- Perjungimo reguliatorių tipai
- Veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis perjungimo reguliatorių
Maitinimas yra svarbi bet kurio elektronikos projekto / įrenginio dalis. Nepriklausomai nuo šaltinio, paprastai reikia atlikti energijos valdymo užduotis, tokias kaip įtampos transformavimas / mastelio keitimas ir konversija (AC-DC / DC-DC). Tinkamo sprendimo pasirinkimas kiekvienai iš šių užduočių gali būti raktas į produkto sėkmę (arba nesėkmę). Viena iš labiausiai paplitusių energijos valdymo užduočių beveik visų rūšių įrenginiuose yra nuolatinės ir nuolatinės įtampos reguliavimas / mastelio keitimas. Tai reiškia, kad nuolatinės įtampos vertė įėjime keičiama į didesnę ar mažesnę išėjimo vertę. Komponentai / moduliai, naudojami šioms užduotims atlikti, paprastai vadinami įtampos reguliatoriais. Paprastai jie gali tiekti pastovią išėjimo įtampą, kuri yra didesnė arba mažesnė nei įėjimo įtampa, ir jie paprastai naudojami tiekiant komponentų energiją, kai jūsų sekcijos yra skirtingos įtampos. Jie taip pat naudojami tradiciniuose maitinimo šaltiniuose.
Yra du pagrindiniai įtampos reguliatorių tipai;
- Linijiniai reguliatoriai
- Perjungimo reguliatoriai
Linijiniai įtampos reguliatoriai paprastai yra pakopiniai reguliatoriai ir jie naudoja impedanso valdymą, kad sukurtų linijinį įėjimo įtampos išėjime sumažėjimą. Paprastai jie yra labai pigūs, bet neefektyvūs, nes reguliuojant šilumai prarandama daug energijos. Kita vertus, perjungimo reguliatoriai gali padidinti arba sumažinti įtampą, taikomą įėjime, atsižvelgiant į architektūrą. Jie pasiekia įtampos reguliavimą naudodami tranzistoriaus įjungimo / išjungimo perjungimo procesą, kuris valdo įtampą, esančią reguliatorių išėjime. Palyginti su tiesiniais reguliatoriais, perjungimo reguliatoriai paprastai yra brangesni ir žymiai efektyvesni.
Šiandienos straipsnyje mes sutelksime dėmesį į reguliatorių perjungimą ir, kaip pavadinimas davė, mes atsižvelgsime į veiksnius, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis projekto perjungimo reguliatorių.
Dėl kitų projekto dalių (pagrindinių funkcijų, radijo dažnių ir kt.) Sudėtingumo, reguliatorių pasirinkimas maitinimo šaltiniams paprastai yra vienas iš veiksmų, likusių iki projektavimo proceso pabaigos. Šiandienos straipsnyje bus bandoma pateikti dizainerį, kuriam yra ribojamas laikas, patarimų, ko reikia ieškoti perjungimo reguliatoriaus specifikacijose, siekiant nustatyti, ar jis tinka jūsų konkrečiam naudojimo atvejui. Taip pat bus pateikta išsami informacija apie skirtingų būdų, kaip skirtingi gamintojai pateikia informaciją apie tokius parametrus kaip temperatūra, apkrova ir pan., Aiškinimą.
Perjungimo reguliatorių tipai
Iš esmės yra trys perjungimo reguliatorių tipai, o veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti, priklauso nuo to, kurie iš jų bus naudojami jūsų programai. Šie trys tipai yra;
- „Buck Regulators“
- Stiprinimo reguliatoriai
- „Buck Boost“ reguliatoriai
1. „Buck Regulators“
„Buck“ reguliatoriai, dar vadinami „ down-down“ reguliatoriais arba „ buck konverteriais“, yra neabejotinai populiariausi perjungimo reguliatoriai. Jie turi galimybę sumažinti įtampą, taikomą įėjime, prie mažesnės įtampos išėjime. Taigi, jų vardinė įėjimo įtampa paprastai yra didesnė už vardinę išėjimo įtampą. Pagrindinė „buck“ keitiklio schema parodyta žemiau.
Reguliatoriaus išvestis atsiranda dėl tranzistoriaus įjungimo ir išjungimo, o įtampos vertė paprastai priklauso nuo tranzistoriaus darbo ciklo (kiek laiko tranzistorius buvo įjungtas per visą ciklą) funkcija. Išėjimo įtampa pateikiama pagal žemiau pateiktą lygtį, iš kurios galime daryti išvadą, kad darbo ciklas niekada negali būti lygus vienam, taigi išėjimo įtampa visada bus mažesnė nei įėjimo įtampa. Todėl reguliavimo reguliatoriai naudojami, kai reikia sumažinti maitinimo įtampą tarp vieno ir kito projekto etapo. Čia galite sužinoti daugiau apie „buck reguliatoriaus“ projektavimo pagrindus ir efektyvumą, taip pat sužinoti, kaip sukurti „Buck“ keitiklio grandinę.
2. Stiprinimo reguliatoriai
„Boost“ reguliatoriai arba „ boost“ keitikliai veikia tiesiogiai priešingai nei „buck“ reguliatoriai. Jie išleidžia savo įtampą, didesnę nei įėjimo įtampa. Kaip ir „buck“ reguliatoriai, jie naudoja perjungimo tranzistoriaus veiksmus, kad padidintų įtampą išėjime, ir paprastai susideda iš tų pačių komponentų, naudojamų „buck“ reguliatoriuose, o vienintelis skirtumas yra komponentų išdėstymas. A paprasti schemos dėl stiprintuvo reguliatorius yra parodyta žemiau.
Čia galite sužinoti daugiau apie „Boost“ reguliatoriaus projektavimo pagrindus ir efektyvumą, galite sukurti vieną „Boost“ keitiklį vadovaudamiesi šia „Boost Converter“ grandine.
3. „Buck-Boost“ reguliatoriai
Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas yra „ buck boost“ reguliatoriai. Pagal jų pavadinimą lengva padaryti išvadą, kad jie suteikia tiek įkrovos, tiek įkrovos efektą įėjimo įtampai. „ Buck-boost“ keitiklis sukuria apverstą (neigiamą) išėjimo įtampą, kuri gali būti didesnė arba mažesnė už įėjimo įtampą, atsižvelgiant į darbo ciklą. Pagrindinė „buck-boost“ jungiklio režimo maitinimo grandinė pateikta žemiau.
„Buck-boost“ keitiklis yra padidinimo keitiklio grandinės variantas, kai invertuojantis keitiklis į apkrovą tiekia tik induktoriaus L1 sukauptą energiją.
Bet kurio iš šių trijų jungiklių reguliatorių tipų pasirinkimas priklauso tik nuo to, ko reikia projektuojamai sistemai. Nepaisant naudojamo reguliatoriaus tipo, svarbu užtikrinti, kad reguliatorių specifikacijos atitiktų projekto reikalavimus.
Veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis perjungimo reguliatorių
Perjungimo reguliatoriaus konstrukcija iš esmės priklauso nuo jam naudojamo galios IC, todėl dauguma veiksnių, į kuriuos reikia atsižvelgti, bus naudojamos galios IC specifikacijos. Svarbu suprasti „Power IC“ specifikacijas ir ką jie reiškia, kad įsitikintumėte, jog pasirinkote tinkamą savo programai.
Nepaisant jūsų paraiškos, patikrinus šiuos veiksnius, galėsite sumažinti laiką, praleistą pasirinkimui.
1. Įvesties įtampos diapazonas
Tai reiškia leistiną įvesties įtampų diapazoną, palaikomą IC. Paprastai jis nurodomas duomenų lape ir kaip dizaineris, todėl svarbu užtikrinti, kad jūsų programos įėjimo įtampa patektų į įvesties įtampos diapazoną, nurodytą IC. Nors tam tikruose duomenų lapuose gali būti nurodyta tik didžiausia įėjimo įtampa, prieš pateikdami prielaidas, geriau patikrinti duomenų lapą, kad įsitikintumėte, jog nėra minimos minimalios įvesties srities. Kai naudojama didesnė už maksimalią įėjimo įtampą įtampa, IC paprastai iškepa, tačiau ji paprastai nustoja veikti arba veikia neįprastai, kai naudojama žemesnė nei minimali įėjimo įtampa įtampa, visa tai priklauso nuo galiojančių apsaugos priemonių. Viena iš apsaugos priemonių, paprastai naudojamų siekiant išvengti IC pažeidimų, kai įėjime tiekiama įtampos ribų, yra nepakankamo įtampos užraktas (UVLO),patikrinimas, ar tai yra, taip pat gali padėti priimti jūsų dizaino sprendimus.
2. Išėjimo įtampos diapazonas
Perjungimo reguliatoriai paprastai turi kintamą išėjimą. Išėjimo įtampos diapazonas rodo įtampų diapazoną, kuriam galima nustatyti reikiamą išėjimo įtampą. IC be kintamos išvesties parinkties tai paprastai yra viena reikšmė. Svarbu užtikrinti, kad jūsų reikalaujama išėjimo įtampa atitiktų IC nurodytą diapazoną ir kad būtų užtikrintas geras saugos koeficientas, nes skirtumas tarp didžiausio išėjimo įtampos diapazono ir reikalingos išėjimo įtampos. Paprastai minimalios išėjimo įtampos negalima nustatyti žemesnės nei vidinė etaloninė įtampa. Priklausomai nuo jūsų programos („buck“ arba „boost“), minimalus išėjimo diapazonas gali būti didesnis nei įėjimo įtampa (padidinimas) arba mažesnis nei įėjimo įtampa („buck“).
3. Išėjimo srovė
Šis terminas reiškia dabartinį reitingą, kuriam buvo sukurtas IC. Iš esmės tai rodo, kiek srovės IC gali tiekti išėjęs. Kai kuriems IC, tik didžiausia išėjimo srovė yra nurodoma kaip saugos priemonė ir padėti projektuotojui užtikrinti, kad reguliatorius galės tiekti srovę, kurios reikia programai. Kitiems IC pateikiami minimalūs ir maksimalūs reitingai. Tai gali būti labai naudinga planuojant jūsų programos energijos valdymo metodus.
Renkantis reguliatorių pagal IC išėjimo srovę, svarbu įsitikinti, ar yra saugos riba tarp didžiausios jūsų programai reikalingos srovės ir didžiausios reguliatoriaus išėjimo srovės. Svarbu užtikrinti, kad maksimali reguliatoriaus išėjimo srovė būtų bent 10–20% didesnė už jūsų reikalaujamą išėjimo srovę, nes nuolat veikdamas didžiausiu lygiu IC gali generuoti didelį šilumos kiekį ir gali pakenkti šilumai.. Taip pat maksimaliai veikiant, sumažėja IC efektyvumas.
4. Darbinės temperatūros diapazonas
Šis terminas reiškia temperatūros diapazoną, kuriame reguliatorius veikia tinkamai. Jis apibrėžiamas pagal aplinkos temperatūrą (Ta) arba sandūros temperatūrą (Tj). TJ temperatūra nurodo aukščiausią tranzistoriaus darbinę temperatūrą, o aplinkos temperatūra - aplink įrenginį esančią aplinką.
Jei darbinės temperatūros diapazonas apibrėžiamas atsižvelgiant į aplinkos temperatūrą, tai dar nereiškia, kad reguliatorių galima naudoti visame temperatūros diapazone. Svarbu atsižvelgti į saugos koeficientą, taip pat į planuojamos apkrovos srovę ir ją lydinčią šilumą, nes šios ir aplinkos temperatūros derinys sudaro sankryžos temperatūrą, kurios taip pat negalima viršyti. Norint, kad reguliatorius veiktų tinkamai, nepertraukiamai, būtina laikytis darbinės temperatūros ribų, nes per didelė šiluma gali sukelti nenormalų reguliatoriaus veikimą ir katastrofišką gedimą.Todėl svarbu atkreipti dėmesį į aplinkos šilumą aplinkoje, kurioje prietaisas bus naudojamas, ir taip pat nustatyti galimą šilumos kiekį, kurį generuos prietaisas dėl apkrovos srovės, prieš nustatant, ar nurodytas darbinės temperatūros diapazonas reguliatoriaus dirba jums. Svarbu pažymėti, kad tam tikri reguliatoriai taip pat gali sugesti esant labai šaltoms sąlygoms, todėl verta atkreipti dėmesį į minimalias temperatūros vertes, jei programa bus įdiegta šaltoje aplinkoje.
5. Perjungimo dažnis
Perjungimo dažnis reiškia greitį, kuriuo valdymo tranzistorius įjungiamas ir išjungiamas perjungimo reguliatoriuje. Impulso pločio moduliacijos pagrindu veikiančiuose reguliatoriuose dažnis paprastai fiksuojamas, o pulso dažnio moduliacijoje.
Perjungimo dažnis turi įtakos reguliatoriaus parametrams, tokiems kaip pulsacija, išėjimo srovė, didžiausias efektyvumas ir atsako greitis. Perjungimo dažnio projektavimas visada apima suderintų induktyvumo verčių naudojimą, kad dviejų panašių skirtingo perjungimo dažnio reguliatorių veikimas būtų skirtingas. Jei bus atsižvelgta į du panašius reguliatorius skirtingais dažniais, bus nustatyta, kad, pavyzdžiui, didžiausia reguliatoriaus srovė, veikianti žemesniu dažniu, palyginti su aukšto dažnio reguliatoriaus srove. Be to, tokie parametrai, kaip pulsacija, bus dideli, o reguliatoriaus atsako greitis bus mažas esant žemam dažniui, o pulsacija bus maža, o atsako greitis - didelis aukštu dažniu.
6. Triukšmas
Perjungimo veiksmas, susijęs su reguliatorių perjungimu, sukelia triukšmą ir susijusias harmonikas, kurios gali turėti įtakos visos sistemos veikimui, ypač sistemose, kuriose yra radijo dažnių komponentai ir garso signalai. Nors triukšmą galima sumažinti naudojant filtrą ir pan., Jis tikrai gali sumažinti signalo ir triukšmo santykį (SNR) grandinėse, kurios yra jautrios triukšmui. Taigi svarbu būti tikri, kad reguliatoriaus keliamas triukšmas neturi įtakos bendram sistemos veikimui.
7. Efektyvumas
Efektyvumas yra svarbus veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti kuriant bet kokį energijos sprendimą šiandien. Iš esmės tai yra išėjimo įtampos ir įėjimo įtampos santykis. Teoriškai perjungimo reguliatoriaus efektyvumas yra šimtas procentų, tačiau praktiškai tai netiesa, nes tiek induktoriaus, tiek išėjimo kondensatoriaus FET jungiklio, diodų įtampos kritimo ir ESR varža sumažina bendrą reguliatoriaus efektyvumą. Nors dauguma šiuolaikinių reguliatorių siūlo stabilumą plačiame veikimo diapazone, efektyvumas skiriasi priklausomai nuo naudojimo ir, pavyzdžiui, labai sumažėja, kai didėja iš išvesties gaunama srovė.
8. Apkrovos reguliavimas
Apkrovos reguliavimas yra įtampos reguliatoriaus gebėjimas išlaikyti pastovią įtampą išėjime, neatsižvelgiant į apkrovos poreikio pokyčius.
9. Pakuotė ir dydis
Kuriant bet kurį aparatūros sprendimą, šiais laikais vienas iš įprastų tikslų yra kiek įmanoma sumažinti dydį. Iš esmės tai apima elektronikos komponento dydžio mažinimą ir visada mažinant komponentų, sudarančių kiekvieną įrenginio skyrių, skaičių. Mažo dydžio maitinimo sistema ne tik padeda sumažinti bendrą projekto dydį, bet ir padeda sukurti erdvę, kurioje gali būti ankštos papildomos produkto savybės. Atsižvelgdami į projekto tikslus, įsitikinkite, kad naudojate formos faktorių / pakuotės dydį tilps į jūsų kosmoso biudžetą. Renkantis pagal šį veiksnį, taip pat svarbu atsižvelgti į periferinių komponentų dydį, reikalingus reguliatoriui veikti. Pavyzdžiui, naudojant aukšto dažnio IC, galima naudoti mažos talpos išėjimo kondensatorius ir induktorius, dėl ko sumažėja komponentų dydis ir atvirkščiai.
Visa tai nustačius ir palyginus su projektavimo reikalavimais, greitai galėsite nustatyti, kurį reguliatorių reikėtų kirsti ir kuris turėtų būti jūsų projekte.
Pasidalykite, kurį veiksnį, jūsų manymu, praleidau, ir visus kitus komentarus per komentarų skyrių.
Iki kito karto.