Stabilizator napięcia z regulacją impulsową. Załączalny stabilizator napięcia, obwód Możliwość dalszego rozwoju

Cześć. Zwracam uwagę na recenzję zintegrowanego liniowo regulowanego stabilizatora napięcia (lub prądu) LM317 w cenie 18 centów za sztukę. W lokalnym sklepie taki stabilizator kosztuje o rząd wielkości więcej, dlatego zainteresowałem się tą partią. Postanowiłem sprawdzić co w tej cenie się sprzedaje i okazało się, że stabilizator jest dość wysokiej jakości, ale o tym poniżej.
Przegląd obejmuje testy w trybie stabilizatora napięcia i prądu, a także sprawdzenie zabezpieczenia przed przegrzaniem.
Zainteresowanych proszę...

Trochę teorii:

Są stabilizatory liniowy I puls.
Stabilizator liniowy to dzielnik napięcia, na którego wejście podawane jest napięcie wejściowe (niestabilne), a napięcie wyjściowe (stabilizowane) jest usuwane z dolnego ramienia dzielnika. Stabilizacja odbywa się poprzez zmianę rezystancji jednego z ramion dzielnika: rezystancja jest stale utrzymywana, tak aby napięcie na wyjściu stabilizatora mieściło się w ustalonych granicach. Przy dużym stosunku napięć wejściowych do wyjściowych stabilizator liniowy ma niską wydajność, ponieważ większość mocy Pdis = (Uin - Uout) * Jest ona rozpraszana w postaci ciepła na elemencie sterującym. Dlatego element sterujący musi być w stanie rozproszyć wystarczającą moc, to znaczy musi być zainstalowany na grzejniku o wymaganej powierzchni.
Korzyść stabilizator liniowy - prostota, brak zakłóceń i niewielka liczba zastosowanych części.
Wada- niska wydajność, wysoka emisja ciepła.
Przełączanie stabilizatora napięcie to stabilizator napięcia, w którym element regulujący pracuje w trybie przełącznym, czyli przez większość czasu znajduje się albo w stanie odcięcia, gdy jego rezystancja jest maksymalna, albo w trybie nasycenia – przy minimalnym oporze, co oznacza, że można uznać za przełącznik. Dzięki obecności elementu integrującego następuje płynna zmiana napięcia: napięcie wzrasta w miarę gromadzenia energii i maleje w miarę jej uwalniania do obciążenia. Ten tryb działania może znacznie zmniejszyć straty energii, a także poprawić wskaźniki masy i rozmiaru, ale ma swoje własne cechy.
Korzyść stabilizator impulsów - wysoka wydajność, niskie wydzielanie ciepła.
Wada- większa liczba elementów, obecność zakłóceń.

Bohater recenzji:

Partia składa się z 10 mikroukładów w pakiecie TO-220. Stabilizatory były dostarczane w plastikowej torbie owiniętej pianką polietylenową.






Porównanie z prawdopodobnie najsłynniejszym stabilizatorem liniowym 7805 na 5 woltów w tej samej obudowie.

Testowanie:
Podobne stabilizatory są produkowane przez wielu producentów, tutaj.
Pozycja nóg jest następująca:
1 - regulacja;
2 - wyjście;
3 - wejście.
Montujemy prosty stabilizator napięcia według schematu z instrukcji:


Oto co udało nam się uzyskać przy 3 pozycjach rezystora zmiennego:
Wyniki, szczerze mówiąc, nie są zbyt dobre. Nie odważyłbym się nazwać tego stabilizatorem.
Następnie załadowałem stabilizator rezystorem 25 Ohm i obraz całkowicie się zmienił:

Następnie postanowiłem sprawdzić zależność napięcia wyjściowego od prądu obciążenia, dla którego napięcie wejściowe ustawiłem na 15 V, napięcie wyjściowe ustawiłem za pomocą rezystora trymera na około 5 V, a wyjście obciążyłem zmiennym rezystorem drutowym 100 Ohm . Oto co się stało:
Nie udało się uzyskać prądu większego niż 0,8A, ponieważ Napięcie wejściowe zaczęło spadać (zasilacz jest słaby). W wyniku tych testów stabilizator z chłodnicą nagrzaną do 65 stopni:

Aby sprawdzić działanie stabilizatora prądu, zmontowano następujący obwód:


Zamiast rezystora zmiennego zastosowałem stały, oto wyniki testu:
Obecna stabilizacja również jest dobra.
No bo jak może być recenzja bez spalenia bohatera? Aby to zrobić, ponownie zmontowałem stabilizator napięcia, przyłożyłem 15 V do wejścia, ustawiłem wyjście na 5 V, tj. Na stabilizator spadło 10V i obciążyło go na 0,8A, czyli tj. Na stabilizator wypuszczono moc 8W. Chłodnica została usunięta.
Wynik został pokazany na poniższym filmie:


Tak, zabezpieczenie przed przegrzaniem również działa; nie było możliwości spalenia stabilizatora.

Wynik:

Stabilizator jest w pełni sprawny i może być stosowany zarówno jako stabilizator napięcia (pod warunkiem obecności obciążenia), jak i jako stabilizator prądu. Istnieje również wiele różnych schematów zastosowań zwiększających moc wyjściową, wykorzystujących ją jako ładowarkę do akumulatorów itp. Koszt przedmiotu jest całkiem rozsądny, biorąc pod uwagę, że offline mogę kupić takie minimum za 30 rubli, a za 19 rubli , który jest znacznie droższy od testowanego .

W takim razie pozwólcie mi się pożegnać, powodzenia!

Produkt został udostępniony do napisania recenzji przez sklep. Recenzja została opublikowana zgodnie z punktem 18 Regulaminu.

Planuję kupić +37 Dodaj do ulubionych Recenzja przypadła mi do gustu +59 +88

Regulowany stabilizator napięcia przełączającego przeznaczony jest do montażu zarówno w amatorskich urządzeniach radiowych o stałym napięciu wyjściowym, jak i do zasilacza laboratoryjnego o regulowanym napięciu wyjściowym. Ponieważ stabilizator działa w trybie impulsowym, charakteryzuje się dużą wydajnością i w przeciwieństwie do stabilizatorów liniowych nie wymaga dużego radiatora. Moduł wykonany jest na płytce z podłożem aluminiowym, co pozwala na odprowadzanie prądu wyjściowego do 2 A przez długi czas bez konieczności instalowania dodatkowego radiatora. Dla prądów większych niż 2 A należy z tyłu modułu zamontować grzejnik o powierzchni co najmniej 145 cm2. Grzejnik można przymocować za pomocą śrub, w tym celu w module przewidziano dwa otwory, w celu maksymalnego odprowadzania ciepła należy zastosować pastę KPT-8. W przypadku braku możliwości zastosowania śrub montażowych moduł można przymocować do radiatora/metalowej części urządzenia za pomocą autouszczelniacza. Aby to zrobić, należy nałożyć uszczelniacz na środek tylnej części modułu, pocierać powierzchnie tak, aby szczelina między nimi była minimalna i dociskać przez 24 godziny. .85° C Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją nie Wymiary modułu 43 x 40 x 12 mm Masa modułu 15 g Obwód przyłączeniowy z woltomierzem SVH0043 Obwód przyłączeniowy ze stabilizatorem prądu 1,6 A Wymiary gabarytowe

Stabilizatory liniowe mają wspólną wadę - niską wydajność i wysokie wytwarzanie ciepła. Mocne urządzenia wytwarzające prąd obciążenia w szerokim zakresie mają znaczne wymiary i wagę. Aby zrekompensować te niedociągnięcia, opracowano i zastosowano stabilizatory impulsów.

Urządzenie utrzymujące stałe napięcie na odbiorniku prądu poprzez regulację elementu elektronicznego działającego w trybie kluczowym. Przełączalny stabilizator napięcia, podobnie jak liniowy, występuje w wersji szeregowej i równoległej. Rolę klucza w takich modelach pełnią tranzystory.

Ponieważ punkt efektywny urządzenia stabilizującego znajduje się prawie stale w obszarze odcięcia lub nasycenia, przechodząc przez obszar aktywny, w tranzystorze wytwarza się niewielka ilość ciepła, dlatego stabilizator przełączający ma wysoką wydajność.

Stabilizacja odbywa się poprzez zmianę czasu trwania impulsów, a także kontrolę ich częstotliwości. W rezultacie rozróżnia się regulację częstotliwości impulsów i, innymi słowy, regulację szerokości i szerokości. Stabilizatory impulsów działają w trybie kombinowanym impulsowym.

W urządzeniach stabilizacyjnych z regulacją szerokości impulsu częstotliwość impulsów ma wartość stałą, a czas trwania impulsów jest wartością zmienną. W urządzeniach z regulacją częstotliwości impulsów czas trwania impulsów nie zmienia się, zmienia się jedynie częstotliwość.

Na wyjściu urządzenia napięcie jest prezentowane w postaci tętnienia, dlatego nie nadaje się do zasilania odbiornika. Przed doprowadzeniem zasilania do obciążenia odbiornika należy je wyrównać. W tym celu na wyjściu stabilizatorów impulsów montowane są wyrównujące filtry pojemnościowe. Występują w wersji wielolinkowej, w kształcie litery L i innych.

Średnie napięcie przyłożone do obciążenia oblicza się ze wzoru:

  • Ti oznacza czas trwania okresu.
  • ti – czas trwania impulsu.
  • Rн – wartość rezystancji odbiornika, Ohm.
  • I(t) – wartość prądu płynącego przez obciążenie, w amperach.

W zależności od indukcyjności prąd może przestać płynąć przez filtr na początku następnego impulsu. W tym przypadku mówimy o trybie pracy z prądem przemiennym. Prąd może również płynąć dalej, co oznacza pracę z prądem stałym.

Przy zwiększonej wrażliwości obciążenia na impulsy mocy, pomimo znacznych strat w uzwojeniu cewki i przewodach, realizowany jest tryb DC. Jeżeli wielkość impulsów na wyjściu urządzenia jest niewielka, zaleca się pracę z prądem przemiennym.

Zasada działania

Ogólnie rzecz biorąc, stabilizator impulsów obejmuje przetwornik impulsów z urządzeniem regulacyjnym, generator, filtr wyrównujący, który redukuje impulsy napięcia na wyjściu, oraz urządzenie porównujące, które dostarcza sygnał różnicy między napięciem wejściowym i wyjściowym.

Schemat głównych części stabilizatora napięcia pokazano na rysunku.

Napięcie na wyjściu urządzenia podawane jest do urządzenia porównawczego z napięciem bazowym. Rezultatem jest sygnał proporcjonalny. Jest dostarczany do generatora po uprzednim wzmocnieniu.

Przy sterowaniu w generatorze różnicowy sygnał analogowy jest modyfikowany na tętnienie o stałej częstotliwości i zmiennym czasie trwania. W przypadku regulacji częstotliwości impulsów czas trwania impulsów ma stałą wartość. Zmienia częstotliwość impulsów generatora w zależności od właściwości sygnału.

Impulsy sterujące generowane przez generator trafiają do elementów przetwornicy. Tranzystor sterujący działa w trybie kluczowym. Zmieniając częstotliwość lub odstęp impulsów generatora, możliwa jest zmiana napięcia obciążenia. Przetwornik modyfikuje wartość napięcia wyjściowego w zależności od właściwości impulsów sterujących. Zgodnie z teorią w urządzeniach z regulacją częstotliwości i szerokości impulsy napięcia u odbiorcy mogą nie występować.

Przy działaniu przekaźnikowym sygnał sterowany przez stabilizator generowany jest za pomocą wyzwalacza. Kiedy do urządzenia dociera stałe napięcie, tranzystor, który działa jak przełącznik, otwiera się i zwiększa napięcie wyjściowe. urządzenie porównujące wyznacza sygnał różnicowy, który po osiągnięciu pewnej górnej granicy zmienia stan wyzwalania, a tranzystor sterujący przechodzi w stan odcięcia.

Napięcie wyjściowe zacznie spadać. Gdy napięcie spadnie do dolnej granicy, urządzenie porównujące określa sygnał różnicowy, ponownie przełączając wyzwalacz, a tranzystor ponownie przejdzie w stan nasycenia. Różnica potencjałów w obciążeniu urządzenia wzrośnie. W konsekwencji przy stabilizacji typu przekaźnikowego napięcie wyjściowe wzrasta, wyrównując je w ten sposób. Granicę wyzwalania reguluje się poprzez regulację amplitudy wartości napięcia na urządzeniu porównawczym.

Stabilizatory typu przekaźnikowego mają zwiększoną prędkość reakcji, w przeciwieństwie do urządzeń z kontrolą częstotliwości i szerokości. To jest ich zaleta. Teoretycznie przy stabilizacji typu przekaźnikowego na wyjściu urządzenia zawsze będą impulsy. To jest ich wada.

Zwiększ stabilizator

Załączające regulatory podwyższania stosowane są razem z obciążeniami, których różnica potencjałów jest większa niż napięcie na wejściu urządzeń. Stabilizator nie posiada izolacji galwanicznej pomiędzy zasilaczem a obciążeniem. Importowane stabilizatory doładowania nazywane są konwerterami doładowania. Główne części takiego urządzenia:

Tranzystor wchodzi w stan nasycenia, a prąd przepływa przez obwód od bieguna dodatniego przez cewkę akumulującą, czyli tranzystor. W tym przypadku energia gromadzi się w polu magnetycznym cewki indukcyjnej. Prąd obciążenia można wytworzyć jedynie poprzez rozładowanie pojemności C1.

Wyłączmy napięcie przełączające z tranzystora. Jednocześnie przejdzie w pozycję odcięcia, w związku z czym na przepustnicy pojawi się samoindukcyjne pole elektromagnetyczne. Zostanie on połączony szeregowo z napięciem wejściowym i podłączony za pomocą diody do odbiornika. Prąd będzie przepływał przez obwód od bieguna dodatniego do cewki indukcyjnej, przez diodę i obciążenie.

W tym momencie pole magnetyczne dławika indukcyjnego dostarcza energię, a pojemność C1 rezerwuje energię w celu utrzymania napięcia na odbiorniku po przejściu tranzystora w tryb nasycenia. Dławik służy jako rezerwa energii i nie działa w filtrze sieciowym. Po ponownym przyłożeniu napięcia do tranzystora nastąpi jego otwarcie i cały proces rozpocznie się od nowa.

Stabilizatory ze spustem Schmitta

Ten typ urządzenia impulsowego ma swoją własną charakterystykę przy najmniejszym zestawie komponentów. Spust odgrywa główną rolę w projekcie. Zawiera komparator. Głównym zadaniem komparatora jest porównanie wartości różnicy potencjałów wyjściowych z najwyższą dopuszczalną wartością.

Zasada działania urządzenia z wyzwalaczem Schmitta polega na tym, że przy wzroście najwyższego napięcia wyzwalacz zostaje przełączony do pozycji zerowej wraz z otwarciem kluczyka elektronicznego. W pewnym momencie przepustnica zostaje zwolniona. Gdy napięcie osiągnie najniższą wartość, następuje przełączenie o jeden. Zapewnia to zamknięcie przełącznika i przepływ prądu do integratora.

Takie urządzenia wyróżniają się uproszczonym obwodem, ale można je stosować w specjalnych przypadkach, ponieważ stabilizatory przełączające działają tylko w górę i w dół.

Stabilizator Bucka

Stabilizatory impulsowe, pracujące z redukcją napięcia, są kompaktowymi i mocnymi urządzeniami zasilającymi energię elektryczną. Jednocześnie mają niską wrażliwość na zakłócenia konsumenckie przy stałym napięciu o tej samej wartości. W urządzeniach obniżających napięcie nie ma izolacji galwanicznej wyjścia i wejścia. Importowane urządzenia nazywane są chopperami. Moc wyjściowa w takich urządzeniach jest zawsze mniejsza niż napięcie wejściowe. Obwód stabilizatora impulsów typu buck pokazano na rysunku.

Podłączmy napięcie sterujące źródłem i bramką tranzystora, który wejdzie w stan nasycenia. Będzie przenosił prąd przez obwód od bieguna dodatniego przez dławik wyrównawczy i obciążenie. Prąd nie przepływa przez diodę w kierunku do przodu.

Wyłączmy napięcie sterujące, które wyłącza kluczowy tranzystor. Następnie znajdzie się w pozycji odcięcia. Indukcyjny emf dławika wyrównawczego zablokuje ścieżkę zmiany prądu, który przepłynie przez obwód przez obciążenie z dławika, wzdłuż wspólnego przewodu, diody i ponownie dojdzie do dławika. Pojemność C1 rozładuje się i utrzyma napięcie na wyjściu.

Kiedy między źródłem a bramką tranzystora zostanie przyłożona różnica potencjałów odblokowujących, przejdzie on w tryb nasycenia i cały łańcuch powtórzy się ponownie.

Stabilizator odwracający

Odwracające stabilizatory przełączające służą do łączenia odbiorników o stałym napięciu, którego polaryzacja ma przeciwny kierunek polaryzacji do różnicy potencjałów na wyjściu urządzenia. Jego wartość może znajdować się nad siecią zasilającą i poniżej sieci, w zależności od ustawień stabilizatora. Pomiędzy zasilaczem a obciążeniem nie ma izolacji galwanicznej. Importowane urządzenia typu odwracającego nazywane są konwerterami buck-boost. Napięcie wyjściowe takich urządzeń jest zawsze niższe.

Podłączmy różnicę potencjałów sterujących, która otworzy tranzystor między źródłem a bramką. Otworzy się i prąd będzie przepływał przez obwód od plusa, przez tranzystor, czyli cewkę, do minusa. W tym procesie cewka indukcyjna rezerwuje energię za pomocą swojego pola magnetycznego. Wyłączmy różnicę potencjałów sterujących z przełącznika na tranzystorze, zamknie się. Prąd popłynie z cewki indukcyjnej przez obciążenie, diodę i powróci do pierwotnego położenia. Energia rezerwowa kondensatora i pola magnetycznego zostanie zużyta przez obciążenie. Ponownie podłączmy zasilanie tranzystora do źródła i bramki. Tranzystor ponownie zostanie nasycony i proces się powtórzy.

Zalety i wady

Podobnie jak wszystkie urządzenia, modułowy stabilizator przełączający nie jest idealny. Dlatego ma swoje zalety i wady. Spójrzmy na główne zalety:

  • Łatwe osiągnięcie wyrównania.
  • Płynne połączenie.
  • Kompaktowe rozmiary.
  • Stabilność napięcia wyjściowego.
  • Szeroki przedział stabilizacji.
  • Zwiększona wydajność.

Wady urządzenia:

  • Złożony projekt.
  • Istnieje wiele specyficznych komponentów, które zmniejszają niezawodność urządzenia.
  • Konieczność stosowania urządzeń kompensujących moc.
  • Trudność prac naprawczych.
  • Powstawanie dużej ilości zakłóceń częstotliwości.

Dopuszczalna częstotliwość

Praca stabilizatora impulsów jest możliwa przy znacznej częstotliwości przetwarzania. Jest to główna cecha odróżniająca od urządzeń posiadających transformator sieciowy. Zwiększenie tego parametru pozwala uzyskać najmniejsze wymiary.

W przypadku większości urządzeń zakres częstotliwości będzie wynosić 20–80 kiloherców. Ale wybierając PWM i kluczowe urządzenia, należy wziąć pod uwagę wysokie harmoniczne prądu. Górna granica parametru jest ograniczona pewnymi wymaganiami dotyczącymi urządzeń wykorzystujących częstotliwość radiową.

Działanie niemal każdego układu elektronicznego wymaga obecności jednego lub kilku źródeł napięcia stałego, przy czym w zdecydowanej większości przypadków stosuje się napięcie stabilizowane. W zasilaczach stabilizowanych stosuje się stabilizatory liniowe lub przełączające. Każdy typ konwertera ma swoje zalety i odpowiednio własną niszę w obwodach zasilających. Do niewątpliwych zalet stabilizatorów przełączających można zaliczyć wyższe wartości sprawności, możliwość uzyskania wysokich wartości prądu wyjściowego oraz wysoką sprawność przy dużej różnicy napięć wejściowych i wyjściowych.

Zasada działania stabilizatora impulsu buck

Rysunek 1 przedstawia uproszczony schemat sekcji mocy IPSN.

Ryż. 1.

Tranzystor polowy VT wykonuje przełączanie prądu o wysokiej częstotliwości. W stabilizatorach impulsów tranzystor pracuje w trybie przełączania, to znaczy może znajdować się w jednym z dwóch stabilnych stanów: pełnego przewodzenia i odcięcia. Odpowiednio działanie IPSN składa się z dwóch naprzemiennych faz - fazy pompowania energii (gdy tranzystor VT jest otwarty) i fazy rozładowania (gdy tranzystor jest zamknięty). Działanie IPSN ilustruje rysunek 2.

Ryż. 2. Zasada działania IPSN: a) faza pompowania; b) faza rozładowania; c) diagramy czasowe

Faza pompowania energii trwa przez cały przedział czasu T I. W tym czasie przełącznik jest zamknięty i przewodzi prąd I VT. Następnie prąd przepływa przez cewkę indukcyjną L do obciążenia R, przetaczanego przez kondensator wyjściowy C OUT. W pierwszej części fazy kondensator dostarcza do obciążenia prąd I C, a w drugiej połowie pobiera część prądu I L z obciążenia. Wielkość prądu I L stale rośnie, a energia gromadzi się w cewce indukcyjnej L, a w drugiej części fazy - na kondensatorze C OUT. Napięcie na diodzie V D jest równe U IN (minus spadek napięcia na otwartym tranzystorze), a dioda jest w tej fazie zwarta – nie przepływa przez nią żaden prąd. Prąd I R przepływający przez obciążenie R jest stały (różnica I L - I C), odpowiednio napięcie U OUT na wyjściu jest również stałe.

Faza rozładowania następuje w czasie T P: wyłącznik jest otwarty i nie przepływa przez niego prąd. Wiadomo, że prąd płynący przez cewkę indukcyjną nie może zmienić się natychmiast. Prąd IL, stale maleje, przepływa przez obciążenie i zamyka się przez diodę V D. W pierwszej części tej fazy kondensator C OUT kontynuuje akumulację energii, pobierając część prądu I L z obciążenia. W drugiej połowie fazy rozładowania kondensator zaczyna również dostarczać prąd do obciążenia. W tej fazie prąd I R przepływający przez obciążenie jest również stały. Dlatego napięcie wyjściowe jest również stabilne.

Podstawowe parametry

Przede wszystkim zauważamy, że zgodnie z ich funkcjonalną konstrukcją rozróżniają IPSN z regulowanym i stałym napięciem wyjściowym. Typowe układy załączenia obu typów IPSN przedstawiono na rysunku 3. Różnica między nimi polega na tym, że w pierwszym przypadku dzielnik rezystorowy, określający wartość napięcia wyjściowego, umieszczony jest na zewnątrz układu scalonego, a w drugim , wewnątrz. Odpowiednio w pierwszym przypadku wartość napięcia wyjściowego ustala użytkownik, w drugim - podczas produkcji mikroukładu.

Ryż. 3. Typowy obwód przełączający dla IPSN: a) z regulowanym i b) ze stałym napięciem wyjściowym

Do najważniejszych parametrów IPSN należą:

  • Zakres dopuszczalnych wartości napięcia wejściowego U IN_MIN…U IN_MAX.
  • Maksymalna wartość prądu wyjściowego (prądu obciążenia) I OUT_MAX.
  • Wartość nominalna napięcia wyjściowego U OUT (dla IPSN o stałej wartości napięcia wyjściowego) lub zakres wartości napięcia wyjściowego U OUT_MIN... U OUT_MAX (dla IPSN o regulowanej wartości napięcia wyjściowego). Często materiały referencyjne wskazują, że maksymalna wartość napięcia wyjściowego U OUT_MAX jest równa maksymalnej wartości napięcia wejściowego U IN_MAX. W rzeczywistości nie jest to do końca prawdą. W każdym przypadku napięcie wyjściowe jest mniejsze niż napięcie wejściowe, przynajmniej o wielkość spadku napięcia na kluczowym tranzystorze U DROP. Przy wartości prądu wyjściowego równej np. 3A wartość U DROP będzie wynosić 0,1...1,0V (w zależności od wybranego mikroukładu IPSN). Przybliżona równość U OUT_MAX i U IN_MAX jest możliwa tylko przy bardzo małych wartościach prądu obciążenia. Należy również pamiętać, że sam proces stabilizacji napięcia wyjściowego wiąże się z utratą kilku procent napięcia wejściowego. Deklarowaną równość U OUT_MAX i U IN_MAX należy rozumieć tylko w tym sensie, że nie istnieją inne przesłanki do redukcji U OUT_MAX inne niż wskazane powyżej w konkretnym produkcie (w szczególności nie ma oczywistych ograniczeń co do maksymalnej wartości współczynnik wypełnienia D). Wartość napięcia zwrotnego U FB jest zwykle wskazywana jako U OUT_MIN. W rzeczywistości U OUT_MIN powinno być zawsze o kilka procent wyższe (z tych samych powodów stabilizacyjnych).
  • Dokładność ustawienia napięcia wyjściowego. Ustaw jako procent. Ma to sens tylko w przypadku IPSN ze stałą wartością napięcia wyjściowego, ponieważ w tym przypadku rezystory dzielnika napięcia znajdują się wewnątrz mikroukładu, a ich dokładność jest parametrem kontrolowanym podczas produkcji. W przypadku IPSN z regulowaną wartością napięcia wyjściowego parametr traci na znaczeniu, ponieważ dokładność rezystorów dzielnika wybiera użytkownik. W tym przypadku możemy mówić jedynie o wielkości wahań napięcia wyjściowego w stosunku do pewnej wartości średniej (dokładność sygnału sprzężenia zwrotnego). Przypomnijmy, że w każdym razie ten parametr dla stabilizatorów napięcia przełączającego jest 3...5 razy gorszy w porównaniu do stabilizatorów liniowych.
  • Spadek napięcia na otwartym tranzystorze R DS_ON. Jak już wspomniano, parametr ten wiąże się z nieuniknionym spadkiem napięcia wyjściowego w stosunku do napięcia wejściowego. Ważniejsze jest jednak coś innego – im wyższa wartość rezystancji kanału otwartego, tym więcej energii jest rozpraszanej w postaci ciepła. W przypadku nowoczesnych mikroukładów IPSN wartości do 300 mOhm są dobrą wartością. Wyższe wartości są typowe dla chipów opracowanych co najmniej pięć lat temu. Należy również pamiętać, że wartość R DS_ON nie jest stała, ale zależy od wartości prądu wyjściowego I OUT.
  • Czas trwania cyklu pracy T i częstotliwość przełączania F SW. Czas trwania cyklu pracy T określa się jako sumę przedziałów T I (czas trwania impulsu) i T P (czas trwania przerwy). Odpowiednio częstotliwość F SW jest odwrotnością czasu trwania cyklu operacyjnego. Dla części IPSN częstotliwość przełączania jest wartością stałą, wyznaczaną przez wewnętrzne elementy układu scalonego. W przypadku innej części IPSN częstotliwość przełączania jest ustalana przez elementy zewnętrzne (zwykle zewnętrzny obwód RC), w tym przypadku określa się zakres dopuszczalnych częstotliwości F SW_MIN ... F SW_MAX. Większa częstotliwość przełączania pozwala na zastosowanie dławików o niższej wartości indukcyjności, co pozytywnie wpływa zarówno na gabaryty produktu, jak i na jego cenę. W większości układów zasilania stosuje się sterowanie PWM, czyli wartość T jest stała, natomiast w procesie stabilizacji wartość T I jest korygowana znacznie rzadziej. W tym przypadku wartość T I jest stała, a stabilizacja odbywa się poprzez zmianę czasu trwania przerwy T P. Zatem wartości T i odpowiednio F SW stają się zmienne. W materiałach referencyjnych w tym przypadku z reguły określa się częstotliwość odpowiadającą cyklowi pracy równemu 2. Należy pamiętać, że zakres częstotliwości F SW_MIN ...F SW_MAX częstotliwości regulowanej należy odróżnić od bramki tolerancji dla stałej częstotliwości, ponieważ wartość tolerancji jest często wskazywana przez producenta materiałów odniesienia.
  • Współczynnik obciążenia D, który jest równy procentowi
    stosunek T I do T. Materiały referencyjne często wskazują „do 100%”. Oczywiście jest to przesada, ponieważ jeśli kluczowy tranzystor jest stale otwarty, nie następuje proces stabilizacji. W większości modeli wprowadzonych na rynek przed około 2005 rokiem, ze względu na szereg ograniczeń technologicznych, wartość tego współczynnika została ograniczona powyżej 90%. We współczesnych modelach IPSN większość tych ograniczeń została pokonana, jednak sformułowania „aż do 100%” nie należy rozumieć dosłownie.
  • Współczynnik wydajności (lub wydajność). Jak wiadomo, w przypadku stabilizatorów liniowych (zasadniczo obniżających) jest to procentowy stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego, ponieważ wartości prądu wejściowego i wyjściowego są prawie równe. W przypadku stabilizatorów przełączających prądy wejściowe i wyjściowe mogą się znacznie różnić, dlatego za wydajność przyjmuje się procentowy stosunek mocy wyjściowej do mocy wejściowej. Ściśle mówiąc, dla tego samego mikroukładu IPSN wartość tego współczynnika może się znacznie różnić w zależności od stosunku napięć wejściowych i wyjściowych, ilości prądu w obciążeniu i częstotliwości przełączania. W przypadku większości IPSN maksymalną sprawność osiąga się przy wartości prądu obciążenia rzędu 20...30% maksymalnej dopuszczalnej wartości, więc wartość liczbowa nie jest zbyt informacyjna. Bardziej wskazane jest korzystanie z wykresów zależności podanych w materiałach referencyjnych producenta. Rysunek 4 przedstawia jako przykład wykresy wydajności stabilizatora. . Oczywiście stosowanie stabilizatora wysokiego napięcia przy niskich rzeczywistych wartościach napięcia wejściowego nie jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ wartość sprawności znacznie spada, gdy prąd obciążenia zbliża się do wartości maksymalnej. Druga grupa wykresów ilustruje bardziej preferowany tryb, ponieważ wartość wydajności słabo zależy od wahań prądu wyjściowego. Kryterium prawidłowego doboru przetwornicy jest nie tyle liczbowa wartość sprawności, co raczej płynność wykresu funkcji prądu w obciążeniu (brak „blokady” w obszarze dużych prądów ).

Ryż. 4.

Podana lista nie wyczerpuje całej listy parametrów IPSN. W literaturze można znaleźć mniej istotne parametry.

Funkcje specjalne
impulsowe stabilizatory napięcia

W większości przypadków IPSN posiadają szereg dodatkowych funkcji, które poszerzają możliwości ich praktycznego zastosowania. Najczęstsze są następujące:

  • Wejście wyłączające obciążenie „On/Off” lub „Shutdown” umożliwia otwarcie kluczowego tranzystora i tym samym odłączenie napięcia od obciążenia. Z reguły służy do zdalnego sterowania grupą stabilizatorów, realizując określony algorytm podawania i wyłączania poszczególnych napięć w systemie zasilania. Dodatkowo może służyć jako wejście do awaryjnego wyłączenia zasilania w sytuacji awaryjnej.
  • Wyjście stanu normalnego „Zasilanie dobre” to uogólniony sygnał wyjściowy potwierdzający, że IPSN znajduje się w normalnych warunkach pracy. Aktywny poziom sygnału powstaje po zakończeniu procesów przejściowych od zasilania napięciem wejściowym i z reguły służy albo jako znak sprawności ISPN, albo do wyzwolenia kolejnego ISPN w sekwencyjnych systemach zasilania. Powody, dla których ten sygnał może zostać zresetowany: napięcie wejściowe spada poniżej pewnego poziomu, napięcie wyjściowe przekracza określony zakres, obciążenie zostaje wyłączone przez sygnał wyłączenia, przekroczona jest maksymalna wartość prądu w obciążeniu (w szczególności fakt zwarcia), wyłączenie temperaturowe obciążenia i inne. Czynniki brane pod uwagę przy generowaniu tego sygnału zależą od konkretnego modelu IPSN.
  • Zewnętrzny pin synchronizacyjny „Sync” zapewnia możliwość synchronizacji wewnętrznego oscylatora z zewnętrznym sygnałem zegarowym. Służy do organizowania wspólnej synchronizacji kilku stabilizatorów w złożonych systemach zasilania. Należy pamiętać, że częstotliwość zewnętrznego sygnału zegarowego nie musi pokrywać się z częstotliwością własną FSW, jednak musi mieścić się w dopuszczalnych granicach określonych w materiałach producenta.
  • Funkcja miękkiego startu zapewnia stosunkowo powolny wzrost napięcia wyjściowego po przyłożeniu napięcia do wejścia IPSN lub po włączeniu sygnału wyłączenia przy opadającym zboczu. Ta funkcja pozwala zmniejszyć skoki prądu w obciążeniu, gdy mikroukład jest włączony. Parametry pracy obwodu miękkiego startu są najczęściej stałe i określone przez wewnętrzne elementy stabilizatora. Niektóre modele IPSN mają specjalne wyjście Soft Start. W tym przypadku parametry rozruchu są określone przez wartości znamionowe elementów zewnętrznych (rezystor, kondensator, obwód RC) podłączonych do tego pinu.
  • Ochrona temperaturowa ma na celu zapobieganie uszkodzeniu chipa w przypadku przegrzania kryształu. Wzrost temperatury kryształu (niezależnie od przyczyny) powyżej pewnego poziomu uruchamia mechanizm ochronny - zmniejszenie prądu w obciążeniu lub jego całkowite wyłączenie. Zapobiega to dalszemu wzrostowi temperatury matrycy i uszkodzeniu chipa. Powrót obwodu do trybu stabilizacji napięcia jest możliwy dopiero po ostygnięciu mikroukładu. Należy zauważyć, że ochrona temperaturowa jest wdrożona w zdecydowanej większości nowoczesnych mikroukładów IPSN, ale nie przewidziano osobnego wskazania tego konkretnego stanu. Inżynier będzie musiał sam zgadnąć, że przyczyną wyłączenia obciążenia jest właśnie działanie zabezpieczenia temperaturowego.
  • Ochrona prądowa polega albo na ograniczeniu ilości prądu przepływającego przez obciążenie, albo na odłączeniu obciążenia. Zabezpieczenie zostaje uruchomione, jeśli rezystancja obciążenia jest zbyt niska (na przykład zwarcie), a prąd przekracza określoną wartość progową, co może prowadzić do awarii mikroukładu. Podobnie jak w poprzednim przypadku, zdiagnozowanie tego stanu leży w gestii inżyniera.

Ostatnia uwaga dotycząca parametrów i funkcji IPSN. Na rysunkach 1 i 2 widać diodę wyładowczą V D. W dość starych stabilizatorach dioda ta jest realizowana właśnie jako zewnętrzna dioda krzemowa. Wadą tego rozwiązania obwodu był duży spadek napięcia (około 0,6 V) na diodzie w stanie otwartym. W nowszych konstrukcjach zastosowano diodę Schottky'ego, której spadek napięcia wynosi około 0,3 V. W ostatnich pięciu latach w konstrukcjach zastosowano te rozwiązania tylko w przetwornicach wysokiego napięcia. W większości nowoczesnych produktów dioda wyładowcza wykonana jest w postaci wewnętrznego tranzystora polowego pracującego w przeciwfazie z tranzystorem kluczowym. W tym przypadku spadek napięcia zależy od rezystancji otwartego kanału i przy małych prądach obciążenia daje dodatkowe wzmocnienie. Stabilizatory wykorzystujące tę konstrukcję obwodu nazywane są synchronicznymi. Należy pamiętać, że możliwość pracy z zewnętrznym sygnałem zegarowym i termin „synchroniczny” nie są ze sobą w żaden sposób powiązane.


z niskim napięciem wejściowym

Biorąc pod uwagę fakt, że w ofercie STMicroelectronics znajduje się około 70 typów IPSN z wbudowanym tranzystorem kluczowym, sensowne jest usystematyzowanie całej różnorodności. Jeżeli za kryterium przyjmiemy parametr taki jak maksymalna wartość napięcia wejściowego, wówczas można wyróżnić cztery grupy:

1. IPSN z niskim napięciem wejściowym (6 V lub mniej);

2. IPSN o napięciu wejściowym 10…28 V;

3. IPSN o napięciu wejściowym 36…38 V;

4. IPSN z wysokim napięciem wejściowym (46 V i więcej).

Parametry stabilizatorów pierwszej grupy podano w tabeli 1.

Tabela 1. IPSN z niskim napięciem wejściowym

Nazwa Wyjście prąd, A Wejście
napięcie, V
Dzień wolny od pracy
napięcie, V
Efektywność, % Częstotliwość przełączania, kHz Funkcje i flagi
WYJDĘ V IN V WYJ H FSW R DSON Wł./wył Synchronizuj.
Szpilka
Miękki
Start
Pow. Dobrze
Maks Min Maks Min Maks Maks Typ
L6925D 0,8 2,7 5,5 0,6 5,5 95 600 240 + + + +
L6926 0,8 2,0 5,5 0,6 5,5 95 600 240 + + + +
L6928 0,8 2,0 5,5 0,6 5,5 95 1450 240 + + + +
PM8903A 3,0 2,8 6,0 0,6 6,0 96 1100 35 + + + +
ST1S06A 1,5 2,7 6,0 0,8 5,0 92 1500 150 + +
ST1S09 2,0 4,5 5,5 0,8 5,0 95 1500 100 * + +
ST1S12 0,7 2,5 5,5 0,6 5,0 92 1700 250 + +
ST1S15 0,5 2,3 5,5 Naprawić. 1,82 i 2,8 V 90 6000 350 + +
ST1S30 3,0 2,7 6,0 0,8 5,0 85 1500 100 * + +
ST1S31 3,0 2,8 5,5 0,8 5,5 95 1500 60 + +
ST1S32 4,0 2,8 5,5 0,8 5,5 95 1500 60 + +
* – funkcja nie jest dostępna dla wszystkich wersji.

Jeszcze w 2005 roku oferta stabilizatorów tego typu była niekompletna. Ograniczało się do mikroukładów. Te mikroukłady miały dobre cechy: wysoką dokładność i wydajność, brak ograniczeń co do wartości współczynnika wypełnienia, możliwość regulacji częstotliwości podczas pracy z zewnętrznego sygnału zegarowego oraz akceptowalną wartość RDSON. Wszystko to sprawia, że ​​produkty te są dziś poszukiwane. Istotną wadą jest niski maksymalny prąd wyjściowy. W linii niskonapięciowej IPSN firmy STMicroelectronics nie zastosowano stabilizatorów dla prądów obciążenia 1 A i wyższych. Następnie lukę tę wyeliminowano: najpierw pojawiły się stabilizatory dla 1,5 i 2 A ( i ), a w ostatnich latach - dla 3 i 4 A ( , I ). Oprócz zwiększenia prądu wyjściowego wzrosła częstotliwość przełączania, zmniejszyła się wartość rezystancji kanału otwartego, co ma pozytywny wpływ na właściwości konsumenckie produktów końcowych. Zwracamy również uwagę na pojawienie się mikroukładów IPSN ze stałym napięciem wyjściowym ( i ) - takich produktów w linii STMicroelectronics nie jest zbyt wiele. Najnowszy dodatek, o wartości RDSON wynoszącej 35 mOhm, jest jednym z najlepszych w branży, co w połączeniu z rozbudowaną funkcjonalnością obiecuje dobre perspektywy dla tego produktu.

Głównym obszarem zastosowań produktów tego typu są urządzenia mobilne zasilane bateryjnie. Szeroki zakres napięcia wejściowego zapewnia stabilną pracę sprzętu przy różnych poziomach naładowania akumulatora, a wysoka wydajność minimalizuje konwersję energii wejściowej na ciepło. Ta ostatnia okoliczność determinuje zalety przełączania stabilizatorów nad liniowymi w tym obszarze zastosowań użytkownika.

Generalnie ta grupa STMicroelectronics rozwija się dość dynamicznie – w ciągu ostatnich 3-4 lat na rynku pojawiła się około połowa całej linii.

Zmiana stabilizatorów Buck
przy napięciu wejściowym 10…28 V

Parametry konwerterów tej grupy podano w tabeli 2.

Tabela 2. IPSN o napięciu wejściowym 10…28 V

Nazwa Wyjście prąd, A Wejście
napięcie, V
Dzień wolny od pracy
napięcie, V
Efektywność, % Częstotliwość przełączania, kHz Rezystancja otwartego kanału, mOhm Funkcje i flagi
WYJDĘ V IN V WYJ H FSW R DSON Wł./wył Synchronizuj.
Szpilka
Miękki
Start
Pow. Dobrze
Maks Min Maks Min Maks Maks Typ
L5980 0,7 2,9 18,0 0,6 18,0 93 250…1000 140 + + +
L5981 1,0 2,9 18,0 0,6 18,0 93 250…1000 140 + + +
L5983 1,5 2,9 18,0 0,6 18,0 93 250…1000 140 + + +
L5985 2,0 2,9 18,0 0,6 18,0 93 250…1000 140 + + +
L5986 2,5 2,9 18,0 0,6 18,0 93 250…1000 140 + + +
L5987 3,0 2,9 18,0 0,6 18,0 93 250…1000 140 + + +
L5988D 4,0 2,9 18,0 0,6 18,0 95 400…1000 120 + + +
L5989D 4,0 2,9 18,0 0,6 18,0 95 400…1000 120 + + +
L7980 2,0 4,5 28,0 0,6 28,0 93 250…1000 160 + + +
L7981 3,0 4,5 28,0 0,6 28,0 93 250…1000 160 + + +
ST1CC40 2,0 3,0 18,0 0,1 18,0 n.d. 850 95 + +
ST1S03 1,5 2,7 16,0 0,8 12,0 79 1500 280 +
ST1S10 3,0 2,7 18,0 0,8 16,0 95 900 120 + + +
ST1S40 3,0 4,0 18,0 0,8 18,0 95 850 95 + +
ST1S41 4,0 4,0 18,0 0,8 18,0 95 850 95 + +
ST763AC 0,5 3,3 11,0 Naprawić. 3.3 90 200 1000 + +

Osiem lat temu tę grupę reprezentowały wyłącznie mikroukłady , i przy napięciu wejściowym do 11 V. Zakres od 16 do 28 V pozostał pusty. Tylko ze wszystkich wymienionych modyfikacji , ale parametry tego IPSN słabo odpowiadają współczesnym wymaganiom. Można założyć, że w tym czasie nazewnictwo rozważanej grupy zostało całkowicie zaktualizowane.

Obecnie podstawą tej grupy są mikroukłady . Linia ta jest przeznaczona dla całego zakresu prądów obciążenia od 0,7 do 4 A, zapewnia pełen zestaw funkcji specjalnych, częstotliwość przełączania można regulować w dość szerokim zakresie, nie ma ograniczeń co do wartości współczynnika wypełnienia, wydajności i otwartości -wartości rezystancji kanałów odpowiadają współczesnym wymaganiom. Seria ta ma dwie istotne wady. Po pierwsze, nie ma wbudowanej diody wyładowczej (z wyjątkiem mikroukładów z przyrostkiem D). Dokładność regulacji napięcia wyjściowego jest dość wysoka (2%), ale obecności trzech lub więcej elementów zewnętrznych w obwodzie kompensacji sprzężenia zwrotnego nie można uznać za zaletę. Mikroukłady różnią się od serii L598x jedynie innym zakresem napięcia wejściowego, ale konstrukcja obwodu, a co za tym idzie, zalety i wady są podobne do rodziny L598x. Jako przykład rysunek 5 pokazuje typowy obwód połączeniowy dla mikroukładu o mocy trzech amperów. Jest też dioda wyładowcza D i elementy obwodu kompensacyjnego R4, C4 i C5. Wejścia F SW i SYNCH pozostają wolne, dlatego konwerter pracuje z wewnętrznego oscylatora z domyślną częstotliwością F SW.

W tym artykule dowiesz się o:

Każdy z nas w swoim życiu korzysta z dużej liczby różnych urządzeń elektrycznych. Bardzo duża ich liczba wymaga zasilania niskim napięciem. Innymi słowy, zużywają energię elektryczną, która nie charakteryzuje się napięciem 220 woltów, ale powinna mieć od jednego do 25 woltów.

Oczywiście do dostarczania energii elektrycznej o takiej liczbie woltów stosuje się specjalne urządzenia. Problem nie pojawia się jednak w obniżeniu napięcia, ale w utrzymaniu jego stabilnego poziomu.

Aby to zrobić, możesz użyć urządzeń do stabilizacji liniowej. Jednak takie rozwiązanie będzie bardzo uciążliwą przyjemnością. Zadanie to idealnie spełni dowolny przełączający stabilizator napięcia.

Zdemontowany stabilizator impulsów

Jeśli porównamy urządzenia do stabilizacji impulsowej i liniowej, ich główna różnica polega na działaniu elementu sterującego. W urządzeniach pierwszego typu element ten działa jak klucz. Innymi słowy, jest albo w stanie zamkniętym, albo otwartym.

Głównymi elementami urządzeń stabilizujących impulsy są elementy regulujące i całkujące. Pierwszy zapewnia dostarczanie i przerywanie prądu elektrycznego. Zadaniem drugiego jest akumulacja prądu i stopniowe oddawanie go do obciążenia.

Zasada działania przetworników impulsowych

Zasada działania stabilizatora impulsów

Główną zasadą działania jest to, że gdy element regulacyjny jest zamknięty, energia elektryczna akumulowana jest w elemencie całkującym. Akumulacja ta jest obserwowana poprzez wzrost napięcia. Po wyłączeniu elementu sterującego, tj. otwiera linię zasilania energią elektryczną, element integrujący uwalnia energię elektryczną, stopniowo zmniejszając napięcie. Dzięki takiemu sposobowi działania urządzenie do stabilizacji impulsów nie zużywa dużej ilości energii i może mieć niewielkie wymiary.

Elementem regulacyjnym może być tyrystor, tranzystor bipolarny lub tranzystor polowy. Jako elementy integrujące można zastosować dławiki, baterie lub kondensatory.

Należy pamiętać, że urządzenia stabilizujące impulsy mogą działać na dwa różne sposoby. Pierwszy polega na zastosowaniu modulacji szerokości impulsu (PWM). Drugi to spust Schmitta. Do sterowania przełącznikami urządzenia stabilizującego służą zarówno wyzwalacze PWM, jak i Schmitta.

Stabilizator wykorzystujący PWM

Przełączalny stabilizator napięcia stałego, działający w oparciu o PWM, oprócz wyłącznika i integratora, zawiera:

  1. generator;
  2. wzmacniacz operacyjny;
  3. modulator

Działanie przełącznika zależy bezpośrednio od poziomu napięcia wejściowego i współczynnika wypełnienia impulsów. Na ostatnią charakterystykę wpływa częstotliwość generatora i pojemność integratora. Po otwarciu wyłącznika rozpoczyna się proces przekazywania prądu z integratora do obciążenia.

Schemat ideowy stabilizatora PWM

W tym przypadku wzmacniacz operacyjny porównuje poziomy napięcia wyjściowego i napięcia odniesienia, określa różnicę i przekazuje wymagane wzmocnienie do modulatora. Modulator ten przekształca impulsy wytwarzane przez generator na impulsy prostokątne.

Impulsy końcowe charakteryzują się tym samym odchyleniem współczynnika wypełnienia, które jest proporcjonalne do różnicy pomiędzy napięciem wyjściowym a napięciem odniesienia. To właśnie te impulsy determinują zachowanie klucza.

Oznacza to, że przy określonym cyklu pracy przełącznik może się zamknąć lub otworzyć. Okazuje się, że w tych stabilizatorach główną rolę odgrywają impulsy. Właściwie stąd wzięła się nazwa tych urządzeń.

Konwerter wyzwalacza Schmitta

Te urządzenia do stabilizacji impulsów, które wykorzystują spust Schmitta, nie mają już tak dużej liczby elementów, jak w urządzeniach poprzedniego typu. Tutaj głównym elementem jest wyzwalacz Schmitta, który zawiera komparator. Zadaniem komparatora jest porównanie poziomu napięcia na wyjściu z jego maksymalnym dopuszczalnym poziomem.

Stabilizator ze spustem Schmitta

Gdy napięcie wyjściowe przekroczy swój maksymalny poziom, spust przełącza się do pozycji zerowej i otwiera wyłącznik. W tym momencie cewka indukcyjna lub kondensator jest rozładowywana. Oczywiście charakterystyka prądu elektrycznego jest stale monitorowana przez wspomniany komparator.

Następnie, gdy napięcie spadnie poniżej wymaganego poziomu, faza „0” przechodzi w fazę „1”. Następnie klucz zamyka się i do integratora wpływa prąd elektryczny.

Zaletą takiego impulsowego stabilizatora napięcia jest to, że jego obwód i konstrukcja są dość proste. Nie można go jednak zastosować we wszystkich przypadkach.

Warto zauważyć, że urządzenia stabilizujące impulsy mogą działać tylko w określonych kierunkach. Mamy tu na myśli to, że mogą one być albo skierowane wyłącznie w dół, albo wyłącznie w górę. Istnieją jeszcze dwa rodzaje takich urządzeń, a mianowicie urządzenia odwracające i urządzenia, które mogą dowolnie zmieniać napięcie.

Schemat urządzenia stabilizującego impuls redukujący

W przyszłości rozważymy obwód urządzenia stabilizującego impuls redukcyjny. Składa się z:

  1. Tranzystor regulacyjny lub dowolny inny typ przełącznika.
  2. Cewki indukcyjne.
  3. Kondensator.
  4. Dioda.
  5. Masa.
  6. Urządzenia sterujące.

Jednostka, w której zgromadzony zostanie zapas energii elektrycznej, składa się z samej cewki (cewki indukcyjnej) i kondensatora.

Gdy przełącznik (w naszym przypadku tranzystor) jest podłączony, prąd przepływa do cewki i kondensatora. Dioda jest w stanie zamkniętym. Oznacza to, że nie może przepuszczać prądu.

Energia początkowa jest monitorowana przez urządzenie sterujące, które w odpowiednim momencie wyłącza klucz, czyli wprowadza go w stan odcięcia. Gdy przełącznik znajduje się w tym stanie, następuje spadek prądu przepływającego przez cewkę indukcyjną.

Stabilizator impulsu Buck

W tym przypadku kierunek napięcia w cewce zmienia się, w wyniku czego prąd otrzymuje napięcie, którego wartość jest różnicą między siłą elektromotoryczną samoindukcji cewki a liczbą woltów przy wejście. W tym momencie dioda otwiera się i cewka indukcyjna dostarcza przez nią prąd do obciążenia.

Po wyczerpaniu się źródła prądu klucz zostaje podłączony, dioda zostaje zamknięta, a cewka indukcyjna jest ładowana. Oznacza to, że wszystko się powtarza.
Podwyższający stabilizator napięcia przełączającego działa w taki sam sposób, jak obniżający regulator napięcia. Odwracające urządzenie stabilizujące charakteryzuje się podobnym algorytmem działania. Oczywiście jego twórczość ma swoje różnice.

Główną różnicą między urządzeniem wzmacniającym impulsy jest to, że jego napięcie wejściowe i napięcie cewki mają ten sam kierunek. W rezultacie są one sumowane. Stabilizator przełączający najpierw umieszcza dławik, potem tranzystor i diodę.

W odwracającym urządzeniu stabilizującym kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji cewki jest taki sam, jak w urządzeniu obniżającym napięcie. Gdy przełącznik jest podłączony i dioda jest zamknięta, kondensator zapewnia zasilanie. Każde z tych urządzeń można zmontować własnymi rękami.

Pomocna rada: zamiast diod można zastosować przełączniki (tyrystorowe lub tranzystorowe). Muszą jednak wykonywać operacje przeciwne do klucza podstawowego. Innymi słowy, gdy klucz główny się zamknie, zamiast diody powinien się otworzyć klawisz. I odwrotnie.

Na podstawie określonej powyżej konstrukcji stabilizatorów napięcia z regulacją impulsową można określić, które cechy są uważane za zalety, a które za wady.

Zalety

Zaletami tych urządzeń są:

  1. Dość łatwo jest uzyskać taką stabilizację, która charakteryzuje się bardzo wysokim współczynnikiem.
  2. Wydajność na wysokim poziomie. Ze względu na to, że tranzystor pracuje w algorytmie przełączającym, występują niewielkie straty mocy. Rozproszenie to jest znacznie mniejsze niż w urządzeniach stabilizacji liniowej.
  3. Możliwość wyrównywania napięcia, które na wejściu może wahać się w bardzo szerokim zakresie. Jeśli prąd jest stały, zakres ten może wynosić od jednego do 75 woltów. Jeśli prąd jest przemienny, zakres ten może wahać się w zakresie 90–260 woltów.
  4. Brak wrażliwości na częstotliwość napięcia wejściowego i jakość zasilania.
  5. Końcowe parametry wyjściowe są dość stabilne, nawet jeśli występują bardzo duże zmiany prądu.
  6. Tętnienie napięcia wychodzące z urządzenia impulsowego zawsze mieści się w zakresie miliwoltów i nie zależy od mocy podłączonych urządzeń elektrycznych lub ich elementów.
  7. Stabilizator zawsze włącza się delikatnie. Oznacza to, że prąd wyjściowy nie charakteryzuje się skokami. Chociaż należy zauważyć, że po włączeniu po raz pierwszy skok prądu jest wysoki. Aby jednak zniwelować to zjawisko stosuje się termistory posiadające ujemny TCR.
  8. Małe wartości masy i rozmiaru.

Wady

  1. Jeśli mówimy o wadach tych urządzeń stabilizujących, leżą one w złożoności urządzenia. Ze względu na dużą liczbę różnych komponentów, które mogą dość szybko ulec awarii, oraz specyficzny sposób działania, urządzenie nie może pochwalić się wysokim poziomem niezawodności.
  2. Ciągle musi mierzyć się z wysokim napięciem. Podczas pracy często dochodzi do przełączania i występują trudne warunki temperaturowe dla kryształu diody. Ma to wyraźny wpływ na przydatność do prostowania prądu.
  3. Częste przełączanie przełączników powoduje zakłócenia częstotliwości. Ich liczba jest bardzo duża i jest to czynnik negatywny.

Pomocna rada: aby wyeliminować tę wadę, należy użyć specjalnych filtrów.

  1. Instalowane są zarówno przy wejściu, jak i przy wyjściu. W przypadku konieczności naprawy towarzyszą im również trudności. Warto tutaj zauważyć, że niespecjalista nie będzie w stanie naprawić awarii.
  2. Prace naprawcze może wykonać osoba, która jest dobrze obeznana z tego typu przetwornikami prądu i posiada wymagane umiejętności. Innymi słowy, jeśli takie urządzenie się przepali, a jego użytkownik nie ma wiedzy na temat funkcji urządzenia, lepiej oddać je do naprawy wyspecjalizowanym firmom.
  3. Niespecjalistom trudno jest również skonfigurować przełączające stabilizatory napięcia, które mogą obejmować 12 woltów lub inną liczbę woltów.
  4. Jeśli tyrystor lub inny przełącznik ulegnie awarii, na wyjściu mogą wystąpić bardzo złożone konsekwencje.
  5. Wady obejmują konieczność stosowania urządzeń, które kompensują współczynnik mocy. Ponadto niektórzy eksperci zauważają, że takie urządzenia stabilizujące są drogie i nie mogą pochwalić się dużą liczbą modeli.

Obszary zastosowań

Ale mimo to takie stabilizatory można stosować w wielu obszarach. Jednak najczęściej stosuje się je w sprzęcie radionawigacyjnym i elektronice.

Ponadto często wykorzystywane są do telewizorów i monitorów LCD, zasilaczy systemów cyfrowych, a także do urządzeń przemysłowych wymagających prądu o niskim napięciu.

Pomocna rada: w sieciach prądu przemiennego często stosuje się urządzenia stabilizujące impulsy. Same urządzenia przekształcają taki prąd w prąd stały, a jeśli chcesz podłączyć użytkowników potrzebujących prądu przemiennego, musisz podłączyć na wejściu filtr wygładzający i prostownik.

Warto zauważyć, że każde urządzenie niskonapięciowe wymaga zastosowania takich stabilizatorów. Można ich również używać do bezpośredniego ładowania różnych akumulatorów i zasilania diod LED dużej mocy.

Wygląd

Jak wspomniano powyżej, przetworniki prądu impulsowego charakteryzują się małymi rozmiarami. W zależności od zakresu napięć wejściowych, dla których są przeznaczone, zależy ich rozmiar i wygląd.

Jeżeli są zaprojektowane do pracy przy bardzo niskich napięciach wejściowych, mogą składać się z małej plastikowej skrzynki, z której wystaje pewna liczba przewodów.

Stabilizatory, zaprojektowane dla dużej liczby woltów wejściowych, to mikroukład, w którym znajdują się wszystkie przewody i do którego podłączone są wszystkie elementy. Już się o nich dowiedziałeś.

Wygląd tych urządzeń stabilizujących zależy również od ich przeznaczenia funkcjonalnego. Jeżeli dostarczają regulowane (przemienne) napięcie wyjściowe, to dzielnik rezystorowy umieszcza się na zewnątrz układu scalonego. W przypadku, gdy z urządzenia wyjdzie stała liczba woltów, wówczas dzielnik ten znajduje się już w samym mikroukładzie.

Ważne funkcje

Wybierając przełączany stabilizator napięcia, który może wytwarzać stałe napięcie 5 V lub inną liczbę woltów, należy zwrócić uwagę na szereg cech.

Pierwszą i najważniejszą cechą jest minimalne i maksymalne napięcie, które będzie zawarte w samym stabilizatorze. Odnotowano już górną i dolną granicę tej charakterystyki.

Drugim ważnym parametrem jest najwyższy poziom prądu wyjściowego.

Trzecią ważną cechą jest nominalny poziom napięcia wyjściowego. Innymi słowy, widmo wielkości, w obrębie którego można je znaleźć. Warto zauważyć, że wielu ekspertów twierdzi, że maksymalne napięcia wejściowe i wyjściowe są równe.

Jednak w rzeczywistości tak nie jest. Dzieje się tak dlatego, że napięcie wejściowe na tranzystorze przełączającym jest obniżone. Rezultatem jest nieco mniejsza liczba woltów na wyjściu. Równość może wystąpić tylko wtedy, gdy prąd obciążenia jest bardzo mały. To samo dotyczy wartości minimalnych.

Ważną cechą każdego konwertera impulsów jest dokładność napięcia wyjściowego.

Pomocna rada: należy zwrócić uwagę na ten wskaźnik, gdy urządzenie stabilizujące zapewnia moc wyjściową o stałej liczbie woltów.

Dzieje się tak dlatego, że rezystor znajduje się w środku przetwornicy i jego dokładne działanie jest ustalane fabrycznie. Kiedy użytkownik reguluje liczbę woltów wyjściowych, dostosowywana jest również dokładność.