Регулятор напряжения схема: Регулятор напряжения 220 В своими руками: схемы и способы сборки

Регулятор напряжения для тена от 1 до 6 кВт

Kopatich 7 августа, 202021 августа, 2020 aliexpress, радиоэлектроника, Статьи, Техника 3

Содержание:

• 1 Схема регулятора напряжения на 220 вольт
  • 1.1 Детали для схемы:
• 2 Изготовление схемы
• 3 Как происходит процесс регулировки напряжения в дистилляторном аппарате.

Регулятор напряжения в электрических цепях, служит для изменения мощности, подаваемой в нагрузку. С помощью регулятора напряжения можно управлять скоростью вращения электродвигателей, уровнем освещенности и нагревательными приборами такие как паяльник, электрическая плитка, тэн. В радиомагазинах можно купить готовое изделие но сделать регулятор напряжения своими руками не сложно.

В процессе самогоноварения выяснилось что на газу процес нагревания браги происходит достаточно долго (около 2-х часов) и к тому же, неудобно регулировать процесс дистилляции браги, газовой плиткой.

В следствии чего возникла острая необходимость в модернизации самогонного(дистиллятного) аппарата, врезкой в него электрического нагревателя. Изначально задумывалось, что тен будет ставится мощностью 3 kW но в дальнейшем передумали и уменьшили до 2500 ватт. Далее нам понадобилась регулировка напряжения для управления процессом дисциляции, её мы решили изготовить своими руками, благо схем в общем доступе полно, они простые, минимум деталей и изготовление много времени не занимает.

Схема регулятора напряжения на 220 вольт

• Рисунок 1. Схема.

Схема состоит из симистора, BTA41-800B по названию можно определить его параметры ток и напряжение. Например BTA это обозначение симистора, 41 это его ток в амперах и 800B это его напряжение. Симистор можна заменить на более слабый ток для этого нужно мощность вашего тена разделить на напряжение, например: 2 кВт разделить на напряжение в сети 220 вольт мы получим нужный нам ток 2000/220=9,1 Ампер. В этом случае мы можем использовать другой симистор BTA12-600B, но так как симистор будет работать практически на пределах своих возможностей, он будет греться и придется закрепить его на радиатор, в противном случае он может выйти из строя.

• Рисунок 2. Схема с вольтметром.

Примечание.В схеме можно применять любой симистор не менее 600B и током в зависимости применяемого нагревательного элемента. В любом случае для облегчения работы симистора его следует разместить на радиаторе охлаждения. Дополнительно можно поставить вольтметр на выход схемы, чтобы видеть изменение напряжения наглядно и на вход поставить автомат на 16-25 ампер.

Детали для схемы:

1.Симистор выбираем от нагрузки но можете как в моем случае чем больше тем лучше BTA8-600b, BTA12-600b, BTA16-600b, BTA20-600b, BTA24-600b, BTA25-600b, BTA26-600b, BTA40-600b, BTA41-600b.

2.Потенциометр можно ставить в пределах от 470 кОм до 1 мегаом (МОм). Советую ставить потенциометр на 1 МОм так как у него больше диапазон регулировки, можно регулировать фактически до нуля. В начале я собрал схему с потенциометром на 500 кОм и в дальнейшем перепаивал на 1 мОм.

3.Динистор DB3 у него нет полярности припаиваем как хотим.

4.Резистор 10 кОм.

5.Конденсатор керамический 0,1 мкФ.

Изготовление схемы

• Рисунок 3. Схема в моем исполнение.

Для изготовления схемы нам понадобится в первую очередь паяльник, припой и канифоль и радио детали которые без труда можно приобрести в любом радио-магазине. Пожалуйста, уделяйте пристальное внимание, есть риск поражения электрическим током (как и во всем электрическом).

И так, для начала берем печатную плату и на ней располагаем компактно все детали после чего спаиваем все по схеме. Останется прикрепить симистор на радиатор. Я взял радиатор из старого блока питания телевизора. И останется самое сложное найти корпус и разместить схему в нем. На собирание схемы по времени у меня ушло буквально 15 минут.

• Рисунок 4. Схема регулятора мощности в моем исполнение.

Примечание. Эта схема часто встречается в пылесосах, китайских точильных станках.

• Рисунок 5. Регулировка с пылесоса.

Также можно заказать с сайта Алиэкспресс вот несколько вариантов.  1 вариант, 2 вариант по заверению китайца способен держать 5 кВт, 3 вариант в красивом корпусе с вольтметром, 4 вариант.

Как происходит процесс регулировки напряжения в дистилляторном аппарате.

На начальном этапе нагреватель включаем на полную мощность. После достижения температуры (78,8) градусов, что соответствует точки кипения этилового спирта, мощность нагревателя уменьшаем. Опытным путем меняя положения регулятора, нужно добиться того, чтобы весь выделяющийся пар конденсировался системой охлаждения. Это поможет избежать лишних потерь спирта и в то же время при правильно подобранной мощности позволит сократить время производства до возможного минимума.

Регулятор напряжения

Kopatich

Имею богатый жизненный опыт, могу Вам помочь советом, С уважением, Копатыч.

Свежие записи

Реклама

схемы на тиристоре, транзисторе, симисторе

Содержание

1. Принцип работы простого регулятора напряжения
2. Схемы регуляторов напряжения на 220в
3. Устройство для изменения напряжения на тиристоре
4. Регулятор напряжения на симисторе
5. Регулятор на микросхеме
6. Циклический регулятор
7. Регулятор тока
8. ШИМ-регулятор
9. Принципы сборки

В быту зачастую возникает необходимость регулировать напряжение питания потребителей переменного напряжения 220 вольт. Такая потребность может возникнуть, например, при регулировании яркости ламп накаливания или мощности электронагревательного прибора. Подобный прибор можно сделать самостоятельно.

Принцип работы простого регулятора напряжения

На заре электротехники инженеры пытались регулировать мощность нагрузки, изменяя напряжение на ней и ток в цепи посредством реостата. Реостат и нагрузка включались последовательно, образуя делитель напряжения. Чем больше сопротивление реостата, тем меньше напряжение на нагрузке, и наоборот.

Принцип регулирования напряжения и тока с помощью реостата

У такого принципа регулировки есть существенный недостаток. Через реостат идет полный ток нагрузки, на нем падает существенное напряжение, поэтому на нем бесполезно рассеивается значительная мощность.

Мнение эксперта

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Задать вопрос

Другой неявный минус подобного способа – полный ток нагрузки идет через подвижный контакт. При его перемещении он может подгорать, что снижает надежность установки в целом.

По мере развития твердотельной электроники выяснилось, что регулирование с помощью мощных ключей более надежно и экономично. Ключ (в его качестве может выступать мощный симистор, транзистор, тиристор и т.п.) имеет два положения – включен и выключен. В первом случае на нем не падает напряжение, во втором – через него не идет ток. В обеих ситуациях на ключевом элементе мощность не рассеивается.

В реальном элементе потери мощности все же происходят, но они намного меньше, чем при реостатном способе.

При регулировке с помощью ключа изменение среднего напряжения происходит за счет изменения среднего времени включенного состояния коммутирующего элемента. Сделать это можно двумя способами:

• фазовым;
• циклическим.

В первом случае ограничение времени происходит внутри каждого периода. Ключ открывается в определенный момент времени после прохождения напряжения через ноль. Участок синусоиды от нуля до момента включения «вырезается», ток через нагрузку идет большее или меньшее время. Такой регулятор всегда будет понижающим- напряжение можно менять в пределах от 0% до 100%.

Принцип фазового регулирования

Этот способ относительно просто реализуется, он позволяет избежать мигания ламп накаливания при использовании регулятора в качестве диммера. Но у него есть существенный минус – ток потребления нагрузки становится резко несинусоидальным, отчего в питающей сети возникают помехи.

Циклический способ свободен от данного недостатка. Ключ включается и выключается в момент перехода сетевого напряжения через ноль, за счет чего в течение одного или нескольких полупериодов нагрузка оказывается обесточенной. Среднее значение напряжения и тока зависит от количества пропущенных полупериодов.

Минусом данного метода является наличие больших пауз между подачами питания. Это может привести, например, к заметному миганию ламп накаливания, поэтому такой способ применим только к устройствам, обладающим большой тепловой инерцией (электроплиткам, паяльникам и т. п.).

Циклический способ управления напряжением

В цепях постоянного напряжения удобно использовать метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом напряжение источника остается стабильным, а нагрузка запитывается импульсами, следующими с одинаковой частотой и амплитудой, но разной ширины. В зависимости от ширины импульсов меняется среднее напряжение (а значит, и средний ток) на нагрузке. Такой метод применяют, например, для управления яркостью свечения светодиодов.

Принцип широтно-импульсной модуляции

В большинстве случаев ШИМ применяют в низковольтных устройствах. Но этот способ применим и для построения устройств на 220 вольт – в них сетевое напряжение сначала выпрямляется, затем «нарезается» на импульсы. ШИМ-регуляторы также не генерируют помехи в питающую сеть. Для работы в качестве ключа тиристоры в цепях постоянного тока непригодны – их сложно выключить. Поэтому для коммутации в схемах ШИМ обычно применяют транзисторы.

Схемы регуляторов напряжения на 220в

Устройства, регулирующие напряжение на нагрузке, можно построить на разной элементной базе и на различных принципах. От этого будет зависеть их область применения.

Устройство для изменения напряжения на тиристоре

Несложный регулятор напряжения на нагрузке можно выполнить на базе тиристора КУ202Н или другого подходящего по току и напряжению. Устройство работает по фазовому принципу. Как только конденсатор заряжается до уровня, необходимого для открытия тиристора, ключ открывается и ток идет в нагрузку. Цепочка резисторов R1 и R2 определяет время заряда конденсатора С1. Чем позже он заряжается до уровня, тем большая часть синусоиды «вырезается», тем меньше среднее напряжение на нагрузке.

В момент перехода напряжения через ноль тиристор закрывается, и в следующем полупериоде цикл повторяется.

В качестве нагрузки можно использовать паяльник, электрическую лампочку накаливания, электроплитку, прочую инерционную нагрузку с небольшой реактивной составляющей. Если полный диапазон управления (от 0% до 100%) не нужен, можно применить конденсатор с меньшей ёмкостью (например, 0,1 мкФ).

Регулятор напряжения на тиристоре

Для диммирования LED-светильников это устройство непригодно. Светодиодные осветительные приборы оснащаются драйверами, задача которых – поддерживать ток через светоизлучающие элементы стабильным, независимо от напряжения на входе. То есть, они выполняют задачу, противоположную действию регулятора напряжения.

Регулятор напряжения на симисторе

Более мощный прибор с меньшим количеством деталей можно построить на симисторе. В отличие от тиристора, этот ключевой элемент работает в цепях переменного тока, и ему не нужен выпрямительный мост.

Устройство для регулирования мощности на симисторе

Принцип действия прибора — такой же, как у предыдущего устройства. Момент открывания симистора зависит от скорости зарядки конденсатора С1. Динистор VS1 формирует импульсы для открывания ключевого элемента. В устройстве можно применить, кроме указанных, любой динистор с напряжением открывания 20..35 вольт (НТ32, НТ35 и др. ), симистор BT131-600, Z0103MN5AA4 или отечественный КУ 208. Но он должен быть с запасом рассчитан на полный ток нагрузки.

Регулятор на микросхеме

Регулятор мощности на КР1182ПМ1

Самодельный фазовый регулятор можно создать и на специализированной микросхеме КР1182ПМ1. Интересно, что эта микросхема является отечественной разработкой, и импортных аналогов не имеет. У КР1182ПМ1 «на борту» есть два встроенных тиристора, но при необходимости увеличить мощность можно управлять и внешними ключами. Именно так построена схема регулятора мощности, приведенная на рисунке.

Циклический регулятор

Циклический регулятор напряжения

Устройства, работающие по циклическому принципу, не так распространены, но для примера можно рассмотреть одну схему. На микросхеме DD1 собран генератор, импульсы которого синхронизированы с моментом перехода сетевого напряжения через ноль. Импульсы следуют с одинаковой частотой, а резистором R1 можно регулировать скважность. Симистор управляется через ключи на транзисторах VT1, VT2.

Читайте также

Схема и сборка самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока

 

Регулятор тока

Мощность на нагрузке можно регулировать, изменяя не только напряжение, но и ток в цепи. Такое построение устройства удобно, например, для использования в качестве зарядного устройства для аккумулятора (можно также управлять яркостью свечения лампы и т.п.).

Регулятор тока для низковольтных цепей постоянного тока

Этот регулятор тока легко сделать своими руками даже не имея высокой квалификации. Резистор Rx является токоизмерительным шунтом. Операционный усилитель измеряет на нем падение напряжения, сравнивает с заданным напряжением (оно устанавливается посредством потенциометра R3). В зависимости от разницы между этими напряжениями ОУ приоткрывает или призакрывает транзистор VT1, поддерживая ток в нагрузке примерно одинаковым.

Рекомендуем: Электрические схемы для самодельных зарядных устройств

ШИМ-регулятор

Схемы, использующие ШИМ, сложнее. Но иногда без них не обойтись, например, если требуется плавное управление оборотами коллекторного электродвигателя. Подобное устройство можно собрать на базе широко распространенного таймера серии 555 (отечественный аналог – КР1006ВИ1). На таймере собран генератор импульсов, частоту следования которых регулируют потенциометром R1.1. Для гальванической развязки между силовой и сигнальной частью применен оптрон DA2. На транзисторах VT1, VT2 собран драйвер ключа, в качестве которого применен IGBT-транзистор (все транзисторы надо установить на радиаторе).

Принципы сборки

Прежде, чем собирать любое электронное устройство, надо усвоить принцип – все соединения делать только пайкой (в некоторых случаях – под зажим). Никаких скруток, особенно в силовых цепях! Поэтому надо найти паяльник, расходники к нему и приобрести хотя бы начальные навыки обращения с этим хозяйством.

Мнение эксперта

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Задать вопрос

Простые устройства, состоящие из малого количества деталей, можно собирать «на весу», безо всякой платы. Надо лишь позаботиться о надежной изоляции проводников и мест паек, чтобы не допустить короткого замыкания.

Самый же лучший способ создания регулятора напряжения 220 вольт и низковольтных регулирующих устройств – сборка на плате. Можно пойти классическим путем и вытравить плату из заготовки фольгированного текстолита. Некоторые авторы прикладывают к схеме готовый рисунок печатного монтажа. Если его нет – можно разработать плату самостоятельно. Для этого в сети можно найти платные и бесплатные программы.

Наиболее популярная freeware программа для рисования простых печатных плат — SprintLayout.

ШИМ-регулятор, собранный на самодельной печатной плате

Рисунок переводится на фольгу методом ЛУТ или с помощью фоторезиста (об этих способах можно найти много информации в интернете). Плата травится в растворе хлорного железа, но лучше приготовить другой раствор:

1. 100 мл перекиси водорода (продается в любой аптеке).
2. 30 грамм лимонной кислоты (продается в продуктовых магазинах).
3. 2-3 чайные ложки поваренной соли (есть в любом доме).

Вода в этот рецепт не входит!

После травления защитный рисунок смывается ацетоном, сверлятся отверстия и можно собирать схему. Если нет желания или возможности заниматься печатной платой, можно собрать схему на макетной плате. От большого куска отрезается кусочек нужных размеров, и устройство собирается на нем. Выглядит не так презентабельно, как печатная плата, но в надежности монтажа ей не уступает.

Монтаж регулятора тока на макетной плате

Есть еще один вариант – приобрести набор для самостоятельной сборки устройства. В него входит и печатная плата.

Регулятор мощности, собранный на готовой печатной плате из «китайского» набора

Схемотехника устройств, регулирующих ток и напряжение в нагрузке, разнообразна по сложности и элементной базе. Для создания самодельного регулятора всегда можно найти схему по зубам. И главное – при сборке и испытаниях устройств на 220 вольт всегда надо помнить о технике безопасности.

Что такое регулятор напряжения? | EAGLE

Регуляторы

, установка:

Регулятор напряжения и как он защищает вашу цепь

Будь то ваш автомобиль, ноутбук или смартфон, каждое электронное устройство нуждается в некоторой защите от колебаний напряжения. В наши дни, когда устройства как никогда плотно упакованы чувствительными компонентами, такими как микропроцессоры и интегральные схемы (ИС), даже малейшее изменение напряжения может нанести ущерб вашей тщательно разработанной схеме. Итак, что может сделать чувствительный компонент, когда ему требуется защита? Ему нужен регулятор, чтобы поддерживать стабильное и плавное напряжение от входа к выходу.

Обзор регуляторов напряжения

В мире электронных компонентов регулятор напряжения является одним из наиболее широко используемых, но что делает эта ИС? Он обеспечивает схему с предсказуемым и фиксированным выходным напряжением в любое время, независимо от входного напряжения.

LM7805 — один из самых популярных линейных стабилизаторов напряжения. (Источник изображения)

То, как регулятор напряжения выполняет эту задачу, в конечном итоге зависит от разработчика. Некоторым напряжением можно управлять с помощью более простого стабилитрона, в то время как для других приложений требуется усовершенствованная топология линейных или импульсных регуляторов. В конце концов, у каждого регулятора напряжения есть основная и второстепенная цель:

Первичный: Для создания стабильного выходного напряжения цепи в ответ на изменения условий входного напряжения. У вас может быть 9 В на входе, но если вам нужно только 5 В на выходе, вам нужно понизить его (понизить) с помощью регулятора напряжения.

Вторичный : Регуляторы напряжения также защищают электронные схемы от любого потенциального повреждения. Последнее, что вам нужно, — это поджарить микроконтроллер, потому что он не выдерживает скачков напряжения.

Когда дело доходит до добавления стабилизатора напряжения в вашу схему, вы, как правило, будете работать с одним из двух типов — линейными регуляторами напряжения или импульсными регуляторами напряжения.

Давайте посмотрим, как они оба работают.

Линейные регуляторы напряжения

Этот тип регулятора действует как делитель напряжения в вашей цепи и часто используется при разработке маломощных и недорогих приложений. С линейным регулятором вы будете использовать силовой транзистор (BJT или MOSFET), который играет роль переменного резистора, повышая и понижая выходное напряжение вашей схемы при изменении входного питания.

Независимо от того, какая нагрузка подключена к вашей цепи, линейный стабилизатор напряжения всегда будет идти в ногу, чтобы обеспечить постоянное стабильное выходное напряжение. Например, 3-контактный линейный стабилизатор напряжения, такой как LM7805, обеспечивает стабильное выходное напряжение 5 вольт 1 ампер, если входное напряжение не превышает 36 вольт.

LM705 соединен последовательно для обеспечения стабильного выходного напряжения. (Источник изображения)

Недостаток этого типа регулятора в конечном счете сводится к тому, как он работает. Поскольку он ведет себя как резистор для стабилизации напряжения, он в конечном итоге тратит впустую массу энергии, поскольку преобразует резистивный ток в тепло. Вот почему линейные стабилизаторы напряжения идеально подходят для приложений, где требования к мощности невелики, а разница между входным и выходным напряжениями минимальна. Давайте сравним две разные ситуации регулирования напряжения, чтобы увидеть, как работает линейный регулятор:

При входном напряжении 10 вольт, которое понижается до 5 вольт с помощью LM7805, вы в конечном итоге потеряете 5 ватт и получите только 50% эффективности своих усилий.

Возьмите тот же регулятор LM7805 и подайте на него входное напряжение 7 вольт, уменьшив его до 5 вольт, и в итоге вы потеряете всего 2 ватта и достигнете эффективности 71%.

Как видите, чем ниже ваши начальные требования к входной мощности, тем эффективнее может быть ваш линейный регулятор напряжения. При работе с этими регуляторами в вашей собственной схеме вы, как правило, сталкиваетесь с двумя вариантами: последовательным или шунтирующим.

Регулятор напряжения серии

Этот обычный стабилизатор имеет последовательно с нагрузкой транзистор, управляемый стабилитроном. Здесь регулятор использует переменный элемент (в данном случае транзистор), линейно изменяя сопротивление вверх и вниз в зависимости от переменного входного напряжения, чтобы обеспечить стабильное и постоянное выходное напряжение.

Простая схема последовательного регулятора напряжения, обеспечивающая регулируемый выход постоянного тока. (Источник изображения)

Шунтирующий регулятор напряжения

Это приложение работает аналогично последовательному регулятору напряжения, но не подключается последовательно. Все избыточное напряжение по-прежнему направляется на землю через тот же процесс переменного сопротивления, что снова приводит к трате энергии. Чаще всего шунтирующие регуляторы используются в:

• Прецизионные ограничители тока
• Контроль напряжения
• Источники питания с регулируемым напряжением
• Усилители ошибок
• Цепи источника и стока тока
• Импульсные источники питания с низким выходным напряжением

Шунтирующий регулятор напряжения не подключен последовательно, но по-прежнему отправляет избыточный ток на землю. (Источник изображения)

В целом, если вы работаете с маломощными и недорогими приложениями, где эффективность преобразования энергии не является приоритетом, то линейный стабилизатор напряжения будет вашим выбором. Вот некоторые заключительные преимущества и недостатки, о которых следует помнить, прежде чем выбрать линейный регулятор для вашего следующего проекта:

 

Преимущества	Недостатки
Имеет более низкие электромагнитные помехи и шум, чем импульсные стабилизаторы	Вариант с очень низким энергопотреблением, если разница между входным и выходным напряжением велика
Быстрое реагирование на изменения нагрузки или сетевого напряжения	Часто требуется установка радиатора для рассеивания всей потраченной впустую энергии
Обеспечивает постоянное и постоянное низкое выходное напряжение, идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением	У вас нет возможности получить выходное напряжение выше входного

Импульсные регуляторы напряжения

Импульсные регуляторы

идеально подходят, когда у вас большая разница между входным и выходным напряжениями. По сравнению с линейными регуляторами напряжения, импульсное переключение значительно выигрывает в эффективности преобразования энергии. Однако вся эта дополнительная эффективность также усложняет вашу схему.

Вы обнаружите, что импульсные стабилизаторы имеют совершенно другую внутреннюю схему, использующую управляемый переключатель для регулирования напряжения. Вот почему он называется импульсным регулятором.

Как работает импульсный регулятор? Вместо того, чтобы постоянно сопротивляться входному напряжению и посылать его на землю в качестве стока, импульсные регуляторы вместо этого сохраняют, а затем передают заряд более мелкими частями выходному напряжению на основе обратной связи. Подавая выходное напряжение обратно на переключатель, регулятор получает постоянную проверку того, нужно ли ему увеличивать или уменьшать синхронизацию блоков напряжения на выходе.

Импульсные регуляторы становятся немного сложнее. (Источник изображения)

Импульсный стабилизатор поддерживает уровень заряда с помощью транзистора, который включается, когда для его хранения требуется больше энергии, и выключается, когда достигается желаемое выходное напряжение. Это помогает обеспечить гораздо более энергоэффективный метод управления уровнями выходного напряжения с помощью своего рода системы, похожей на плотину, которая не просто сопротивляется потоку входного напряжения, но вместо этого реагирует на изменения напряжения и включает/выключает по мере необходимости. нужный.

Однако этот процесс включения/выключения имеет некоторые недостатки. Чем быстрее переключается ваш импульсный стабилизатор, тем больше времени он тратит на переход из проводящего состояния в непроводящее, что приводит к общему снижению эффективности преобразования. Вы также получите гораздо больше шума в своей цепи с импульсным регулятором, чем с линейным регулятором напряжения.

Однако, в отличие от линейных стабилизаторов напряжения, импульсные стабилизаторы имеют гораздо более разнообразные области применения. Эти регуляторы не только понижают или повышают напряжение, но также могут инвертировать его. Вот три метода, которыми известны импульсные регуляторы напряжения:

Повышение (повышение)

Этот метод обеспечивает более высокое регулируемое выходное напряжение за счет увеличения входного напряжения.

Эта схема повышает входное напряжение 5 В до 12 В на выходе. (Источник изображения)

Раскряжевка (понижающая)

Этот метод обеспечивает более низкое регулируемое выходное напряжение на основе переменного входного напряжения, аналогично тому, как работает линейный регулятор.

Эта схема понижает входное напряжение 8-40 В до 5 В на своем выходе. (Источник изображения)

Усиление/раскачка (инвертор)

Этот метод представляет собой своего рода гибрид, предоставляющий разработчику возможность повышать, понижать или инвертировать выходное напряжение по мере необходимости.

В целом, если вы работаете со сложной конструкцией, в которой важна эффективность преобразования энергии, а разница между входным и выходным напряжениями велика, импульсные регуляторы — это то, что вам нужно. Вот некоторые заключительные преимущества и недостатки, о которых следует помнить, прежде чем выбрать этот регулятор для вашего следующего проекта:

Преимущества	Недостатки
Достигает гораздо более высокой эффективности преобразования энергии, чем линейные регуляторы, 85%+	Создает больше электромагнитных помех и шума, чем линейные регуляторы
Не требует добавления радиатора на плату, что позволяет сэкономить место	Требует большей сложности и дополнительных компонентов макета
Может легко работать с силовыми приложениями с широким диапазоном входного и выходного напряжения	Дополнительные компоненты увеличивают общую стоимость проекта, что не идеально подходит для бюджетных или недорогих проектов.

Простота — стабилитрон

Многим разработчикам может не понадобиться иметь дело со сложными линейными или импульсными регуляторами напряжения. В этих ситуациях мы можем положиться на еще более простое решение для регулирования напряжения с помощью стабилитрона. Один только этот компонент может в некоторых случаях обеспечить всю необходимую регулировку напряжения, не требуя каких-либо специальных деталей.

Стабилитрон выполняет свою работу, шунтируя все избыточное напряжение выше своего порога на землю. Однако вся эта простота имеет ограниченные возможности, и вы обычно будете использовать стабилитроны только в качестве стабилизаторов напряжения для приложений с очень низким энергопотреблением.

Какой регулятор вам нужен?

Все конструкции уникальны, и не существует универсального регулятора, который удовлетворит потребности каждого инженера. Скорее, вы захотите оценить каждый новый проект в каждом конкретном случае и задать себе следующие вопросы:

• Ваши требования к конструкции требуют низкого уровня выходного шума и электромагнитных помех? Если это так, то линейные регуляторы — это то, что вам нужно.
• Требует ли ваша конструкция максимально быстрой реакции на входные и выходные помехи? Линейные регуляторы снова выигрывают.
• У вашего проекта есть строгие ограничения по стоимости, и вам нужно отчитываться за каждый доллар? Линейные регуляторы являются экономичным выбором.
• Работает ли ваша конструкция при мощности выше нескольких ватт? В этой ситуации 9Импульсные стабилизаторы 0018 дешевле, так как не требуют радиатора.
• Ваша конструкция требует высокой эффективности преобразования энергии? Импульсные стабилизаторы — это правильный выбор, обеспечивающий КПД 85%+ для повышающих и понижающих преобразователей.
• Ваше устройство работает исключительно от источника постоянного тока, и вам необходимо повысить выходное напряжение? Импульсные регуляторы справятся с этим.

Все еще не знаете, какого риэлтора выбрать? Вот некоторые другие детали, которые следует учитывать в разделе Как выбрать лучший стабилизатор напряжения для моей схемы? от Силовой Электроники.

Регуляторы, крепление

Какое бы устройство вы ни проектировали, оно нуждается в серьезной защите от колебаний напряжения. Стабилизаторы напряжения — идеальный инструмент для этой задачи, способный обеспечить стабильное выходное напряжение, чтобы ваша схема работала должным образом. Какой регулятор напряжения вам нужен, в конечном итоге зависит от требований вашей конструкции. Работаете с маломощным и недорогим приложением, где преобразование энергоэффективности не вызывает беспокойства? Линейные регуляторы могут быть выходом. Или, может быть, вы работаете над более сложной конструкцией, требующей напряжения, которое можно повышать и понижать по мере необходимости. Подумайте о переключении регуляторов, если это так. Какой бы регулятор вы ни выбрали, вы защитите свою схему от опасностей этих напряжений в дикой природе.

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE включает в себя массу бесплатных библиотек регуляторов напряжения, готовых для использования в вашем следующем проекте? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня!

Встроенные регуляторы напряжения | Empower Semiconductor

Что такое встроенный регулятор напряжения (IVR)?

Интегрированный регулятор напряжения (IVR) — это высокопроизводительное устройство управления питанием, предназначенное для обеспечения производительности, эффективности, размера и экономичности энергоемких электронных приложений с большим объемом данных за счет замены традиционной интегральной схемы управления питанием (PMIC). ) решения с одной крошечной ИС.

Необходимость обеспечения, помимо прочих функций, фильтрации входных и выходных сигналов, защиты цепей, конфигурируемости и компенсации контуров обратной связи означает, что обычные PMIC регулятора напряжения должны сочетаться с дополнительными громоздкими конденсаторами, резисторами и катушками индуктивности. Теперь это не так благодаря полностью интегрированному регулятору напряжения Empower, первому и единственному IVR.

IVR — это качественный скачок по сравнению с традиционными решениями PMIC, поскольку он сочетает в себе импульсный регулятор напряжения со всеми необходимыми схемами управления и фильтрации в одном корпусе и устраняет необходимость в ЛЮБЫХ внешних компонентах.

IVR объединяет ранее разрозненные компоненты в единое компактное устройство

Зачем нужны IVR?

IVR приобретают все большее значение, поскольку инженеры стремятся решить задачу повышения производительности и функциональности системы при одновременном повышении эффективности и удельной мощности. Это особенно актуально для приложений с интенсивным использованием данных, таких как центры обработки данных и системы искусственного интеллекта, которым требуются серверы, коммутаторы, маршрутизаторы, карты адаптеров, хранилища, беспроводная связь и оптические приемопередатчики.

Наряду с преимуществами с точки зрения эксплуатационных расходов и размера системы, эффективность системы поднялась на первое место в повестке дня проектирования, поскольку мир ищет способы удовлетворить растущий глобальный спрос на электроэнергию при одновременном снижении выбросов углерода. .

Предлагая до 50 % экономии энергии системы по сравнению с традиционными конструкциями, IVR имеют уникальную возможность внести значительный вклад в решение агрессивных задач по эффективности на уровне системы, необходимых для достижения этих целей.

IVR обеспечивают до 10 раз уменьшение размера и до 50% экономии энергии по сравнению с традиционными конструкциями

Помимо значительного улучшения характеристик энергопотребления системы (таких как реакция на скачок нагрузки и DVS), IVR обеспечивают инженерам значительную гибкость проектирования за счет значительно упрощая проектирование и реализацию схемы регулирования напряжения.

Дополнительные преимущества обеспечиваются повышенной надежностью приложений благодаря меньшему количеству соединений, уменьшенной чувствительности к электромагнитным помехам, минимальному количеству материалов и значительному сокращению площади, занимаемой печатной платой.

IVR и эффективность № 1 — переходная характеристика

Новейшие IVR могут обеспечивать регулировку посредством скачка нагрузки от нуля до 10 А всего за 500 нс . Поскольку производительность системы улучшается, а скорость процессора продолжает расти, многие существующие PMIC слишком медленны, чтобы реагировать на быстро меняющиеся нагрузки и возвращаться к установившемуся напряжению после переходного процесса.

Поскольку мощность пропорциональна квадрату напряжения, чем больше отклонение напряжения и чем больше времени требуется для возврата из состояния избыточного напряжения к регулируемому напряжению, тем больше энергии тратится впустую.

IVR помогают инженерам решить эту проблему благодаря сочетанию высокого уровня интеграции и запатентованных методов управления. Некоторые из новейших устройств могут обеспечить жесткую стабилизацию напряжения за счет сверхбыстрых переходных процессов и предлагают время установления, которое до ста раз короче, чем у традиционных регуляторов, и все это без необходимости использования дополнительных конденсаторов.

IVR и эффективность № 2 — динамическое масштабирование напряжения (DVS)

Еще один важный вклад в эффективность системы вносит то, как IVR обрабатывает динамическое масштабирование напряжения (DVS). DVS — это метод управления питанием системы, который в режиме реального времени оптимизирует напряжение питания для минимизации потерь на основе подачи минимально возможного напряжения для работы в данный момент времени.

С DVS в 1000 раз быстрее, чем обычные конструкции, новые поколения IVR позволяют быстро и без потерь изменять состояние питания процессора за наносекунды. Практически мгновенная подача напряжения устраняет избыточное напряжение и, таким образом, потери мощности.

Экономия энергии благодаря ExpressV™ DVS по сравнению со стандартным DVS

В результате значительно повышается эффективность управления центральными и графическими процессорами и любыми другими быстрыми цифровыми микросхемами с тактовой частотой. Это связано с тем, что почти все эти компоненты используют состояния мощности (комбинации частоты и напряжения), которые стремятся минимизировать мощность на операцию. ExpressV™ DVS не только устраняет потери энергии при переходах между состояниями, но и позволяет системе избежать капризов, связанных с необходимостью прогнозировать будущие рабочие команды при определении правильного состояния питания.

IVR и эффективность №3 – интеграция

Небольшой размер кристалла и возможности интеграции IVR позволяют очень тесно связать его с цифровой нагрузкой. Размер кристалла IVR достаточно мал, чтобы его можно было установить непосредственно на подложку внутри самой SoC. Кроме того, толщина кристалла может составлять всего 100 мкм, что позволяет устанавливать его на нижней стороне подложки, чтобы соответствовать высоте BGA.

За счет интеграции IVR в кристаллическое решение тесное соединение нагрузки не только устраняет потери I2R, но также устраняет необходимость в больших банках развязывающих конденсаторов. Эта возможность повышает эффективность системы при дальнейшем снижении количества компонентов и общей стоимости системы.

Общая экономия системы впечатляет, если принять во внимание значительное сокращение места на плате при одновременном использовании преимуществ производительности. Эффективность может быть максимальной, а такие функции, как ExpressDVS и невероятная переходная нагрузка, могут обеспечить функции производительности системы, которые раньше были невозможны.

IVR и центр обработки данных – пример

На изображении показана потенциальная энергия, выбросы CO ₂ и снижение затрат при внедрении IVR в приложения центра обработки данных

Хорошим примером повышения эффективности, которое делают возможными IVR, является их использование в оборудовании центра обработки данных. Внедрение IVR в схемы управления питанием процессора и памяти высокопроизводительных серверов и устройств хранения, например, может помочь снизить энергопотребление центра обработки данных на целых 30%.

Если бы такое энергосбережение было достигнуто во всех центрах обработки данных по всему миру, это означало бы ежегодное энергосбережение в размере 240 ТВтч и сокращение выбросов CO ₂ выбросов около 130 миллионов тонн.

Полностью интегрированная технология IVR Empower

Построенные на усовершенствованной геометрической платформе CMOS и с использованием запатентованной резонансной технологии с цифровой настройкой, понижающие IVR Empower EP70XX являются самыми быстрыми и компактными регуляторами переключения в мире. Каждое устройство может работать напрямую от входного источника 1,8 В или в качестве второй ступени топологии двухкаскадного преобразования.

EP70XX IVR доступны с выходами с одинарной, двойной или тройной регулировкой и объединяют все дискретные компоненты, необходимые для полного источника питания, в одном компактном корпусе BGA размером всего 5 мм x 5 мм. Это делает их в десять раз меньше, чем более традиционные схемы регулирования напряжения, построенные на дискретных полупроводниках и пассивных компонентах.

IVR объединяет полевые транзисторы, схемы управления, пассивные и магнитные элементы в одной ИС

Устройства этого семейства демонстрируют пиковый КПД до 92 % с почти плоскими кривыми КПД при различных нагрузках и могут регулироваться с шагом нагрузки от ноль выходной ток до 10 А всего за 500 нс с колебаниями напряжения менее 15 мВ.

Все члены семейства EP70XX обеспечивают более высокую точность во время полномасштабных и чрезвычайно быстрых переходных процессов, а время установления до 100 раз меньше, чем в обычных конструкциях. Это связано с тем, что традиционные преобразователи должны работать на низких частотах (от 0,3 МГц до 3 МГц) для достижения высокой эффективности, что требует нескольких больших конденсаторов для фильтрации на выходе и входе, если они хотят получить разумную переходную характеристику. Устранение этих больших конденсаторов позволяет снизить выходное напряжение Empower IVR на одну треть или менее, а время восстановления в сто раз быстрее, чем у лучших в своем классе преобразователей постоянного тока в постоянный.