание мощности, которое может повредить другие электрические компоненты.

Рисунок 3: Понижающий регулятор MPQ4430-AEC1

Каковы основные параметры микросхемы регулятора напряжения?

Некоторые из основных параметров, которые следует учитывать при использовании регулятора напряжения, — это входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток. Эти параметры используются для определения того, какая топология VR совместима с ИС пользователя.

Другие параметры, включая ток покоя, частоту переключения, тепловое сопротивление и напряжение обратной связи, могут иметь значение в зависимости от приложения.

Ток покоя важен, когда приоритетом является эффективность в режимах малой нагрузки или ожидания. Если рассматривать частоту коммутации как параметр, максимальное увеличение частоты коммутации приводит к меньшим системным решениям.

Кроме того, термическое сопротивление имеет решающее значение для отвода тепла от устройства и его рассеивания по системе.Если контроллер включает в себя внутренний полевой МОП-транзистор, то все потери (проводящие и динамические) рассеиваются в корпусе и должны учитываться при расчете максимальной температуры ИС.

Напряжение обратной связи — еще один важный параметр, который необходимо изучить, поскольку он определяет минимальное выходное напряжение, которое может поддерживать регулятор напряжения. Стандартно смотреть на параметры опорного напряжения. Это ограничивает нижнее выходное напряжение, точность которого влияет на точность регулирования выходного напряжения.

Как правильно выбрать регулятор напряжения

Чтобы выбрать подходящий регулятор напряжения, разработчик должен сначала понять их ключевые параметры, такие как V IN , V OUT , I OUT , системные приоритеты (например, эффективность, производительность, стоимость) и любые дополнительные ключевые особенности, такие как индикация хорошего питания (PG) или включение управления.

После того, как разработчик определил эти требования, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство, отвечающее желаемым требованиям.Таблица параметрического поиска — ценный инструмент для дизайнеров, поскольку она предлагает различные функции и пакеты, доступные для соответствия требуемым параметрам для вашего приложения.

Каждое устройство MPS поставляется с таблицей данных, в которой подробно описано, какие внешние компоненты необходимы и как рассчитать их значения для достижения эффективной, стабильной и высокопроизводительной конструкции. Таблицу данных можно использовать для расчета таких значений компонентов, как выходная емкость, выходная индуктивность, сопротивление обратной связи и другие ключевые компоненты системы.Кроме того, вы можете использовать инструменты моделирования, такие как программное обеспечение DC / DC Designer или MPSmart, ознакомиться с примечаниями к применению или задать вопросы в местном FAE.

MPS предлагает множество эффективных, компактных линейных и импульсных стабилизаторов напряжения, включая семейство HF500-x, семейство MP171x, MP20056, MP28310, MPQ4572-AEC1 и MPQ2013-AEC1.

Список литературы

Глоссарий по электронике

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Получить техническую поддержку

лучших регуляторов напряжения (обзор и руководство по покупке) 2021 года

Вы можете не задумываться о том, что происходит, когда ваша электроника подключена к электросети, когда аккумулятор вашего автомобиля заряжается от генератора или когда включается ваш сотовый телефон.Но во всех этих электрических процессах задействован один важный инструмент: регулятор напряжения. Эти часто незамеченные устройства отвечают за правильное функционирование всех видов электрических устройств, даже если выходная мощность колеблется. Стабилизатор напряжения обеспечивает постоянное, фиксированное выходное напряжение для устройств, даже при изменении нагрузки или входного напряжения. Он защищает ваши вещи от повреждений и потенциальных проблем с электричеством.

Существует множество различных типов регуляторов напряжения для удовлетворения любых потребностей в электричестве.Вы можете выбирать между различными типами импульсных регуляторов или линейных регуляторов напряжения, и есть регуляторы для каждого электрического элемента, о котором вы только можете подумать. Если вам нужен регулятор напряжения, ознакомьтесь с некоторыми из лучших вариантов ниже.

Преимущества регуляторов напряжения

  • Ограниченное обслуживание. С регулятором напряжения вам не нужно слишком часто проводить техническое обслуживание. Как только он будет установлен, вы можете оставить свои устройства подключенными к портам, время от времени проверяя индикаторы.Пока вы размещаете его правильно, это требует очень мало внимания.
  • Коррекция напряжения. Ключевым преимуществом регулятора является то, что он корректирует напряжение на ваших устройствах. Принимая входное напряжение и пропуская его через резисторы, устройство может оптимизировать количество электричества, которое выдает ваше устройство. Это защищает вашу электронику и помогает ей работать лучше.
  • Защита от перенапряжения. Большинство регуляторов напряжения используются в качестве защиты от перенапряжения, защищая ваши устройства от скачков напряжения.Пока вы проверяете рейтинг самого устройства, вы можете быть уверены, что оно не будет повреждено избыточным электричеством.
  • Несколько вариантов для устройств переменного и постоянного тока. Вы можете найти регуляторы напряжения, которые работают как с устройствами переменного, так и постоянного тока. В то время как большинство моделей постоянного тока подключаются вручную, модели переменного тока включают в себя плагины для подключения вашей технологии.
  • Защитите свои устройства. Основная цель регуляторов напряжения — защита чувствительной электроники от повреждений, связанных с пониженным или повышенным напряжением, перегревом и скачками напряжения.Он оптимизирует поток для всех типов технологий без какого-либо надзора.

Типы регуляторов напряжения

Линейный регулятор

Этот тип регулятора напряжения работает с низким КПД; он использует усилитель с высоким коэффициентом усиления для управления выходом, управляя устройством активного прохода. Он регулирует напряжение, сравнивая образец выходного сигнала с внутренним напряжением. Как правило, эти регуляторы относительно просты и очень доступны. Основываясь на выходном и входном конденсаторах, они чаще всего используются в системах постоянного тока.

Импульсный регулятор

Работая с высоким КПД, они обычно имеют более сложную конструкцию, чем их линейные аналоги. Благодаря включению нескольких контуров управления и повышающих преобразователей, электрический поток проходит через несколько настроек проводки для оптимизации выхода. Как правило, их КПД превышает 95 процентов — прямой результат переключения источника питания между резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности. Это приводит к хорошо регулируемому электроснабжению, что делает их лучшими для чувствительной электроники.

Ведущие бренды

APC

Открыв свои двери в 1981 году, American Power Conversion Corporation начала уделять особое внимание технологической инфраструктуре и управлению данными. В нем работает группа уважаемых инженеров, которые продолжают совершенствовать электронные устройства, в том числе регуляторы напряжения и аксессуары для охлаждения. Один из лучших вариантов — автоматический регулятор напряжения APC LE1200.

Drok

Компания с корнями в Китае, это международный розничный торговец продуктами питания.Сосредоточившись на создании высококачественных регуляторов, преобразователей и вольтметров для любого бюджета, компания делает качественную электронику доступной на международном уровне. Среди его лучших вариантов — понижающий модуль постоянного тока.

Стоимость регулятора напряжения

  • Менее 20 долларов США: В этом диапазоне вы можете найти достаточно простые регуляторы напряжения, обычно требующие ручной настройки при установке постоянного тока. Несмотря на то, что они полезны, их установка наиболее утомительна.
  • Между 20 и 50 долларами: Многие регуляторы напряжения попадают в эту категорию, причем большинство из них линейного типа.Обычно они очень простые, хотя вы можете найти их как для переменного, так и для постоянного тока.
  • От 50 долларов США и выше: В моделях этой категории часто используется коммутационная технология, которая, хотя и дороже, но и более точна. Хотя эти регуляторы требуют более значительных инвестиций, они более надежны и проще в установке.

Основные характеристики

Диапазон напряжения

Эта функция является ссылкой как на входное, так и на выходное напряжение регулятора. Эта функция важна для его производительности.Внутренний чип построен так, чтобы выдерживать определенный диапазон напряжений, разницу между входом и выходом. Выходные параметры обычно составляют 12 или 24 вольт, хотя они могут быть и выше. Входное напряжение может изменяться в зависимости от источника электрического тока. Критерии использования этой функции различаются в зависимости от устройства, поэтому при оценке качества вашего регулятора смотрите спецификации.

Мощность

При работе с линейным регулятором разница между входом и выходом преобразуется в тепловую энергию.Если потребляемая мощность номинальная, то нагрев не является проблемой. Однако увеличение силы тока может привести к перегреву. Простое решение — выбрать импульсный регулятор; однако, если это невозможно или существуют бюджетные ограничения, просто проверьте потребляемую мощность. Это измерение, измеряемое в ваттах, позволит вам узнать, какие устройства можно безопасно регулировать.

Падение напряжения

Это наименьшее значение буферного напряжения между входным и выходным счетчиками.Например, если у вас есть вход 12 вольт и выход 7 вольт, вам необходимо минимальное падение напряжения в пять вольт. Однако, если выходное напряжение упадет ниже 7 вольт, вам потребуется более существенное падение напряжения. Обратите особое внимание на эту функцию, если вы работаете с устройствами с небольшими различиями между входом и выходом. В этом случае обратите внимание на установки с малым падением или сверхнизким напряжением.

Прочие соображения

  • Чувствительность. После того, как вы определили, что ваш регулятор обладает всеми основными функциями, вы можете перейти к другим вопросам.Вверху списка должно быть указано, насколько чувствительны ваши устройства. Если вы имеете дело с современными телефонами, медицинским оборудованием или другими важными предметами, важно проверить показатель отсева. Кроме того, использование регулятора на этих устройствах может привести к дополнительному шуму, который может быть неприятным.
  • Шум. Любая техника имеет немного шума, особенно если учесть разницу в тепле и получаемые звуки. Если это вызывает беспокойство, например, если вы устанавливаете регулятор в тихом офисе, вы можете выбрать LDO (регулятор с низким падением напряжения), чтобы смягчить проблему.
  • Ответ. Это относится к требовательным техническим приложениям, таким как компьютеры и принтеры (устройства, которые вызывают множество проблем с регуляторами). Думайте об этом как о любой технологии, которая, если она отстает, вы заметите. Если это применимо, то поищите специальные регуляторы, предназначенные для оптимизации скорости отклика и повышения качества обслуживания.
  • Защитные элементы. Цель регулятора напряжения — оптимизировать работу вашей электроники. Дополнительные функции, такие как защита от перенапряжения и защита от перегрева, придают вам дополнительную ценность.Они продлевают срок службы вашей электроники и повышают общую ценность самого регулятора.

Лучшие регуляторы напряжения Обзоры и рекомендации 2021

Советы

  • Разместите регулятор напряжения в хорошо вентилируемом месте, чтобы предотвратить перегрев.
  • Если вы ставите его в тихое место, проверьте падение напряжения, чтобы избежать проблем.
  • Выберите подходящий тип регулятора в зависимости от вашего устройства.
  • Выход ниже, чем вход, может зависеть от линейного регулятора — в противном случае вам понадобится импульсный стабилизатор.
  • Держите его в чистоте и протирайте, чтобы мусор не попал в схему.
  • По возможности храните его в прохладном и сухом месте, чтобы предотвратить повреждение.
  • Не используйте регулятор круглосуточно, чтобы ограничить износ.
  • Не торопитесь во время настройки, поскольку при правильной сборке регуляторы требуют ограниченного обслуживания.

Часто задаваемые вопросы:

В: Что такое регулятор напряжения и как он работает?

Стабилизатор напряжения — это технология, которая регулирует напряжение до фиксированного значения и поддерживает его, независимо от того, колеблется ли входное напряжение.Он поддерживает мощность на уровне, совместимом с другими электрическими частями устройства.

Q: Для чего используются регуляторы напряжения?

Регуляторы напряжения используются для любого оборудования, которое может работать только при напряжении в заданном диапазоне. Вы можете использовать их для чувствительных устройств, таких как сотовые телефоны, а также в промышленных и коммерческих условиях.

В: Каковы симптомы неисправного регулятора напряжения?

Признаки неисправного регулятора напряжения включают высокое или низкое выходное напряжение, выходящее за рамки спецификации регулятора.Проверьте, нет ли проблем со световыми индикаторами (тусклые или мерцающие). Если нет выходного напряжения, это хороший признак того, что ваш регулятор не работает.

Последние мысли

Теперь, когда вы знаете все тонкости выбора лучших регуляторов напряжения, вы можете сделать свой выбор. Это может быть автоматический регулятор напряжения APC Line-R или, по нашему мнению, понижающий понижающий регулятор напряжения с регулируемым понижающим преобразователем DROK.

Что такое регулятор напряжения и как он работает?

Большинству интегрированных ИС требуется постоянное напряжение, с которым они могли бы работать.Будь то простой логический вентиль или сложный микропроцессор, у них есть собственное рабочее напряжение. Наиболее распространенные рабочие напряжения — 3,3 В, 5 В и 12 В. Хотя у нас есть батареи и адаптеры постоянного тока, которые могут действовать как источник напряжения, в большинстве случаев они не могут быть напрямую подключены к нашей схеме, поскольку напряжение от них не регулируется.

Скажем, например, у нас есть батарея на 9 В, но нам нужно активировать реле 5 В, которое, очевидно, работает на 5 В. Что мы здесь делаем?

Что такое регулятор напряжения и почему мы его используем?

Вспомните школьные годы, нас учили, что на резисторах падает напряжение.Разве не было бы простым решением просто использовать резисторы для падения напряжения в соответствии с законом Ома? Но затем на резисторах падает напряжение в зависимости от протекающего через них тока. В тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять меньше тока, напряжение резко возрастает и убивает его.

Вам нужно что-то получше — напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, по крайней мере, не сильно. Следующее простейшее решение, которое приходит вам в голову, — это делитель напряжения. Для этого нужны два резистора, но, эй, если их можно втиснуть, они также могут работать.Еще одна неприятная проблема — в тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять слишком большой ток, выход делителя проседает — верхний резистор не может удовлетворить текущую потребность. Теперь вы действительно начинаете желать, чтобы вы узнали об этом в школе. Вы можете исправить это, уменьшив номиналы резисторов, но это заставит два резистора потреблять слишком большой ток, что, вероятно, разрушит ваш текущий бюджет и станет слишком горячим с непосредственным риском отказа.

Что еще можно было сделать? Усиление! Конечно, вам пришлось потратить на это много часов лекций! Почему бы не добавить транзистор NPN в качестве повторителя напряжения? Делитель напряжения смещения можно подключить к базе, вход шины 12 В к коллектору, а выход к компоненту к эмиттеру, и бинго, вы решили проблему!

Конечно, исправление работает, но оставляет у вас неприятное ощущение — вы использовали три части, и при тестировании обнаруживаете, что сбои в шине питания 12 В идеально воспроизводятся на выходе.Конечно, это усилитель, у него нет интеллекта для автокомпенсации. Вы можете заменить нижний резистор делителя напряжения на стабилитрон, но ток, необходимый для правильного смещения стабилитрона (против таких вещей, как температурные коэффициенты и дрейф), почти равен потреблению вашего компонента, что совершенно бессмысленно.

Нет лучшего способа сделать это? Разве нет волшебного черного ящика, в котором было бы все необходимое для эффективного сброса напряжения? Миллионы EEE по всему миру пережили подобные периоды стресса (включая меня!).Конечно, не все проблемы связаны с падением напряжения, но подобные ситуации обычны в лабораториях EEE повсюду!

Но вам повезло — нужный вам компонент существует. Фактически, это одна из первых коммерческих реализаций технологии IC (не считая операционных усилителей) — скромный стабилизатор напряжения .

Если вы когда-нибудь посмотрите техническое описание регулятора напряжения, вы будете поражены схемой, в которой они были упакованы, чтобы понижать напряжение и поддерживать его в чистоте — хороший стабильный регулятор напряжения, усилители с обратной связью и компенсацией. — приличный силовой каскад.Конечно, если мы смогли вместить столько технологий в эти наши телефоны, почему бы не сделать регулировку напряжения в красивом корпусе TO-92?

Они становятся лучше с каждым днем ​​- некоторые из них потребляют не более нескольких наноампер, то есть тысячных миллионных ампер! Более того, другие поставляются с защитой от короткого замыкания и перегрева, что делает их надежными.

Регуляторы напряжения — подробный обзор

Как мы видели в разделе выше, основная задача регулятора напряжения — понижать большее напряжение до меньшего и поддерживать его стабильность, поскольку это регулируемое напряжение используется для питания (чувствительной) электроники.

Регулятор напряжения в основном представляет собой усиленный эмиттерный повторитель, подобный описанному выше — транзистор, подключенный к стабильному опорному источнику, который выдает постоянное напряжение, понижая остальное.

Они также имеют встроенный усилитель ошибки, который измеряет выходное напряжение (снова через делитель), сравнивает его с опорным напряжением, вычисляет разницу и соответственно управляет выходным транзистором. Это далеко от делителя напряжения, который точно воспроизводит входной сигнал, хотя и немного меньше.Вы не хотите, чтобы пульсации переменного тока накладывались на вашу шину постоянного напряжения.

Желательно иметь транзистор с высоким коэффициентом усиления, так как управлять силовыми транзисторами очень сложно, с жалким коэффициентом усиления в диапазоне двух цифр. Это было преодолено с помощью транзисторов Дарлингтона, а в последнее время — полевых МОП-транзисторов. Поскольку для управления этими типами требуется меньший ток, общее потребление тока снижается. Это дополняется тем фактом, что внутренний источник опорного напряжения также потребляет очень небольшой ток.

Ток, который регулятор потребляет для управления всей этой внутренней схемой, когда выход не нагружен, называется током покоя. Чем меньше ток покоя, тем лучше.

Эти регуляторы построены с использованием трех транзисторов на силовом выходном каскаде — два из них в конфигурации Дарлингтона, а другой — в качестве устройства ограничения тока. Последовательные переходы CE в сумме дают падение напряжения на регуляторе около 2 В.

Это напряжение известно как напряжение падения, напряжение, ниже которого регулятор перестает регулировать.

Вы можете найти устройства, называемые LDO-стабилизаторами или стабилизаторами с малым падением напряжения, с падением напряжения около 0,4 В, поскольку они используют переключатель MOSFET.

Три терминала регулятора

Достаточно поговорить, теперь о фактических номерах деталей.

Наиболее распространенной серией регуляторов напряжения является серия 78XX .Две цифры после 78 представляют собой выходное напряжение регулятора, например, 7805 — это регулятор 5 В, а 7812 — регулятор 12 В. Выходные напряжения, доступные с фиксированными регуляторами, охватывают широкий диапазон от 3,3 В до 24 В с хорошими значениями, такими как 5 В, 6 В, 9 В, 15 В и 18 В.

Стабилизаторы этой серии отлично подходят для большинства задач, они могут выдерживать почти 30 В на входе и, в зависимости от корпуса, выходной ток до 1 А. Они исключительно просты в использовании — подключите входной контакт к входному напряжению, а выходной контакт — к устройству, которому требуется более низкое напряжение, и, конечно же, контакт заземления к земле.

Здесь развязывающие конденсаторы необязательны, поскольку усилители обратной связи «отклоняют» входную пульсацию и шум, следя за тем, чтобы они не передавались на выход. Однако, если ваше устройство потребляет более нескольких десятков миллиампер, рекомендуется не менее 4,7 мкФ на входе и выходе, предпочтительно из керамики.

Интересная вещь, которую делают люди, — на этих регуляторах делают примитивные зарядные устройства для телефонов. Просто подключите батарею 9 В ко входу и соответствующий USB-разъем к выходу, и вуаля, у вас есть аварийное зарядное устройство для телефона.Эта конструкция достаточно прочная, так как на микросхеме встроена термозащита.

Хорошая особенность таких регуляторов напряжения заключается в том, что их распиновка практически универсальна, поэтому возможна их замена. В настоящее время большинство «транзисторных» корпусов на печатных платах представляют собой регуляторы напряжения, которые можно использовать для других проектов, поскольку они очень просты в использовании.

Увеличение выходного тока регуляторов напряжения

Одним из ограничений, которое быстро преодолевает полезность, является выходной ток, который сильно ограничен корпусом и способом его установки.

Существуют сильноточные варианты этих регуляторов, но их сложно найти.

Единственные устройства, способные выдавать большие токи, — это импульсные преобразователи постоянного тока в постоянный, но показатели выходного шума ужасны.

Можно спроектировать собственный сильноточный линейный стабилизатор, но в конечном итоге вы столкнетесь со всеми проблемами, упомянутыми выше.

К счастью, есть способ «захватить» стандартный регулятор с помощью нескольких дополнительных деталей и увеличить выходной ток.

Большинство этих модификаций включают добавление обходного транзистора через стабилизатор и управление базой с входом, как показано на рисунке ниже.

Регулируемые регуляторы

Три концевых стабилизатора довольно хороши и просты в использовании, но что, если вам нужно нестандартное выходное напряжение, такое как 10,5 В или 13 В?

Конечно, более или менее возможно взломать фиксированные регуляторы, но требуемая схема довольно сложна и превосходит основную цель простоты.

Существует

устройств, которые могут выполнять эту работу за нас, самым популярным из которых является LM317.

LM317 похож на любой другой линейный стабилизатор со входом и выходом, но вместо контакта заземления есть контакт, называемый «Adjust». Этот вывод предназначен для получения обратной связи от делителя напряжения на выходе, чтобы на выводе всегда было 1,25 В, изменяя значения сопротивления, мы можем получить разные напряжения. В техническом описании даже говорится: «устраняет запасы множества фиксированных напряжений», но, конечно, это применимо только в том случае, если вы можете позволить себе иметь эти два резистора на борту.

В таких регулируемых регуляторах хорошо то, что при небольшом изменении конфигурации они могут также служить в качестве источников постоянного тока.

Подключив резистор к выходному контакту, а регулировочный штифт к другому концу резистора, как показано на рисунке, регулятор пытается поддерживать постоянное напряжение 1,25 В на выходном резисторе и, следовательно, постоянный ток на выходе. Эта простая схема довольно популярна среди диодных лазеров.

Фиксированные стабилизаторы тоже могут это делать, но напряжения падения неоправданно высоки (фактически, номинальное выходное напряжение). Однако они сработают в крайнем случае, если вы в отчаянии.

Ограничения регулятора напряжения

Самым большим преимуществом линейных регуляторов является их простота; больше нечего сказать.

Однако, как и все хорошие чипы, у них есть свои ограничения.

Линейные регуляторы работают как переменный резистор с обратной связью, сбрасывая ненужное напряжение.При рисовании того же тока, что и нагрузка. Эта потраченная впустую энергия преобразуется в тепло, что делает эти регуляторы горячими и неэффективными при высоких токах.

Например, регулятор 5 В с входом 12 В, работающий на токе 1 А, имеет потерю мощности (12 В — 5 В) * 1 А, что составляет 7 Вт! Это много потраченной впустую энергии, а КПД всего 58%!

Значит, при больших перепадах входного-выходного напряжения или при больших токах регуляторы имеют жалкую энергоэффективность.

Проблема дифференциального напряжения на входе-выходе может быть решена с помощью более чем одного регулятора, подключенного последовательно, с уменьшением выходного напряжения (до желаемого значения напряжения), так что напряжение падает ступенчато.Хотя общая рассеиваемая мощность такая же, как при использовании одного регулятора, тепловая нагрузка распределяется по всем устройствам, снижая общую рабочую температуру.

Ограничения мощности и эффективности можно преодолеть, используя импульсный источник питания, но выбор зависит от приложения, нет четких правил относительно того, где и какой тип источника питания использовать.

Различные типы регуляторов напряжения и принцип работы

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Различные типы регуляторов напряжения и принцип работы

Автор / Редактор: Эммануэль Одунладе / Erika Granath

Регуляторы напряжения — это интегральные схемы, предназначенные для регулирования напряжения на их входе до постоянного, фиксированного напряжения на их выходе, независимо от изменений тока нагрузки или входного напряжения.

Связанные компании

Регулятор напряжения — это система, предназначенная для автоматического поддержания постоянного уровня напряжения.

(Источник: Adobe Stock)

Электронные конструкции / устройства обычно состоят из различных электронных компонентов, которые иногда работают на разных уровнях напряжения.Таким образом, для надежного удовлетворения требований к питанию конкретной конструкции или различных ее компонентов в блоке питания обычно используются регуляторы напряжения для регулирования напряжения в основном источнике до уровня, необходимого для различных секций устройства. .

При проектировании блока питания для любого устройства всегда приходится принимать массу решений. Одним из этих решений, хотя и трудным, является выбор регуляторов напряжения, поскольку они бывают разных «форм и размеров» с разными «прибамбасами», которые делают их отличным выбором при использовании в одной цепи, но катастрофой в другие схемы.

В результате выбор правильного регулятора для вашего проекта (и его ограничений) требует тщательного понимания возможных вариантов, и сегодняшняя статья будет посвящена именно этому. Мы оценим различные типы регуляторов напряжения, их принципы работы и определим, когда имеет смысл использовать один перед другим.

Типы регуляторов напряжения

Регуляторы напряжения можно разделить на категории в зависимости от различных факторов, таких как их применение, напряжения, при которых они работают, механизмы преобразования мощности и многие другие.

В этой статье мы сосредоточимся на активных регуляторах напряжения и классифицируем их на две большие категории в зависимости от механизма, который они используют для регулирования. Эти две категории включают:

  • 1. Линейные регуляторы напряжения
  • 2. Импульсные регуляторы напряжения

1. Линейные регуляторы напряжения

Линейные регуляторы напряжения используют принципы делителей напряжения для преобразования напряжения на их входе в желаемое напряжение на их выходе.В них используется контур обратной связи, который автоматически изменяет сопротивление в системе, чтобы противодействовать влиянию изменений импеданса нагрузки и входного напряжения, и все это для обеспечения постоянного выходного напряжения.

Типичные реализации линейных регуляторов напряжения включают использование полевых транзисторов в качестве одной стороны делителя напряжения с петлей обратной связи, подключенной к затвору транзистора, управляя им по мере необходимости для обеспечения согласованности выходного напряжения.

Хотя такое использование транзисторов в качестве резисторов помогает упростить конструкцию и реализацию линейных регуляторов, оно в значительной степени способствует неэффективности, связанной с регуляторами.Причина этого в том, что транзисторы преобразуют избыточную электрическую энергию (разницу напряжений между входным и выходным напряжением) в тепло, что приводит к потере мощности в результате нагрева транзисторов.

В ситуациях, когда напряжение на входе или ток нагрузки на выходе слишком высоки, регуляторы могут выделять тепло, которое может привести к его выходу из строя. Чтобы смягчить это, разработчики обычно используют радиаторы, размер которых определяется величиной тока (мощности), проходящего через регулятор.

Еще один момент, о котором стоит поговорить в отношении линейных регуляторов, — это необходимость в том, чтобы напряжение на входе было больше, чем напряжение на выходе, на минимальное значение, называемое напряжением падения. Это значение напряжения (обычно около 2 В) варьируется в зависимости от регулятора и иногда является серьезным источником беспокойства для разработчиков, работающих с приложениями с низким энергопотреблением, из-за потери мощности. В качестве способа решения этой проблемы используйте линейные регуляторы напряжения, называемые стабилизаторами LDO (с низким падением напряжения), поскольку они разработаны с возможностью работы с разницей всего 100 мВ между входным и выходным напряжением.

Некоторые популярные примеры линейных регуляторов напряжения включают регуляторы напряжения серии 78xx (например, L7805 (5 В), L7809 (9 В)).

Плюсы и минусы линейного регулятора напряжения LM7805

Плюсы

Некоторые преимущества линейных регуляторов напряжения включают: электромагнитных помех и шума

  • 3. Быстрое время отклика на изменения тока нагрузки или условий входного напряжения
  • 4.Низкие пульсации напряжения на выходе

Минусы

Некоторые недостатки линейных регуляторов напряжения включают:

  • 1. Низкий КПД, поскольку большое количество электроэнергии расходуется на тепло
  • 2. Падение напряжения Требование делает их плохим выбором для приложений с низким энергопотреблением
  • 4. Низкий КПД, поскольку большое количество электроэнергии тратится впустую в виде тепла
  • 5. Требование отпускаемого напряжения делает их плохим выбором для приложений с низким энергопотреблением
  • 6.Занимают больше места на печатных платах из-за потребности в радиаторах

2. Импульсные регуляторы напряжения

Хотя они имеют более сложную конструкцию и требуют для работы большего количества сопутствующих компонентов, импульсные регуляторы напряжения являются сверхэффективными регуляторами, используемыми в различных сценариях. где потеря мощности, как в линейных регуляторах, недопустима.

Механизм регулирования напряжения в импульсных регуляторах напряжения включает быстрое переключение элемента, соединенного последовательно с компонентом накопителя энергии (конденсатором или индуктором), для периодического прерывания протекания тока и преобразования напряжения из одного значения в другое.Как это делается, зависит от управляющего сигнала от механизма обратной связи, подобного тому, который используется в линейных регуляторах.

В отличие от линейных регуляторов напряжения переключающий элемент находится либо в полностью проводящем, либо в выключенном состоянии. Он не рассеивает мощность и позволяет регулятору достичь высокого уровня эффективности по сравнению с линейными регуляторами.

В базовой реализации импульсного регулятора напряжения используется «проходной транзистор», работающий либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения, в качестве переключающего элемента.Когда проходной транзистор находится в состоянии отсечки, через него не протекает ток, как таковая мощность не рассеивается, но когда он находится в состоянии насыщения, на нем появляется незначительное падение напряжения, сопровождающееся рассеиванием небольшого количества энергии. с максимальным током, передаваемым на нагрузку. В результате переключающего действия и экономии энергии в состоянии отключения КПД переключаемых регуляторов обычно составляет около 70%.

Управление на основе переключения и ШИМ дает довольно большую гибкость, что позволяет переключать регуляторы напряжения для работы в разных режимах и существовать в различных типах, в том числе: / Регуляторы повышающего переключения

1.Понижающие импульсные регуляторы напряжения

Понижающие импульсные регуляторы, также известные как понижающие регуляторы, преобразуют высокое напряжение на своих входных клеммах в более низкое напряжение на своих выходных клеммах. Эта операция аналогична работе линейных регуляторов, за исключением того факта, что понижающие регуляторы работают с более высокой степенью эффективности. Изображение, иллюстрирующее расположение компонентов понижающих регуляторов, приведено ниже.

2. Повышающие импульсные регуляторы напряжения

Повышающие импульсные регуляторы, также известные как повышающие регуляторы, могут преобразовывать низкое напряжение на входе в более высокое напряжение на выходе.Их конфигурация является одним из основных различий между линейными регуляторами и импульсными регуляторами, поскольку регулирование не происходит, если напряжение на входе линейных регуляторов напряжения больше, чем напряжение, требуемое на их выходе. Схема, иллюстрирующая повышающие импульсные регуляторы напряжения, представлена ​​ниже.

3. Понижающий / повышающий импульсный регулятор напряжения

Понижающий / повышающий регулятор сочетает в себе характеристики двух регуляторов, описанных выше. Он может обеспечивать фиксированное выходное напряжение независимо от разницы (+ или -) между входным и выходным напряжениями.Они очень полезны в аккумуляторных приложениях, где напряжение на входе, которое может быть выше, чем выходное напряжение в начале, со временем снижается до уровня ниже выходного напряжения. Схема, иллюстрирующая импульсный стабилизатор напряжения, представлена ​​ниже:

Плюсы и минусы

Минусы

Какими бы эффективными и совершенными ни казались импульсные регуляторы напряжения, они имеют недостатки, некоторые из которых включают:

  • 2. Требуется больше дополнительных компонентов
  • 4.Высокие уровни электромагнитных помех и генерации шума, которые могут повлиять на сертификацию продукта при неправильном управлении
  • 5. Высокая пульсация выходного напряжения
  • 6. Более медленное время восстановления переходных процессов по сравнению с линейными регуляторами Применение импульсных регуляторов может перевесить их недостатки. Вот некоторые из преимуществ:

    • 3. Они могут обеспечивать выходное напряжение, которое больше или меньше входного напряжения
    • 4.Подходит для приложений с низким энергопотреблением
    • 7. Они могут обеспечивать выходное напряжение, которое больше или меньше входного напряжения
    • 8. Подходит для приложений с низким энергопотреблением

    Выбор правильного регулятора напряжения для вашего проекта

    Выбор подходящего регулятора напряжения для вашего проекта обычно не является проблемой выбора между линейным или импульсным стабилизатором напряжения. Выбор между ними можно сделать, просто рассмотрев их плюсы и минусы и решив, какой из них лучше всего подходит вам.Однако другие специфические свойства регулятора (переключающие или линейные) необходимо проверить, чтобы убедиться, что он идеально подходит для вашего проекта. Пять из этих основных свойств описаны ниже:

    1. Выходное напряжение (или диапазон напряжений)

    Это, вероятно, первое, на что следует обратить внимание при работе с регулятором. Убедитесь, что выходное напряжение (или диапазон напряжений) регулятора соответствует требуемому значению для вашего приложения. Для некоторых регуляторов могут потребоваться внешние компоненты для поддержания постоянного выходного напряжения на желаемом уровне напряжения.Все это необходимо подтвердить, прежде чем штамповать регулятор для вашего проекта.

    2. Выходной ток

    Стабилизаторы напряжения разработаны с учетом конкретных номинальных значений тока. Подключение их к нагрузке с требованиями по току, превышающими их номинальный ток, может привести к повреждению регулятора или неправильной работе нагрузки. Это еще более важно в случае линейных регуляторов напряжения, поскольку ток оказывает прямое влияние на потери мощности.

    Всегда следите за тем, чтобы выбранный вами регулятор выдерживал предполагаемый ток нагрузки.

    3. Диапазон входного напряжения

    Это относится к допустимому диапазону входных напряжений, поддерживаемых регулятором. Обычно это указывается в техническом описании, и как разработчику важно убедиться, что возможное входное напряжение для вашего приложения находится в пределах этого диапазона. Одна из ошибок, которую совершает большинство молодых разработчиков в связи с этим, состоит в том, что они сосредотачиваются только на максимальном входном напряжении, забывая, что входное напряжение ниже указанного минимального напряжения может привести к ошибкам регулирования, особенно в случае линейных регуляторов.Знание этих значений поможет вам оценить условия, при которых регулятор выйдет из строя либо из-за чрезмерного тепловыделения в случае линейных регуляторов, либо из-за неисправности в случае импульсных регуляторов.

    4. Диапазон рабочих температур

    Диапазон рабочих температур, определяемый в большинстве технических описаний как окружающая температура (Ta) или температура перехода, — это диапазон температур, в котором регулятор функционирует должным образом. Говоря более конкретно, температура перехода обычно относится к максимальной рабочей температуре транзистора.Напротив, температура окружающей среды относится к температуре окружающей среды вокруг устройства. Оба значения важны, особенно для линейных регуляторов, поскольку они способствуют процессу выбора идеального радиатора для регулятора.

    5. Падение напряжения

    Это важно при выборе линейных регуляторов напряжения. Как объяснялось ранее, падение напряжения относится к величине, на которую входное напряжение должно быть больше, чем выходное напряжение, чтобы произошло регулирование.Хотя это может быть неважным фактором для большинства приложений, для приложений, в которых важны эффективность и низкое энергопотребление, имеет смысл использовать регуляторы напряжения с низким падением напряжения.

    Другие факторы, такие как эффективность, размер корпуса, переходная характеристика и потенциальные электромагнитные помехи / шум, также должны быть приняты во внимание.

    В заключение, простой способ решить, какой регулятор использовать, — это сначала решить, будет ли линейный или импульсный регулятор напряжения лучшим выбором, исходя из их плюсов и минусов.После этого уровня принятия решения можно будет провести дальнейшие исследования свойств регулятора, так как это может повлиять на вашу конструкцию. Как бы ни казалась иногда такая должная осмотрительность ненужной, она может иметь решающее значение для успеха вашего проекта.

    (ID: 46489302)

    Введение — Что такое LDO? Что такое линейный регулятор?

    ・ Что такое LDO (стабилизатор напряжения с малым падением напряжения)?

    Регулятор LDO — это линейный регулятор, который может работать при очень низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением.

    Линейный стабилизатор — это тип ИС источника питания, который может выдавать постоянное напряжение из входного напряжения и используется в различных электронных устройствах. Поскольку стабилизатор LDO может работать при низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением, использование регулятора LDO поможет контролировать накопление тепла и обеспечит эффективное использование энергии.

    Ниже приводится простое описание основной роли и характеристик линейного регулятора, а также того, как он используется.

    Линейный регулятор Таблица выбора

    1.Основная роль линейного регулятора

    В электронных устройствах линейный регулятор создает необходимое напряжение для последующих систем в основном за счет энергии, поступающей от батареи. Линейный регулятор может выдавать более низкое постоянное напряжение из входного напряжения.

    * Микроконтроллер (MCU)… Процессор для управления электронными устройствами. Микроконтроллер работает в соответствии с входными сигналами как мозг электронных устройств.

    Линейный регулятор длинных продавцов

    2.Характеристики линейного регулятора

    Понимание особенностей линейного регулятора необходимо для его правильного использования. Его характерные особенности описаны ниже.

    Способен выдавать стабильное напряжение (= напряжение с низким уровнем шума)

    Линейный регулятор может выдавать необходимое постоянное напряжение без влияния изменений * входного напряжения. Малошумное выходное напряжение линейного регулятора делает его идеально подходящим для подачи напряжения на модули датчиков или другие устройства, чувствительные к шуму.(* Изменения, которые находятся в пределах рабочего диапазона напряжения линейного регулятора)

    Требуется несколько внешних компонентов

    Для микросхем

    обычно требуются внешние компоненты (например, резисторы или конденсаторы).
    Для линейного регулятора требуется не более двух внешних компонентов: входной конденсатор и выходной конденсатор. Небольшое количество требуемых внешних компонентов упрощает конструкцию внешних компонентов и схемы источника питания, что позволяет упростить конфигурацию схемы источника питания.

    Когда разность потенциалов между входным и выходным напряжением велика, тепловыделение также увеличивается.

    Когда разница между входным и выходным напряжением (разность потенциалов между входным и выходным напряжением) велика, накопление тепла становится проблемой.
    → Подробное описание см. В разделе «Что такое потери тепла?»
    По этой причине линейный регулятор лучше всего подходит для приложений с низким энергопотреблением.

    3. Случаи, требующие использования линейного регулятора

    Итак, когда следует использовать линейный регулятор? Ниже приведены типичные случаи.

    ・ Когда рабочее напряжение последующих систем низкое

    Линейный регулятор может обеспечить последующие системы идеальным напряжением, когда напряжение его источника питания выше, чем рабочее напряжение последующих систем.

    ・ Когда требуется стабильное электропитание

    Для микроконтроллеров, датчиков и других компонентов

    обычно требуется стабильное напряжение для нормальной работы, и именно здесь на помощь приходит линейный регулятор.

    Нет ничего необычного в том, что внешние факторы или отдельный компонент электронного устройства вызывают колебания напряжения или создают шум. Это факторы, которые препятствуют нормальной работе микроконтроллеров, датчиков или других компонентов и могут привести к их отказу в худшем случае.

    Использование линейного регулятора на входе компонентов, которым требуется стабильное напряжение или которые чувствительны к шуму, обеспечит постоянную и безопасную работу при стабильном напряжении.

    3 серии репрезентативных регуляторов LDO

    > Принцип работы и конфигурация линейного регулятора

    > Введение линейного регулятора ABLIC

    Что такое регулятор напряжения? Определение, типы и работа регулятора напряжения

    Определение : Регулятор напряжения — это устройство, которое поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.Пульсации переменного напряжения , которые не удаляются фильтрами, также отклоняются регуляторами напряжения .

    Комбинации элементов, присутствующие в конструкции регулятора напряжения, обеспечивают постоянное выходное напряжение при переменном входном питании.

    Когда возникает потребность в стабильном и надежном выходном напряжении , тогда наиболее предпочтительными схемами являются регуляторы напряжения.

    Регуляторы напряжения также отображают защитные функции , такие как защита от перенапряжения, защита от короткого замыкания, тепловое отключение, ограничение тока и т. Д.Это может быть линейный регулятор или импульсный регулятор, но самый простой и доступный тип регулятора напряжения — линейный.

    Рассмотрим принципиальную схему стабилизатора напряжения на стабилитроне-

    .

    Стабилитрон используется в качестве стабилизатора напряжения , который обеспечивает постоянное напряжение от источника, напряжение которого существенно меняется.

    Как видно из рисунка выше, резистор размещен в начале цепи.Чтобы ограничить обратный ток через диод до более безопасного резистора, в схеме используется R s .

    Напряжение источника V s и резистор R s выбраны так, чтобы диод работал в области пробоя. Напряжение на R L известно как напряжение стабилитрона V z , а ток диода известен как I z .

    На нагрузке R L поддерживается установившееся напряжение, поскольку колебаний выходного напряжения поглощаются резистором R s .Входное напряжение, изменения которого необходимо регулировать, включает стабилитрон в обратном состоянии.

    Диод не проводит ток, если напряжение на R L не меньше напряжения пробоя стабилитрона V z , а R s и R L составляют делитель потенциала на V s .

    При увеличении напряжения питания V s падение напряжения на R L будет больше по сравнению с напряжением пробоя стабилитрона.Таким образом, заставляя стабилитрон проводить в области его пробоя.

    Ток стабилитрона I z ограничен резистором серии R s из-за превышения номинального максимального значения I zmax .

    Ток через R S подается от источника, ток разделяется на Iz и I L на стыке-

    Напряжение на стабилитроне V z остается постоянным до тех пор, пока он не работает в области пробоя, поскольку ток стабилитрона I D может значительно изменяться.

    Если здесь входное напряжение увеличивается, ток через диод и нагрузку увеличивается. По мере того, как сопротивление на диоде уменьшается, через диод будет протекать больший ток.

    В результате падение напряжения на R s будет больше, поэтому напряжение на выходе будет иметь значение, близкое к входному или питающему напряжению.

    Следовательно, мы можем сказать, что стабилитрон поддерживает равномерное напряжение на нагрузке, если только напряжение питания не превышает напряжение стабилитрона .

    Дискретный транзисторный регулятор напряжения

    Если говорить о транзисторных регуляторах напряжения, то в основном это 2 типа —

    Используя любой из вышеупомянутых типов, мы можем получить постоянное выходное напряжение постоянного тока заданного значения. Это значение не зависит от изменения напряжения питания или нагрузки на выходе.

    Давайте теперь подробно обсудим каждый тип —

    Стабилизатор напряжения серии

    На рисунке ниже показана блок-схема последовательного регулятора напряжения

    .

    Здесь величина входа, на который поступает выходное напряжение, регулируется последовательными элементами управления.Схема, которая измеряет выходное напряжение, обеспечивает обратную связь, которая сравнивается с опорным напряжением.

    В случае, если напряжение на выходе увеличивается до , компаратор отправляет управляющий сигнал на элемент управления так, как , чтобы уменьшить величину выхода . Точно так же, если выходное напряжение уменьшается, компаратор отправляет управляющий сигнал, так что величина выходного сигнала может быть увеличена до желаемого уровня.

    Работа транзисторного последовательного регулятора напряжения

    Он также известен как регулятор напряжения с эмиттерным повторителем .На схеме ниже показан простой последовательный стабилизатор напряжения, который сформирован с использованием NPN-транзистора и стабилитрона.

    В приведенной выше схеме выводы коллектора и эмиттера транзистора включены последовательно с нагрузкой, поэтому его называют последовательным стабилизатором. Транзистор Q известен как проходной транзистор серии .

    Когда на входную клемму подается питание постоянного тока, на нагрузочном резисторе R L появляется регулируемое выходное напряжение. Транзистор, используемый в схеме, служит переменным сопротивлением, а стабилитрон подает опорное напряжение.

    Его работа основана на том принципе, что на транзисторе возникают большие колебания входного сигнала, поэтому выходное напряжение имеет тенденцию быть постоянным.

    Здесь V out = V z — V BE

    Базовое напряжение остается почти постоянным, значение которого примерно равно напряжению на стабилитроне V z .

    Двигаясь дальше, рассмотрим случай, когда выходное напряжение увеличивается из-за увеличения напряжения питания.Это увеличение V из приведет к уменьшению V BE , поскольку V z зафиксирован на определенном уровне.

    Это уменьшение V BE автоматически снижает проводимость. Из-за этого увеличивается сопротивление коллектор-эмиттер R CE , что приводит к увеличению V CE , что в конечном итоге снижает выходное напряжение.

    А теперь как насчет влияния изменения нагрузки на выходное напряжение.

    Предположим, что значение нагрузочного резистора R L уменьшается, что приводит к увеличению тока через него.В таком состоянии V out начинает уменьшаться, в результате чего V BE увеличивается. В конечном итоге уровень проводимости транзистора увеличивается, что снижает R CE .

    Это уменьшение сопротивления немного увеличивает ток, что компенсирует уменьшение R L .

    Таким образом, выходное напряжение остается постоянным, поскольку оно равно I L R L .

    Ограничения

    1. При комнатной температуре поддержание абсолютно постоянного выходного напряжения затруднено, поскольку повышение температуры в помещении автоматически вызовет уменьшение V BE и V Z.
    2. Хорошее регулирование не достигается при большом токе.

    Шунтирующий регулятор напряжения

    Блок-схема шунтирующего регулятора напряжения представлена ​​ниже —

    В этом типе регулятора напряжения, чтобы обеспечить адекватное регулирование , ток отводится от нагрузки . Для поддержания постоянного тока с помощью элемента управления часть тока отводится от нагрузки.

    Предположим, что при изменении нагрузки происходит изменение выходного напряжения.Таким образом, сигнал обратной связи отправляется в схему компаратора, которая обеспечивает управляющий сигнал для изменения величины тока, шунтируемого от нагрузки.

    Работа транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения

    Взглянем на электрическую схему шунтирующего стабилизатора напряжения —

    Здесь R SE подключен последовательно с источником питания, а транзистор подключен к выходу. Напряжение питания уменьшается из-за падения на R SE , это снижение напряжения зависит от тока, подаваемого на R L .

    V выход = V z + V BE

    V выход = V дюйм — IR SE

    Предположим, что входное напряжение увеличивается, что вызывает повышение V из и V BE , что приводит к увеличению I B и I C . Таким образом, с этим увеличением напряжения питания увеличивается ток питания I, что создает большее падение напряжения на R SE , тем самым уменьшая выходное напряжение.Таким образом, выходное напряжение остается почти постоянным.

    Ограничения

    1. Это заставляет большую часть тока течь через транзистор, а не загружать.
    2. Защита от перенапряжения иногда является проблемой в цепях такого типа.

    Приложения

    Они используются в блоках питания компьютеров , где они регулируют напряжение постоянного тока. В распределительной системе регуляторы напряжения используются вдоль распределительных линий, чтобы обеспечить постоянное напряжение потребителям.

    Управление питанием, Глава 7: ИС регуляторов напряжения

    Практически во всех источниках питания используются полупроводники для обеспечения регулируемого выходного напряжения. Если источник питания имеет вход переменного тока, он выпрямляется до постоянного напряжения. ИС преобразователя мощности принимает входной сигнал постоянного тока и выдает выходной сигнал постоянного тока или управляет полупроводниковыми переключателями на выходе внешней мощности для создания выходного постоянного тока. Это стабилизатор напряжения, когда его выходное напряжение возвращается в цепь, благодаря которой напряжение остается постоянным.Если выходное напряжение имеет тенденцию повышаться или понижаться, обратная связь заставляет выходное значение оставаться прежним.

    Преобразователь мощности может работать как по импульсной, так и по линейной схеме. В линейной конфигурации управляющий транзистор всегда рассеивает мощность, которую можно минимизировать, используя стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO), которые регулируют должным образом даже при относительно низком перепаде напряжения между их входом и выходом. Микросхемы LDO имеют более простые схемы, чем их собратья с импульсным режимом, и производят меньше шума (без переключения), но ограничены своей способностью выдерживать ток и рассеивать мощность.Некоторые ИС LDO рассчитаны на ток около 200 мА, а другие могут выдерживать ток до 1 А.

    КПД ИС LDO может составлять 40-60%, тогда как ИС в режиме переключения могут показывать КПД до 95%. Топологии с коммутационным режимом являются основным подходом для встроенных систем, но LDO также находят применение в некоторых приложениях.

    Линейный регулятор с малым падением напряжения (LDO)

    Линейные регуляторы

    LDO обычно используются в системах, где требуется малошумящий источник питания вместо импульсного стабилизатора, который может нарушить работу системы.LDO также находят применение в приложениях, где регулятор должен поддерживать регулирование с небольшими различиями между входным напряжением питания и выходным напряжением нагрузки, например, в системах с батарейным питанием. Их низкое падение напряжения и низкий ток покоя делают их подходящими для портативных и беспроводных приложений. LDO со встроенным силовым полевым МОП-транзистором или биполярным транзистором обычно обеспечивают выходные сигналы в диапазоне от 50 до 500 мА.

    Стабилизатор напряжения LDO работает в линейной области с топологией, показанной на рис.7-1. Основными компонентами стабилизатора напряжения являются последовательный транзистор (биполярный транзистор или полевой МОП-транзистор), усилитель дифференциальной ошибки и точный источник опорного напряжения.

    7-1. В базовом LDO один вход усилителя дифференциальной ошибки, установленный резисторами R1 и R2, контролирует процентное значение выходного напряжения. Другой вход усилителя ошибки — это стабильное опорное напряжение (V REF ). Если выходное напряжение увеличивается относительно VREF, усилитель дифференциальной ошибки изменяет выход проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения нагрузки (V OUT ).

    Ключевыми рабочими факторами LDO являются его падение напряжения, коэффициент отклонения источника питания (PSRR) и выходной шум. Низкое падение напряжения относится к разнице между входным и выходным напряжениями, которая позволяет ИС регулировать выходное напряжение нагрузки. То есть LDO может регулировать выходное напряжение нагрузки до тех пор, пока его вход и выход не приблизятся друг к другу при падении напряжения. В идеале падение напряжения должно быть как можно меньшим, чтобы свести к минимуму рассеивание мощности и максимизировать эффективность.Обычно считается, что падение напряжения достигается, когда выходное напряжение упало до 100 мВ ниже номинального значения. Ток нагрузки и температура проходного транзистора влияют на падение напряжения.

    Внутренний источник опорного напряжения LDO — это потенциальный источник шума, обычно выражаемый в микровольтах RMS в определенной полосе частот, например, 30 мкВ RMS в диапазоне от 1 до 100 кГц. Этот низкий уровень шума вызывает меньше проблем, чем переходные процессы переключения и гармоники импульсного преобразователя. На рис. 7-1 LDO имеет штырек байпаса (опорного напряжения) для фильтрации шума опорного напряжения с конденсатором относительно земли.Добавление входных, выходных и байпасных конденсаторов, указанных в таблице, обычно приводит к беспроблемному уровню шума.

    Среди их эксплуатационных соображений — тип и диапазон приложенного входного напряжения, требуемое выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, минимальное падение напряжения, ток покоя, рассеиваемая мощность и ток отключения.

    Управление контуром компенсации частоты LDO с включением нагрузочного конденсатора снижает чувствительность к ESR конденсатора (эквивалентное последовательное сопротивление), что обеспечивает стабильный LDO с конденсаторами хорошего качества любого типа.Кроме того, выходной конденсатор должен располагаться как можно ближе к выходному.

    Дополнительные функции в некоторых LDO:

    • Вход разрешения, позволяющий внешнее управлять включением и выключением LDO.

    • Плавный пуск, который ограничивает пусковой ток и контролирует время нарастания выходного напряжения при включении питания.

    • Контакт байпаса, который позволяет внешнему конденсатору снижать шум опорного напряжения.

    • Выходной сигнал ошибки, указывающий, выходит ли выход из регулирования.

    • Тепловое отключение, при котором LDO отключается, если его температура превышает заданное значение.

    • Защита от перегрузки по току (OCP), которая ограничивает выходной ток LDO и рассеиваемую мощность.

    LT3042

    LT3042 от Linear Technology — это линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), в котором используется уникальная архитектура для минимизации шумовых эффектов и оптимизации подавления пульсаций источника питания (PSRR).

    PSRR описывает, насколько хорошо схема отклоняет пульсации, введенные на ее входе.Пульсации могут быть вызваны либо входным источником питания, например пульсациями питания 50/60 Гц, пульсациями переключения от преобразователя постоянного / постоянного тока, либо пульсациями из-за совместного использования входного питания с другими цепями.

    Для LDO PSRR — это функция регулируемой пульсации выходного напряжения по сравнению с пульсацией входного напряжения в заданном частотном диапазоне (обычно от 10 Гц до 1 МГц), выраженная в децибелах (дБ). Это может быть важным фактором, когда LDO питает аналоговые схемы, потому что низкий PSRR может позволить пульсации на выходе влиять на другие схемы.

    Выходные конденсаторы

    с низким ESR и дополнительные конденсаторы обхода опорного напряжения улучшают характеристики PSRR. В аккумуляторных системах должны использоваться LDO, которые поддерживают высокий PSRR при низком напряжении аккумуляторной батареи.

    LT3042, показанный на упрощенной схеме на рис. 7-2, представляет собой LDO, который снижает шум и увеличивает PSRR. Вместо опорного напряжения, используемого в большинстве традиционных линейных регуляторов, LT3042 использует опорный ток, который работает с типичным уровнем шумового тока 20 пА / √Гц (6nARMS в полосе пропускания от 10 Гц до 100 кГц).

    7-2. LT3042 — это LDO-стабилизатор, в котором используется уникальная архитектура для минимизации шумовых эффектов и оптимизации подавления пульсаций источника питания (PSRR).

    Источник тока сопровождается высокопроизводительным буфером напряжения Rail-to-Rail, что позволяет легко подключать его параллельно для дальнейшего снижения шума, увеличения выходного тока и распределения тепла на печатной плате. Параллельное подключение нескольких LT3042 дополнительно снижает уровень шума в √N раз, где N — количество параллельных цепей.

    LT3080

    LT3080 компании

    Linear Technology является уникальным, 1.1A LDO, который можно подключить параллельно для увеличения выходного тока или распределения тепла в платах для поверхностного монтажа (рис. 7-3). Эта ИС выводит коллектор проходного транзистора, чтобы обеспечить работу с малым падением напряжения — до 350 мВ — при использовании с несколькими источниками питания. Функции защиты включают защиту от короткого замыкания и безопасную рабочую зону, а также тепловое отключение.

    7-3. LT3080 может программировать выходное напряжение на любой уровень от нуля до 36 В.

    Ключевой особенностью LT3080 является способность обеспечивать широкий диапазон выходного напряжения.Используя опорный ток через единственный резистор, выходное напряжение программируется на любой уровень от нуля до 36 В. Он стабилен с емкостью на выходе 2,2 мкФ и может использовать небольшие керамические конденсаторы, которые не требуют дополнительного ESR, в отличие от других регуляторов.

    LT3080 особенно хорошо подходит для приложений, требующих нескольких рельсов. Его архитектура регулируется до нуля с помощью одного резистора, который обслуживает современные низковольтные цифровые ИС, а также обеспечивает простую параллельную работу и управление температурой без радиаторов.Регулировка выхода на «ноль» позволяет отключить схему с питанием, а когда вход предварительно регулируется — например, входной источник 5 В или 3,3 В — внешние резисторы могут помочь распределить тепло.

    Прецизионный «0» внутренний источник тока TC 10 мкА подключается к неинвертирующему входу его операционного усилителя мощности, который обеспечивает низкоомный буферизованный выход для напряжения на неинвертирующем входе. Один резистор между неинвертирующим входом и землей устанавливает выходное напряжение; установка этого резистора на ноль дает нулевой выходной сигнал.Любое выходное напряжение может быть получено от нуля до максимального значения, определяемого входным источником питания.

    Использование источника истинного тока позволяет регулятору демонстрировать усиление и частотную характеристику независимо от положительного входного импеданса. Старые регулируемые регуляторы изменяют усиление контура в зависимости от выходного напряжения и изменяют полосу пропускания при обходе регулировочного штифта. Для LT3080 коэффициент усиления контура не изменяется при изменении выходного напряжения или обходе. Регулировка выхода не фиксируется в процентах от выходного напряжения, а составляет фиксированную долю милливольт.Использование источника истинного тока позволяет обеспечить стабилизацию всего коэффициента усиления буферного усилителя, и никакое усиление не требуется для повышения опорного напряжения до более высокого выходного напряжения.

    ИС может работать в двух режимах. Один из них — это трехконтактный режим, в котором управляющий вывод подключается к входному выводу питания, что ограничивает его падение до 1,35 В. В качестве альтернативы вы можете подключить вывод «control» к более высокому напряжению, а вывод питания IN к более низкому напряжению, что приведет к падению напряжения 350 мВ на выводе IN и минимизации рассеиваемой мощности.Это позволяет источнику питания 1,1 А регулировать от 2,5VIN до 1,8VOUT или от 1,8VIN до 1,2VOUT с низким уровнем рассеивания.

    Импульсные ИС

    На рис. 7-4 показан упрощенный ШИМ-контроллер, используемый с импульсным преобразователем. Во время работы часть выходного постоянного напряжения возвращается в усилитель ошибки, что заставляет компаратор управлять временем включения и выключения ШИМ. На рис. 7-4 показано, как изменяется ширина импульса ШИМ для разных процентов времени включения и выключения. Чем больше время включения, тем выше выпрямленное выходное напряжение постоянного тока.Регулировка выходного напряжения сохраняется, если выходной сигнал, отфильтрованный силовым полевым МОП-транзистором, имеет тенденцию к изменению, если это происходит, обратная связь регулирует рабочий цикл ШИМ, чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

    7-4. Контроллер PWM генерирует прямоугольные волны разной ширины в зависимости от обратной связи по выходному напряжению.

    Для генерации сигнала ШИМ усилитель ошибки принимает входной сигнал обратной связи и стабильное опорное напряжение для создания выходного сигнала, связанного с разностью двух входов.Компаратор сравнивает выходное напряжение усилителя ошибки с пилообразной характеристикой генератора, создавая модулированную ширину импульса. Выход компаратора применяется к логической схеме переключения, выход которой поступает на выходной драйвер для внешнего силового полевого МОП-транзистора. Логика переключения обеспечивает возможность включения или отключения сигнала ШИМ, подаваемого на силовой полевой МОП-транзистор.

    Большинство микросхем ШИМ-контроллеров обеспечивают токоограничивающую защиту, измеряя выходной ток. Если вход считывания тока превышает определенный порог, он завершает текущий цикл (поцикловое ограничение тока).

    Компоновка схемы имеет решающее значение при использовании резистора считывания тока, который должен быть типа с низкой индуктивностью. Расположите конденсатор фильтра считывания тока очень близко к выводу PWM IC и подключите его напрямую. Кроме того, все чувствительные к шуму маломощные заземляющие соединения должны быть соединены вместе рядом с IC GND, а одно соединение должно быть выполнено с заземлением питания (точка заземления сенсорного резистора).

    В большинстве микросхем ШИМ-контроллеров частоту генератора задает один внешний резистор или конденсатор.Чтобы установить желаемую частоту генератора, используйте уравнение в таблице данных контроллера для расчета номинала резистора.

    Некоторые преобразователи ШИМ включают возможность синхронизации генератора с внешними часами с частотой, которая либо выше, либо ниже частоты внутреннего генератора. Если нет необходимости в синхронизации, подключите вывод синхронизации к GND, чтобы предотвратить шумовые помехи.

    Поскольку ИС ШИМ является частью цепи обратной связи, вход усилителя ошибки должен использовать схему частотной компенсации для обеспечения стабильности системы.

    Типичный преобразователь мощности принимает входной сигнал постоянного тока, преобразует его в частоту переключения, а затем выпрямляет его для получения выходного постоянного тока. Часть его выхода постоянного тока сравнивается с опорным напряжением (V REF ) и управляет ШИМ. Если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, напряжение, подаваемое обратно в схему ШИМ, снижает ее рабочий цикл, в результате чего ее выходное напряжение уменьшается и поддерживается надлежащее регулируемое напряжение. И наоборот, если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, обратная связь приводит к увеличению рабочего цикла переключателя мощности, поддерживая регулируемый выход при надлежащем напряжении.

    Обычно силовой полупроводниковый переключатель включается и выключается с частотой, которая может находиться в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц, в зависимости от типа ИС. Частота переключения определяет физический размер и стоимость катушек индуктивности, конденсаторов и трансформаторов фильтра. Чем выше частота переключения, тем меньше физический размер и стоимость компонентов. Чтобы оптимизировать эффективность, материал магнитопровода для индуктора и трансформатора должен соответствовать частоте переключения. То есть материал сердечника трансформатора / катушки индуктивности следует выбирать таким образом, чтобы он эффективно работал на частоте переключения.

    На рис. 7-5 показана упрощенная схема импульсного регулятора напряжения. Для импульсных преобразователей постоянного и постоянного тока требуется средство для изменения выходного напряжения в ответ на изменения нагрузки. Один из подходов заключается в использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая управляет входом в соответствующий переключатель питания. Сигнал ШИМ состоит из двух значений: ВКЛ и ВЫКЛ. Фильтр нижних частот, подключенный к выходу переключателя питания, обеспечивает напряжение, пропорциональное времени включения и выключения контроллера ШИМ.

    7-5. Импульсный преобразователь использует широтно-импульсный модулятор для управления регулированием

    Существует два типа импульсных преобразователей: изолированные и неизолированные, что зависит от наличия прямого пути постоянного тока от входа к выходу. В изолированном преобразователе используется трансформатор, обеспечивающий изоляцию входного и выходного напряжения (рис. 7-6).

    7-6. Изолированный импульсный преобразователь использует трансформатор для изоляции.

    В неизолированном преобразователе обычно используется индуктор, и между входом и выходом нет развязки по напряжению (рис. 7-7). Для подавляющего большинства приложений подходят неизолированные преобразователи. Однако в некоторых приложениях требуется изоляция между входным и выходным напряжениями. Преимущество преобразователя на основе трансформатора состоит в том, что он может легко создавать несколько выходных напряжений, тогда как преобразователь на основе индуктора обеспечивает только один выход.

    7-7.Неизолированный импульсный преобразователь.

    Топологии цепей

    В преобразователях питания постоянного тока используются две основные топологии ИС. Если выходное напряжение ниже входного напряжения, ИС называется понижающим преобразователем. Если выходное напряжение выше входного напряжения, ИС называется повышающим преобразователем.

    В своей базовой схеме (рис. 7-8) понижающий стабилизатор принимает входной сигнал постоянного тока, преобразует его в частоту переключения ШИМ (широтно-импульсный модулятор), которая управляет выходным сигналом силового полевого МОП-транзистора (Q1).Внешний выпрямитель, катушка индуктивности и выходной конденсатор создают регулируемый выход постоянного тока. ИС регулятора сравнивает часть выпрямленного выходного напряжения постоянного тока с опорным напряжением (V REF ) и изменяет рабочий цикл ШИМ для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока. Если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, ШИМ уменьшает свой рабочий цикл, вызывая уменьшение выходного сигнала и поддержание регулируемого выходного сигнала при надлежащем напряжении. И наоборот, если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, обратная связь заставляет рабочий цикл ШИМ увеличиваться и поддерживать регулируемый выход.

    7.8. Базовый понижающий преобразователь; индуктор всегда «противостоит» входному напряжению.

    Топология понижающего или понижающего регулятора имеет преимущества простоты и низкой стоимости. Однако он имеет ограниченный диапазон мощности, и его прямой путь постоянного тока от входа к выходу может создать проблему, если есть закороченный переключатель питания.

    LT8602

    LT8602 от Linear Technology представляет собой монолитный понижающий импульсный стабилизатор постоянной частоты, работающий по току, с четырьмя выходными каналами (рис.7-9). Два канала — это каналы высокого напряжения с входом от 3 до 42 В, а два других — каналы низкого напряжения с входом от 2,6 до 5,5 В.

    7-9. Четырехканальный понижающий преобразователь LT8602 имеет два канала высокого напряжения с входом от 3 до 42 В, а два других — каналы низкого напряжения с входом от 2,6 до 5,5 В.

    В ИС используется один генератор, который генерирует два тактовых сигнала (CLK) на 180 градусов. не в фазе. Каналы 1 и 3 работают с CLK1, а каналы 2 и 4 работают с CLK2.Понижающий стабилизатор потребляет входной ток только во время верхнего цикла включения, поэтому многофазный режим снижает пиковый входной ток и удваивает частоту входного тока. Это снижает как пульсации входного тока, так и требуемую входную емкость.

    Каждый канал высокого напряжения (HV) представляет собой синхронный понижающий стабилизатор, который работает от своего собственного вывода PVIN. Внутренний полевой МОП-транзистор с максимальной мощностью включается в начале каждого цикла генератора и выключается, когда ток, протекающий через верхний МОП-транзистор, достигает уровня, определяемого его усилителем ошибки.Усилитель ошибки измеряет выходное напряжение через внешний резистивный делитель, подключенный к выводу FB, для управления пиковым током в верхнем переключателе.

    Пока верхний МОП-транзистор выключен, нижний МОП-транзистор включен на оставшуюся часть цикла генератора или до тех пор, пока ток в катушке индуктивности не начнет реверсировать. Если в результате перегрузки через нижний переключатель проходит ток более 2 А (канал 1) или 3,3 А (канал 2), следующий тактовый цикл будет отложен до тех пор, пока ток переключения не вернется к более низкому безопасному уровню.

    Высоковольтные каналы имеют входы Track / Soft-Start (TRKSS1, TRKSS2). Когда на этом выводе ниже 1 В, преобразователь регулирует вывод FB на напряжение TRKSS вместо внутреннего опорного напряжения. На выводе TRKSS имеется подтягивающий ток 2,4 мкА. Вывод TRKSS также может использоваться, чтобы позволить выходу отслеживать другой регулятор, либо другой канал высокого напряжения, либо внешний регулятор.

    Как показано на упрощенной схеме индуктивно-повышающего преобразователя постоянного тока (рис. 7-10), включение силового полевого МОП-транзистора вызывает нарастание тока через катушку индуктивности.При выключении силового МОП-транзистора ток через диод направляется к выходному конденсатору. Несколько циклов переключения создают напряжение выходного конденсатора из-за заряда, который он накапливает от тока катушки индуктивности. В результате выходное напряжение выше входного.

    7-10. Базовый неизолированный импульсный индуктивно-повышающий преобразователь постоянного тока.

    LTC3124

    Типичная прикладная схема LTC3124 компании Linear Technology, показанная на рис. 7-11, использует внешний резистивный делитель напряжения от VOUT до FB и до SGND для программирования выхода из 2.От 5 до 15 В. При настройке на выход 12 В он может непрерывно выдавать до 1,5 А от входа 5 В. Ограничение по току 2,5 А на фазу, а также возможность программирования выходного напряжения до 15 В делают его пригодным для различных приложений.

    7-11. В прикладной схеме LTC3124 используется внешний резистивный делитель напряжения от VOUT до FB и до SGND для программирования выхода от 2,5 до 15 В.

    Использование двух фаз, расположенных на равном расстоянии 180 град. кроме того, удваивает частоту пульсаций на выходе и значительно снижает ток пульсаций выходного конденсатора.Хотя для этой архитектуры требуются две катушки индуктивности, а не одна, она имеет несколько важных преимуществ:

    • Существенно более низкий пиковый ток индуктивности позволяет использовать более дешевые индукторы меньшего размера.

    • Значительно сниженный выходной ток пульсации сводит к минимуму требования к выходной емкости.

    • Более высокочастотные пульсации на выходе легче отфильтровать для приложений с низким уровнем шума.

    • Входной ток пульсации также снижен для снижения шума VIN.

    При двухфазном режиме работы одна фаза всегда подает ток на нагрузку, если VIN больше половины VOUT (для рабочих циклов менее 50%).По мере дальнейшего уменьшения рабочего цикла, ток нагрузки между двумя фазами начинает перекрываться, происходя одновременно для растущей части каждой фазы по мере того, как рабочий цикл приближается к нулю. По сравнению с однофазным преобразователем, это значительно снижает как выходной ток пульсации, так и пиковый ток в каждой катушке индуктивности.

    LTC3124 обеспечивает преимущество для систем с батарейным питанием, он может запускаться от входов с напряжением до 1,8 В и продолжать работать от входов с напряжением до 0.5 В, при этом выходное напряжение превышает 2,5 В. Это увеличивает время работы за счет максимального увеличения количества энергии, извлекаемой из входного источника. Ограничивающими факторами для применения являются способность источника питания обеспечивать достаточную мощность на выходе при низком входном напряжении и максимальный рабочий цикл, который ограничен 94%. При низких входных напряжениях небольшие падения напряжения из-за последовательного сопротивления становятся критическими и ограничивают подачу мощности преобразователем.

    Даже если входное напряжение превышает выходное напряжение, ИС будет регулировать выход, обеспечивая совместимость с любым типом батарей.LTC3124 — идеальное решение для повышающих приложений, требующих выходного напряжения до 15 В, где определяющими факторами являются высокая эффективность, небольшие размеры и высокая надежность.

    LTC3110

    LTC3110 от Linear Technology представляет собой комбинацию понижающе-повышающего регулятора / зарядного устройства постоянного / постоянного тока на 2 А с выбираемыми контактами режимами работы для зарядки и резервного питания системы (рис. 7-12). Это двунаправленное, программируемое зарядное устройство суперконденсатора с понижающим и повышающим входным током обеспечивает активную балансировку заряда для суперконденсаторов 1-й или 2-й серии.Его запатентованная топология понижающего-повышающего шума с низким уровнем шума выполняет работу двух отдельных импульсных регуляторов, экономя размер, стоимость и сложность.

    7-12. LTC3110 представляет собой комбинацию понижающе-повышающего регулятора / зарядного устройства постоянного / постоянного тока на 2 А с выбираемыми контактами режимами работы для зарядки и резервного питания системы.

    Двунаправленный относится к потоку постоянного тока, связанному с VSYS, выводом источника питания для резервного выходного напряжения системы и входного напряжения зарядного тока. В одном направлении LTC3110 работает как понижающий-повышающий стабилизатор, снимая ток с суперконденсатора и обеспечивая регулируемое напряжение на нагрузке на выводе VSYS.В другом направлении знак тока меняется на противоположный, и точно ограниченный ток течет от системной шины обратно, чтобы зарядить суперконденсатор. Если VSYS падает из-за потери мощности, он может автономно переключать направление для стабилизации напряжения системы, подавая ток от суперконденсатора в VSYS.

    LTC3110 имеет диапазоны напряжения конденсатора / батареи от 0,1 до 5,5 В и резервного напряжения системы от 1,8 до 5,25 В, что делает его подходящим для широкого спектра приложений резервного копирования с использованием суперконденсаторов или батарей, например:

    • Он объединяет все функции, необходимые для использования преимуществ суперконденсаторов, зарядки, балансировки и резервного копирования.

    • Ограничение входного тока с точностью ± 2% исключает использование внешних компонентов, снижает IQ и позволяет использовать все возможности источника питания без превышения пределов безопасности.

    • Распределение входной мощности позволяет LTC3110 и другим преобразователям постоянного / постоянного тока или нагрузкам использовать один и тот же источник питания с минимальным снижением номинальных характеристик / запасом.

    • Активный балансировщик синхронно перемещает заряд между конденсаторами, устраняя внешние балластные резисторы и их потери мощности, что приводит к меньшему количеству циклов перезарядки и более быстрой зарядке.

    • Он может автономно переходить из режима зарядки в резервный или переключать режимы по внешней команде.

    На рис. 7-13 ШИМ-регулятор включает и выключает полевой МОП-транзистор. Без обратной связи рабочий цикл ШИМ определяет выходное напряжение, которое в два раза превышает входное для рабочего цикла 50%. Увеличение напряжения в два раза приводит к тому, что входной ток в два раза превышает выходной ток. В реальной схеме с потерями входной ток немного выше.

    7-13.Базовый прямой преобразователь может работать как повышающий или понижающий преобразователь. Теоретически он должен использовать «идеальный» трансформатор без потоков утечки, нулевого тока намагничивания и потерь.

    Его преимущества — простота, низкая стоимость и возможность увеличения мощности без использования трансформатора. Недостатками являются ограниченный диапазон мощности и относительно высокая пульсация на выходе из-за нерабочего времени, исходящего от выходного конденсатора.

    Выбор индуктора является важной частью этой схемы повышения, поскольку значение индуктивности влияет на входные и выходные пульсации напряжения и токи.Индуктор с низким последовательным сопротивлением обеспечивает оптимальную эффективность преобразования мощности. Выберите номинальный ток насыщения катушки индуктивности так, чтобы он был выше установившегося пикового тока катушки индуктивности в приложении.

    Для обеспечения стабильности для рабочих циклов выше 50% для индуктора требуется минимальное значение, определяемое минимальным входным напряжением и максимальным выходным напряжением. Это зависит от частоты переключения, рабочего цикла и сопротивления открытого МОП-транзистора.

    Топология прямого преобразователя (рис.7-13) представляет собой изолированную версию понижающего преобразователя. Использование трансформатора позволяет прямому преобразователю быть либо повышающим, либо понижающим преобразователем, хотя наиболее распространенным применением является понижающий преобразователь. Основными преимуществами прямой топологии являются ее простота и гибкость.

    Другая топология с трансформаторной изоляцией, упрощенный обратноходовой преобразователь (рис. 7-14), работает в режиме непрямого преобразования. Топология Flyback — одно из наиболее распространенных и экономичных средств для генерирования умеренного уровня изолированного питания в преобразователях переменного тока в постоянный.Он обладает большей гибкостью, поскольку может легко генерировать несколько выходных напряжений путем добавления дополнительных вторичных обмоток трансформатора. Недостатком является то, что регулирование и пульсации на выходе не так жестко контролируются, как в некоторых других топологиях, и нагрузки на выключатель питания выше.

    7-14. Трансформатор базового обратноходового преобразователя обычно имеет воздушный зазор, позволяющий накапливать энергию во время работы и передавать энергию диоду во время простоя.

    LT3798

    LT3798 компании

    Linear Technology представляет собой изолированный контроллер обратного хода с одноступенчатой ​​активной коррекцией коэффициента мощности (PFC). Эффективность более 86% может быть достигнута при уровне выходной мощности до 100 Вт. В зависимости от выбора внешних компонентов, он может работать в диапазоне входных напряжений от 90 до 277 В переменного тока и может легко увеличиваться или уменьшаться. Кроме того, LT3798 может использоваться в приложениях с высоким входным напряжением постоянного тока, что делает его пригодным для использования в промышленности, электромобилях и сверхвысоких напряжениях, в горнодобывающей промышленности и медицине.

    На Рис. 7-15 показано типичное приложение для LT3798. Эта ИС представляет собой контроллер переключения режима тока, специально предназначенный для создания источника постоянного тока / постоянного напряжения с изолированной топологией обратного хода. Для поддержания регулирования в этой топологии обычно используется обратная связь по выходному напряжению и току от изолированной вторичной обмотки выходного трансформатора до VIN. Обычно для этого требуется оптоизолятор. Вместо этого LT3798 использует пиковый ток внешнего полевого МОП-транзистора, полученный из считывающего резистора, для определения выходного тока обратноходового преобразователя, не требуя оптопары.

    7-15. Контроллер обратного хода LT3798 с одноступенчатой ​​активной коррекцией коэффициента мощности (PFC).

    Как показано на рис. 7-15, выходной трансформатор имеет три обмотки, включая выходную. Сток внешнего полевого МОП-транзистора подключается к одной из первичных обмоток. Третья обмотка трансформатора определяет выходное напряжение, а также подает питание для установившегося режима работы. Вывод VIN подает питание на внутренний LDO, который генерирует 10 В на выводе INTVCC. Схема внутреннего управления состоит из двух усилителей ошибок, схемы минимума, умножителя, передаточного затвора, компаратора тока, генератора низкого выходного тока и главной защелки.Кроме того, схема выборки и хранения контролирует выходное напряжение третьей обмотки. Компаратор обнаруживает режим прерывистой проводимости (DCM) с конденсатором и последовательным резистором, подключенными к третьей обмотке.

    Во время типичного цикла драйвер затвора включает внешний полевой МОП-транзистор, так что ток течет в первичной обмотке. Этот ток увеличивается со скоростью, пропорциональной входному напряжению и обратно пропорциональной индуктивности намагничивания трансформатора. Контур управления определяет максимальный ток, и компаратор выключает переключатель, когда он достигает этого тока.Когда переключатель выключается, энергия трансформатора вытекает из вторичной обмотки через выходной диод D1. Этот ток уменьшается со скоростью, пропорциональной выходному напряжению. Когда ток уменьшается до нуля, выходной диод отключается, и напряжение на вторичной обмотке начинает колебаться в зависимости от паразитной емкости и намагничивающей индуктивности трансформатора.

    Напряжение на всех обмотках одинаковое, поэтому и третья обмотка тоже работает. Конденсатор, подключенный к выводу DCM, отключает компаратор, который служит детектором du / dt при возникновении звонка.Эта временная информация используется для расчета выходного тока. Детектор du / dt ожидает, пока сигнал вызывного сигнала достигнет своего минимального значения, а затем включается переключатель. Такое переключение аналогично переключению при нулевом напряжении и сводит к минимуму потери энергии при включении переключателя, повышая эффективность до 5%. Эта ИС работает на границе непрерывного и прерывистого режимов проводимости, что называется критическим режимом проводимости (или граничным режимом проводимости). Работа в режиме критической проводимости позволяет использовать трансформатор меньшего размера, чем конструкции, работающие в режиме постоянной проводимости.

    SEPIC

    Несимметричный преобразователь первичной индуктивности (SEPIC) представляет собой топологию преобразователя постоянного / постоянного тока, который обеспечивает положительное регулируемое выходное напряжение от входного напряжения, которое изменяется сверху вниз от выходного напряжения. В упрощенном преобразователе SEPIC, показанном на рис. 7-16, используются две катушки индуктивности, L1 и L2, которые могут быть намотаны на один и тот же сердечник, поскольку в течение всего цикла переключения к ним прикладываются одинаковые напряжения. Использование спаренного дросселя занимает меньше места на ПК. плата и, как правило, дешевле, чем два отдельных индуктора.Конденсатор C4 изолирует вход от выхода и обеспечивает защиту от короткого замыкания нагрузки.

    7-16. Две катушки индуктивности в базовом преобразователе SEPIC могут быть намотаны на один и тот же сердечник, поскольку в течение всего цикла переключения к ним прикладываются одинаковые напряжения.

    ИС регулирует выход с помощью ШИМ-управления в текущем режиме, которое включает силовой полевой МОП-транзистор Q1 в начале каждого цикла переключения. Входное напряжение подается на катушку индуктивности и сохраняет энергию по мере нарастания тока в катушке индуктивности.Во время этой части цикла переключения ток нагрузки обеспечивается выходным конденсатором. Когда ток катушки индуктивности повышается до порога, установленного выходом усилителя ошибки, выключатель питания выключается, и внешний диод Шоттки смещается в прямом направлении. Катушка индуктивности передает накопленную энергию для пополнения выходного конденсатора и подачи тока нагрузки. Эта операция повторяется в каждом цикле переключения. Рабочий цикл преобразователя определяется компаратором управления ШИМ, который сравнивает выходной сигнал усилителя ошибки и текущий сигнал.

    Сигнал пилообразного изменения от генератора добавляется к пилообразному сигналу тока. Эта компенсация наклона предназначена для предотвращения субгармонических колебаний, которые присущи управлению режимом тока при скважности выше 50%. Контур обратной связи регулирует вывод FB до опорного напряжения через усилитель ошибки. Выход усилителя ошибки подключен к выводу COMP. К выводу COMP подключена внешняя RC-компенсационная цепь для оптимизации контура обратной связи для обеспечения стабильности и переходной характеристики.

    TPS61170

    TPS61170 — это монолитный высоковольтный импульсный стабилизатор от Texas Instruments со встроенным силовым полевым МОП-транзистором 1,2 А, 40 В. Устройство может быть сконфигурировано в нескольких стандартных топологиях регулятора, включая повышающий и SEPIC. Рисунок 7-17 показывает конфигурацию SEPIC. Устройство имеет широкий диапазон входного напряжения для поддержки приложений с входным напряжением от батарей или регулируемых шин питания 5 В, 12 В.

    7-17. TPS61170 сконфигурирован как преобразователь SEPIC.

    В ИС встроен полевой транзистор нижнего уровня на 40 В для обеспечения выходного напряжения до 38 В. Устройство регулирует выход с помощью токового режима управления ШИМ (широтно-импульсной модуляцией). Частота переключения ШИМ составляет 1,2 МГц (типовая). Схема управления ШИМ включает переключатель в начале каждого цикла переключения. Входное напряжение подается на катушку индуктивности и сохраняет энергию по мере нарастания тока в катушке индуктивности. Во время этой части цикла переключения ток нагрузки обеспечивается выходным конденсатором.Когда ток катушки индуктивности повышается до порога, установленного выходом усилителя ошибки, выключатель питания выключается, и внешний диод Шоттки смещается в прямом направлении. Катушка индуктивности передает накопленную энергию для пополнения выходного конденсатора и подачи тока нагрузки. Эта операция повторяет каждый цикл переключения. Как показано на блок-схеме, рабочий цикл преобразователя определяется компаратором управления ШИМ, который сравнивает выходной сигнал усилителя ошибки и текущий сигнал.

    TPS61170 работает на 1.Частота коммутации 2 МГц, что позволяет использовать низкопрофильные катушки индуктивности и недорогие керамические входные и выходные конденсаторы. Он имеет встроенную защиту, включая ограничение по току, плавный пуск и тепловое отключение.

    Гистерезисный преобразователь

    Базовый гистерезисный регулятор, показанный на рис. 7-18, представляет собой тип импульсного регулятора, в котором не используется ШИМ. Он состоит из компаратора с входным гистерезисом, который сравнивает выходное напряжение обратной связи с опорным напряжением. Когда напряжение обратной связи превышает опорное напряжение, выходной сигнал 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, включается переключатель и позволяет выходному напряжению снова расти.

    7-18. Базовый гистерезисный регулятор представляет собой самый быстрый способ управления преобразователем постоянного тока.

    Базовый гистерезисный преобразователь состоит из компаратора ошибок, управляющей логики и внутреннего задания. Выход обычно управляет синхронным выпрямителем, который может быть внутренним или внешним.Часть выходного напряжения возвращается в компаратор ошибок, который сравнивает его с опорным напряжением. Если выходное напряжение стремится к низкому уровню относительно опорного напряжения, выходной конденсатор заряжается до тех пор, пока не достигнет равновесия с опорным напряжением. Затем компаратор включает синхронный выпрямитель. Когда синхронный выпрямитель включен, выходное напряжение падает достаточно низко, чтобы преодолеть гистерезис компаратора, и в это время синхронный выпрямитель отключается, начиная новый цикл.

    В гистерезисном регуляторе нет усилителя ошибки напряжения, поэтому его реакция на любое изменение тока нагрузки или входного напряжения практически мгновенно. Следовательно, 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 изменяется с температурой и возрастом, практические изменения ESR могут легко привести к изменениям частоты в диапазоне от одного до трех.Однако существует модификация гистерезисной топологии, которая устраняет зависимость рабочей частоты от ESR.

    LM3475

    LM3475 — это понижающий (понижающий) контроллер постоянного / переменного тока, использующий гистерезисную архитектуру управления, которая обеспечивает регулирование с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) (рис. 7-19). Схема гистерезисного управления не использует внутренний генератор. Частота переключения зависит от внешних компонентов и условий эксплуатации. Рабочая частота снижается при малых нагрузках, что обеспечивает превосходную эффективность по сравнению с архитектурами с ШИМ.Поскольку переключение напрямую контролируется выходными условиями, гистерезисное управление обеспечивает исключительную переходную характеристику нагрузки.

    7-19. LM3475 — это понижающий (понижающий) контроллер постоянного и переменного тока, использующий гистерезисную архитектуру управления, которая обеспечивает регулирование с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ).

    LM3475 использует контур управления напряжением на основе компаратора. Напряжение на выводе обратной связи сравнивается с опорным напряжением 0,8 В с гистерезисом 21 мВ. Когда входное напряжение FB компаратора падает ниже опорного напряжения, выход компаратора становится низким.Это приводит к тому, что выходной сигнал драйвера PGATE переводит затвор PFET в низкий уровень и включает PFET.

    При включенном PFET входной источник питания заряжает COUT и подает ток на нагрузку через PFET и катушку индуктивности. Ток через катушку индуктивности линейно нарастает, а выходное напряжение увеличивается. Когда напряжение FB достигает верхнего порога (опорное напряжение плюс гистерезис), выход компаратора становится высоким, и PGATE выключает PFET. Когда PFET выключается, загорается диод, и ток через катушку индуктивности падает.Когда выходное напряжение падает ниже опорного напряжения, цикл повторяется.

    Конвертер Cuk

    Преобразователь Cuk — это преобразователь постоянного тока, величина выходного напряжения которого может быть больше или меньше входного напряжения. По сути, это повышающий преобразователь, за которым следует понижающий преобразователь с конденсатором для передачи энергии. Это инвертирующий преобразователь, поэтому выходное напряжение отрицательно по отношению к входному. Неизолированный преобразователь Cuk может иметь только противоположную полярность между входом и выходом.Он использует конденсатор в качестве основного элемента накопления энергии, в отличие от большинства других типов преобразователей, в которых используется катушка индуктивности.

    Как и другие преобразователи (понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, понижающий-повышающий преобразователь), преобразователь Cuk может работать в режиме непрерывного или прерывистого тока. Однако, в отличие от этих преобразователей, он также может работать в режиме прерывистого напряжения (напряжение на конденсаторе падает до нуля во время цикла коммутации).

    LM2611 от Texas Instruments представляет собой преобразователь Cuk, который состоит из контроллера режима тока со встроенным первичным переключателем и встроенной схемой измерения тока (рис.7-20). Обратная связь подключена к усилителю внутренней ошибки и использует внутреннюю компенсацию типа II / III. Генератор рампы обеспечивает некоторую компенсацию наклона системе. Вывод SHDN — это логический вход, предназначенный для отключения преобразователя.

    7-20. LM2611 сконфигурирован как преобразователь Cuk

    Импульсный ШИМ-стабилизатор с фиксированной частотой

    А, LM2611 имеет опорное напряжение -1,23 В, что делает его идеальным для использования в преобразователе Cuk. Преобразователь Cuk инвертирует вход и может повышать или понижать абсолютное значение.Используя катушки индуктивности как на входе, так и на выходе, преобразователь Cuk производит очень небольшие колебания входного и выходного тока. Это значительное преимущество по сравнению с другими инвертирующими топологиями, такими как повышенно-понижающий и обратный.

    Многофазный преобразователь

    По мере увеличения требований к току возрастает и потребность в увеличении количества фаз в преобразователе. Однофазные понижающие контроллеры подходят для низковольтных устройств с токами до 25 А, однако рассеивание мощности и эффективность являются проблемой при более высоких токах.Одним из подходов к более высоким токовым нагрузкам является многофазный понижающий контроллер. Их производительность делает их идеальными для питания персональной электроники, портативных промышленных устройств, твердотельных накопителей, приложений с малыми ячейками, ПЛИС и микропроцессоров.

    Двухфазная схема, показанная на рис. 7-21, имеет чередование фаз, что снижает токи пульсаций на входе и выходе. Это также уменьшает количество горячих точек на печатной плате или отдельном компоненте. Двухфазный понижающий преобразователь вдвое снижает рассеиваемую мощность тока RMS в полевых МОП-транзисторах и катушках индуктивности.Перемежение также снижает переходные потери.

    7-21. Базовый многофазный преобразователь имеет две чередующиеся фазы, что снижает токи пульсаций на входе и выходе.

    Многофазные элементы работают на общей частоте, но сдвинуты по фазе, так что переключение преобразования происходит через равные промежутки времени, контролируемые общей микросхемой управления. Микросхема управления смещает время переключения каждого преобразователя таким образом, чтобы фазовый угол между переключениями преобразователя составлял 360 градусов./ n, где n — количество фаз преобразователя. Выходы преобразователей параллельны, так что эффективная частота пульсаций на выходе равна n × f, где f — рабочая частота каждого преобразователя. Это обеспечивает лучшие динамические характеристики и значительно меньшую развязывающую емкость по сравнению с однофазной системой.

    Разделение тока между многофазными ячейками необходимо, чтобы не потреблять слишком много тока. В идеале каждая многофазная ячейка должна потреблять одинаковое количество тока.Чтобы добиться равного распределения тока, необходимо контролировать и контролировать выходной ток для каждой ячейки.

    Многофазный подход также предлагает преимущества упаковки. Каждый преобразователь выдает 1 / n от общей выходной мощности, уменьшая физический размер и величину магнитных полей, используемых в каждой фазе. Кроме того, силовые полупроводники в каждой фазе должны обрабатывать только 1 / n общей мощности. Это распределяет внутреннее рассеивание мощности между несколькими силовыми устройствами, устраняя концентрированные источники тепла и, возможно, необходимость в радиаторе.Несмотря на то, что здесь используется больше компонентов, компромисс по стоимости может быть благоприятным.

    Многофазные преобразователи

    имеют важные преимущества:

    • Пониженный среднеквадратичный ток конденсатора входного фильтра, позволяет использовать меньшие и менее дорогие типы

    • Распределенный отвод тепла, снижает температуру горячих точек, повышая надежность

    • Повышенная общая мощность

    • Повышенная эквивалентная частота без увеличения коммутационных потерь, что позволяет использовать меньшие эквивалентные индуктивности, сокращающие переходное время нагрузки.

    • Пониженный ток пульсаций в выходном конденсаторе снижает пульсации выходного напряжения и позволяет использовать меньшие и менее дорогие выходные конденсаторы

    • Превосходная реакция на переходные процессы при нагрузке во всем диапазоне нагрузок

    Многофазные преобразователи

    также имеют некоторые недостатки, которые следует учитывать при выборе количества фаз, например:

    • Необходимость в большем количестве переключателей и выходных катушек индуктивности, чем в однофазной конструкции, что приводит к более высокой стоимости системы, чем однофазное решение, по крайней мере, ниже определенного уровня мощности

    • Более сложный контроль

    • Возможность неравномерного распределения тока между фазами

    • Добавлена ​​сложность топологии схемы

    Синхронное выпрямление

    КПД — важный критерий при проектировании преобразователей постоянного тока, что означает, что потери мощности должны быть минимизированы.Эти потери вызваны переключателем мощности, магнитными элементами и выходным выпрямителем. Для уменьшения потерь в переключателе мощности и магнитных потерь требуются компоненты, которые могут эффективно работать на высоких частотах переключения. В выходных выпрямителях могут использоваться диоды Шоттки, но синхронное выпрямление (рис. 7-22), состоящее из силовых полевых МОП-транзисторов, может обеспечить более высокий КПД.

    7-22. Синхронный выпрямитель более эффективен, чем диодный выпрямитель.

    Полевые МОП-транзисторы

    имеют более низкие потери прямой проводимости, чем диоды Шоттки.В отличие от обычных самокоммутирующихся диодов, полевые МОП-транзисторы включаются и выключаются с помощью управляющего сигнала затвора, синхронизированного с работой преобразователя. Основным недостатком синхронного выпрямления является дополнительная сложность и стоимость, связанные с устройствами MOSFET и соответствующей управляющей электроникой. Однако при низких выходных напряжениях результирующее повышение эффективности более чем компенсирует недостаток стоимости во многих приложениях.

    Компенсация регулятора напряжения

    Импульсные источники питания

    используют отрицательную обратную связь для регулирования своей выходной мощности до желаемого значения.Оптимальная система управления SMPS, использующая отрицательную обратную связь, должна обеспечивать скорость, точность и отклик без колебаний. Один из способов добиться этого — ограничить частотный диапазон, в котором реагирует SMPS. Чтобы быть стабильным, частотный диапазон или полоса пропускания должны соответствовать частоте, на которой тракт передачи с обратной связью от входа к выходу падает на 3 дБ (так называемая частота кроссовера). Обязательно ограничивайте полосу пропускания до того, что на самом деле требуется вашему приложению. Принятие слишком широкой полосы пропускания влияет на помехозащищенность системы, а слишком низкая пропускная способность приводит к плохой переходной характеристике.Вы можете ограничить полосу пропускания системы управления SMPS, сформировав ее кривую усиления контура (V OUT / V IN ) с помощью блока компенсатора G (s), показанного на рис. 7-23. Этот блок гарантирует, что после определенной частоты амплитуда усиления контура упадет и опустится ниже 1 или 0 дБ.

    7-23. Типичная модель импульсного источника питания с отрицательной обратной связью использует блок компенсации G (s) и H (s), коэффициент усиления разомкнутого контура. VIN (s) — это вход, а VOUT (s) — это выход.

    Кроме того, для получения отклика, сходящегося к стабильному состоянию, нам необходимо убедиться, что фаза, при которой величина усиления контура равна 1, меньше -180 градусов. Чтобы убедиться, что мы держимся подальше от -180 град. на частоте кроссовера компенсатор G (s) должен адаптировать отклик контура на выбранной частоте кроссовера для создания необходимого запаса по фазе. Соответствующий запас по фазе гарантирует, что, несмотря на внешние возмущения или неизбежные спреды добычи, изменения в усилении контура не поставят под угрозу стабильность системы.Запас по фазе также влияет на переходную характеристику системы. Следовательно, компенсатор G (s) должен обеспечивать желаемые характеристики усиления и фазы.

    Используя анализатор цепей, вы можете определить запасы устойчивости, измерив коэффициент усиления и фазу контура управления, а затем просмотреть полученный график Боде (рис. 7-24), который представляет собой график зависимости коэффициента усиления и фазы от частоты источника питания. . 60 град. запас по фазе предпочтителен, но 45 град. обычно приемлемо. Обычно приемлемым считается запас усиления –10 дБ.Коэффициент усиления и запас по фазе важны, потому что фактические значения компонентов могут изменяться в зависимости от температуры. Таким образом, значения компонентов могут отличаться от блока к блоку при производстве, в результате чего коэффициент усиления по напряжению и фаза контура управления изменяются соответствующим образом. Кроме того, значения компонентов могут изменяться со временем и вызывать нестабильность.

    7-24. Типичный график Боде для импульсного стабилизатора напряжения IC показывает частоту кроссовера, усиление и запас по фазе.

    Если значения компонентов приводят к обнулению фазы на частоте кроссовера, регулятор становится нестабильным и колеблется.Целью компенсации является обеспечение наилучшего запаса по усилению и фазе при максимально возможной частоте кроссовера. Высокая частота кроссовера обеспечивает быструю реакцию на изменения тока нагрузки, тогда как высокое усиление на низких частотах обеспечивает быстрое установление выходного напряжения. Значения компонентов и вариации V OUT / V IN могут привести к компромиссу между высокой частотой кроссовера и высоким запасом устойчивости.

    7-25. LM21305 — это ИС импульсного регулятора, в котором используется один узел компенсации, для которого требуются компоненты компенсации RC и CC1, подключенные между контактом COMP и AGND.

    Определение компенсации для источника питания не всегда легко, потому что оценка графика Боде невозможна, когда нет доступа к петле обратной связи к детали. В других случаях доступ к контуру обратной связи затруднен, потому что аппаратное обеспечение интегрировано или потребуется вырезать дорожку на печатной плате. В других случаях устройства либо содержат несколько контуров управления, и только один из них доступен, либо порядок контура управления выше второго порядка, и в этом случае график Боде является плохим предиктором относительной стабильности.Еще одна сложность заключается в том, что во многих портативных электронных устройствах, таких как сотовые телефоны и планшеты, схемы очень малы и густо заполнены, что практически не мешает доступу к элементам контура управления.

    В вышеуказанных случаях единственный способ проверить стабильность — это оценка неинвазивного запаса стабильности (NISM). Он получен на основе легко доступных измерений выходного импеданса. Математическое соотношение, которое позволяет точно определять стабильность контура управления по данным выходного импеданса, было разработано Picotest и включено в программное обеспечение OMICRON Lab Bode 100 Vector Network Analyzer (VNA).На рис. 7-26 показана испытательная установка для этого измерения.

    7-26. Недоступные измерения выходного импеданса (Пикотест).

    Один из первых методов компенсации предусматривал использование регулятора напряжения с внешними узлами, чтобы разработчик мог вставлять компоненты компенсации. Определение значений компонентов компенсации включало анализ ИС регулятора и его внешних компонентов. После определения необходимой компенсации разработчик смоделировал или измерил схему регулятора с установленными компенсационными компонентами.Для получения желаемых результатов этот процесс обычно требовал нескольких итераций.

    Для правильного внедрения компенсационной сети требуются инженеры со специальными инструментами, навыками и опытом. Если схема была смоделирована и не измерена, разработчик должен был в конечном итоге вставить фактические компоненты компенсации для измерения характеристик источника питания. Моделирование было настолько хорошо, насколько хорошо дизайнер знал компоненты и паразиты. Модель могла быть неполной или отличаться от реальной схемы, поэтому компенсацию необходимо было проверить путем измерения реальной схемы.Неизменно требовалась доработка из-за возможных ошибок, связанных с заменой компонентов. Ремонтные работы также могут изменить характеристики источника питания и повредить цепи, питаемые от регулятора.

    Некоторые поставщики ИС регуляторов включали компоненты внутренней компенсации, поэтому конструкция не нуждалась в дальнейшем анализе. Однако разработчику пришлось использовать внешние компоненты, указанные производителем.

    Единичный компенсационный узел был следующим этапом в этой эволюции. Примером этого является ИС импульсного регулятора LM21305 компании Texas Instruments, показанная на рис.7-25. LM21305 обычно требует только одного резистора и конденсатора для компенсации. Однако иногда требовался дополнительный конденсатор.

    Автоматическая компенсация

    Для устранения проблем, связанных с ручным определением компенсации источника питания, две компании разработали технологию автоматической компенсации. В результате были разработаны ИС регулятора смешанных сигналов, использующие автоматическую компенсацию. Это избавило проектировщика от необходимости в специальных инструментах, знаниях или опыте для оптимизации производительности.Автоматическая компенсация устанавливает выходные характеристики таким образом, чтобы изменения из-за допусков компонентов, старения, температуры, входного напряжения и других факторов не влияли на производительность.

    Семейство цифровых источников питания

    CUI NDM2Z (рис. 7-27) включает автоматическую компенсацию с использованием ИС регулятора Intersil / Zilker ZL8101M. Автоматическая компенсация обходит традиционную практику создания маржи для учета вариаций компонентов, что может привести к более высоким затратам на компоненты и более длительным циклам проектирования.

    7-27. В семействе источников питания CUI NDM2Z используется автоматическая компенсация, которая позволяет динамически устанавливать оптимальную стабильность и переходную характеристику.

    Источники питания NDM2Z на 50 А обеспечивают КПД 91% при входном напряжении 12 В постоянного тока и выходном напряжении 1,0 В при нагрузке 50%. Все эти источники питания имеют входной диапазон от 4,5 до 14 В постоянного тока и программируемый выход от 0,6 до 5,0 В постоянного тока в версии 12 А и от 0,6 до 3,3 В постоянного тока в версиях на 25 и 50 А.

    Функции модуля

    включают активное разделение тока, последовательность напряжения, отслеживание напряжения, синхронизацию и распределение фазы, программируемый плавный пуск и останов, а также множество возможностей мониторинга.Простой и легкий в использовании графический интерфейс пользователя CUI помогает в этих проектах.

    ZL8101

    В NMD2Z используется синхронный понижающий контроллер Intersil / Zilker ZL8101, работающий в режиме напряжения, с широтно-импульсным модулятором постоянной частоты (PWM). В этом цифровом контроллере третьего поколения используется специальный оптимизированный конечный автомат для генерации точных импульсов ШИМ и собственный микроконтроллер, используемый для настройки, обслуживания и оптимизации (рис. 7-28). Для этого требуются внешние драйверы, силовые полевые МОП-транзисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Интегрированная подрегулировка позволяет работать от одного источника питания от 4,5 В до 14 В. Используя простые штыревые соединения или стандартные команды PMBus, вы можете настроить обширный набор функций управления питанием с помощью графического интерфейса Intersil PowerNavigator.

    7-28. Блок-схема Intersil ZL8101 IC показывает выходы PWM (PWMH и PWML), которые взаимодействуют с внешним драйвером, таким как ZL1505.

    Первоначально автоматическая компенсация ZL8101 измеряет характеристики силовой передачи и определяет требуемую компенсацию.ИС сохраняет значения компенсации и использует их при последующих входах. После включения ZL8101 готов к регулированию мощности и выполнению задач управления питанием без необходимости программирования. Расширенные параметры конфигурации и изменения конфигурации в реальном времени доступны через интерфейс I2C / SMBus. Встроенная энергонезависимая память (NVM) сохраняет данные конфигурации.

    Вы должны выбирать полевые МОП-транзисторы с внешним питанием в первую очередь для RDS (ON) и во вторую очередь для полного заряда затвора. Фактический выходной ток преобразователя мощности зависит от характеристик драйверов и выходных полевых МОП-транзисторов.

    Конфигурируемые функции защиты цепи непрерывно защищают ИС и нагрузку от повреждений из-за сбоев системы. ZL8101 непрерывно контролирует входное напряжение, выходное напряжение / ток, внутреннюю температуру и температуру внешнего термодиода. Вы также можете установить параметры мониторинга для определенных предупреждений о неисправности.

    Петля с нелинейным откликом (NLR) улучшает время отклика и снижает переходные отклонения выходного сигнала нагрузки. Чтобы оптимизировать эффективность преобразователя мощности, ZL8101 отслеживает его рабочие условия и постоянно регулирует время включения и выключения полевых МОП-транзисторов высокого и низкого напряжения.Алгоритмы адаптивной оптимизации производительности, такие как управление мертвым временем, эмуляция диодов и адаптивная частота, обеспечивают большее повышение эффективности.

    Сигнал Power-Good (PG) указывает, что выходное напряжение находится в пределах указанного допуска от целевого уровня, и условия неисправности отсутствуют. По умолчанию вывод PG определяет, находится ли выходное напряжение в пределах -10% / + 15% от целевого напряжения. Вы можете изменить эти пределы и полярность через интерфейс I2C / SMBus.

    Внутренний контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) служит синхронизатором для внутренних схем.Вы можете управлять ФАПЧ от внешнего источника синхронизации, подключенного к выводу SYNC. Вы можете установить частоту переключения от 200 кГц до 1,33 МГц.

    Графический интерфейс на базе Windows обеспечивает полную настройку и возможность мониторинга через интерфейс I2C / SMBus.

    NDM3Z-90

    CUI — это модуль на 90 А, который имеет несколько функций, обеспечивающих высокую эффективность преобразования мощности. Адаптивные алгоритмы и управление зарядом от цикла к циклу сокращают время отклика и уменьшают отклонение выходного сигнала в результате переходных процессов нагрузки.

    ZL8800

    NDM3Z использует Intersil ZL8800 для автоматической компенсации. Это двойной или двухфазный цифровой контроллер постоянного / постоянного тока. Каждый выход может работать независимо или использоваться вместе в двухфазной конфигурации для сильноточных приложений. ZL8800 поддерживает широкий диапазон выходных напряжений (от 0,54 В до 5,5 В), работая от входных напряжений от 4,5 до 14 В. На рис. 7-29 показана двухфазная конфигурация, в которой используются внешние модули питания DRMOS.

    7-29.Intersil ZL8800 сконфигурирован как двухфазный преобразователь

    Благодаря полностью цифровому управлению ChargeMode Control, ZL8800 будет реагировать на скачок нагрузки в течение одного цикла переключения. Этот уникальный метод модуляции без компенсации позволяет конструкциям соответствовать характеристикам переходных процессов с минимальной выходной емкостью, что позволяет сэкономить средства и место на плате.

    Фирменная однопроводная последовательная шина DDC (Digital-DC) компании

    Intersil позволяет ZL8800 обмениваться данными между другими ИС Intersil.Используя DDC, ZL8800 выполняет сложные функции, такие как балансировка фазных токов между ИС, упорядочивание и устранение неисправностей, устраняя необходимость в сложных системах управления источниками питания с многочисленными внешними дискретными компонентами.

    ZL8800 имеет защиту от перегрузки по току на выходе. Входное и выходное напряжение, а также напряжение питания драйвера DrMOS / MOSFET защищены от повышенного и пониженного напряжения. Для контроля температуры доступны два внешних и один внутренний датчик температуры, один из которых используется для защиты от пониженной и повышенной температуры.Функция параметрического захвата моментальных снимков позволяет пользователям делать снимки рабочих данных и данных о неисправностях в нормальных условиях или в условиях сбоя.

    Интегрированные регуляторы

    с малым падением напряжения (LDO) позволяют ZL8800 работать от одного источника питания, устраняя необходимость в дополнительных линейных регуляторах. Выход LDO может использоваться для питания внешних драйверов или устройств DrMOS.

    Благодаря полной совместимости с PMBus, ZL8800 способен измерять и сообщать входное напряжение, входной ток, выходное напряжение, выходной ток, а также внутреннюю температуру устройства, внешние температуры и вход вспомогательного напряжения.

    Этот блок питания включает в себя широкий спектр настраиваемых функций управления питанием, которые легко реализовать с минимальным количеством внешних компонентов. Кроме того, источник питания имеет защитные функции, которые постоянно защищают нагрузку от повреждений из-за неожиданных сбоев системы.

    Стандартная конфигурация источника питания подходит для широкого диапазона операций с точки зрения входного напряжения, выходного напряжения и нагрузки. Конфигурация хранится во внутренней энергонезависимой памяти (NVM).Все функции управления питанием можно перенастроить с помощью интерфейса PMBus.

    Автоматическая компенсация Powervation

    Компания

    Bellnix Co. Ltd. (Япония) использует цифровой контроллер ROHM PV3012 Powervation в своем низкопрофильном модуле постоянного / постоянного тока на 60 А. Цифровой модуль питания BDP12-0.6S60R0 представляет собой неизолированный понижающий преобразователь, совместимый с PMBus, который удовлетворяет потребности в конструкциях с малым форм-фактором, обеспечивая при этом высокую надежность и высокую производительность. ROHM PV3012 — это цифровой двухфазный контроллер (рис.7-30).

    7-30. ИС PV3012 от Powervation — это ИС с автоматической компенсацией в реальном времени с одним выходом, двух- или однофазным цифровым синхронным понижающим контроллером для приложений POL.

    Используется BDP на 60 А, и параллельная работа модуля BDP поддерживается через шину разделения тока DSS компании ROHM. Этот совместимый с PMBus модуль обеспечивает точные измерения и телеметрические отчеты, полную линейку программируемых функций защиты источника питания, хорошее энергопотребление и дополнительную функцию отслеживания — все в компактном 32.Дизайн корпуса SMD, соответствующий ROHS, 8 мм × 23,0 мм.

    Цифровой контроллер

    ROHM PV3012 Powervation также используется в сильноточных цифровых модулях POL серии iJB от TDK-Lambda. Продукты серии iJB поддерживают работу при низком напряжении и сильном токе, обеспечивая точность заданного значения ± 0,5% по линии, нагрузке и диапазону температур. В то время как функциональность модуля PMBus обеспечивает телеметрию напряжения, тока и температуры в реальном времени и обеспечивает полную программируемость преобразователя постоянного / постоянного тока, в продуктах серии iJB также используются контакты для настройки функций, что позволяет использовать их в приложениях, не поддерживающих PMBus. .

    Используя интеллектуальную технологию автонастройки Powervation, Auto-Control, модули iJB POL обеспечивают лучшую динамическую производительность и стабильность системы для приложения. Auto-Control — это запатентованная технология адаптивной компенсации, которая оптимизирует динамические характеристики и стабильность системы в реальном времени, не требуя внесения шума или недостатков периодических методов. Это ключевое преимущество для модулей и других конструкций, которые управляют неизвестными или переменными нагрузками на выходе, и решает проблемы, связанные с дрейфом параметров нагрузки, возникающим в зависимости от температуры и времени.

    Еще одним пользователем цифрового контроллера PV3012 является модуль DC / DC OKLF-T / 25-W12N-C от Murata Power Solutions. Это неизолированный преобразователь постоянного тока в постоянный, вырабатывающий максимум 25 А при выходном напряжении 1,2 В при работе до 70 ° C с потоком воздуха 200 LFM. Регулируемые выходы обеспечивают точное регулирование от 0,69 В до 3,63 В в широком диапазоне входных сигналов (от 6,5 В до 14 В).

    Модуль OKLF 25 A компании

    Murata Power Solutions обеспечивает сверхбыструю реакцию на переходные процессы при нагрузке, исключительные характеристики снижения номинальных характеристик и типичный КПД> 90% в форм-факторе с высокой плотностью мощности.Модуль представляет собой полноценный автономный источник питания; Благодаря использованию ИС цифрового управления PV3012 он обеспечивает полный набор функций защиты и прецизионную точность уставки.

    Этот преобразователь POL обеспечивает прецизионную точность уставки ± 0,5% по линии, нагрузке и диапазону температур — намного лучше, чем аналоговые варианты. Кроме того, это предложение повышает ценность за счет использования компактных приподнятых катушек индуктивности и функции автоматического управления Powervation.

    PV3204

    Одним из новых продуктов Powervation от ROHM, обеспечивающих автокомпенсацию, является PV3204, двухфазный цифровой синхронный понижающий контроллер с адаптивной компенсацией контура для приложений точки нагрузки (POL) (рис.7-31). Выход может подавать от 0,6 В до 5,5 В и может быть настроен и управляться через PMBus или посредством программирования, хранящегося в энергонезависимой памяти (NVM). Помимо интерфейса SMBus, PV3204 предоставляет 3-битный параллельный интерфейс VID с отображением от 0,85 В до 1,0 В с шагом 25 мВ и 1,05 В.

    7-31. Powervation PV3204 — это двухфазный цифровой синхронный понижающий контроллер с адаптивной автоматической компенсацией контура для приложений точки нагрузки (POL).

    PV3204

    PV3204 использует фирменный адаптивный цифровой контур управления Powervation, Auto-Control, технологию адаптивной компенсации контура в реальном времени для переключаемых преобразователей мощности, которая автономно уравновешивает компромисс между динамическими характеристиками и стабильностью системы.Auto-Control избавляет от сложных вычислений и настройки оптимальной стабильности, используемой с традиционными методами компенсации. Функция Auto-Control регулирует коэффициенты P, I и D в каждом цикле переключения для непрерывного достижения оптимальной стабильности в широком диапазоне помех. Автоматическое управление встроено в архитектуру управления цифровых устройств Powervation и не зависит от шума, вносимого периодическими калибровками. Непрерывный характер автоматического управления позволяет ему управлять изменениями в системе, которые происходят в режиме реального времени или медленно с течением времени при использовании источника питания.Эта самокомпенсация происходит от цикла к циклу, поэтому Auto-Control может непрерывно регулироваться в соответствии с изменениями температуры, которые происходят во время использования источника питания, и учитывает другие факторы, такие как старение и дрейф.

    Этот контроллер может использоваться в одно- или двухфазном режиме. При использовании в двухфазном режиме фазы могут добавляться или удаляться по мере изменения нагрузки, так что эффективность максимальна во всем диапазоне нагрузки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.