Jauda ir svarīga jebkura elektronikas projekta / ierīces sastāvdaļa. Neatkarīgi no avota parasti ir jāveic enerģijas pārvaldības uzdevumi, piemēram, sprieguma pārveidošana / mērogošana un pārveidošana (AC-DC / DC-DC). Pareiza risinājuma izvēle katram no šiem uzdevumiem var būt produkta veiksmes (vai neveiksmes) atslēga. Viens no visizplatītākajiem enerģijas pārvaldības uzdevumiem gandrīz visu veidu ierīcēs ir līdzstrāvas-līdzstrāvas sprieguma regulēšana / mērogošana. Tas ietver līdzstrāvas sprieguma vērtības mainīšanu ieejā uz lielāku vai zemāku vērtību izejā. Komponentus / moduļus, ko izmanto šo uzdevumu veikšanai, parasti sauc par sprieguma regulatoriem. Viņiem parasti ir spēja piegādāt pastāvīgu izejas spriegumu, kas ir lielāks vai zemāks par ieejas spriegumu, un tos parasti izmanto, lai piegādātu strāvu komponentiem projektos, kur jums ir dažādas sprieguma sekcijas. Tos izmanto arī tradicionālajos barošanas avotos.
Ir divi galvenie sprieguma regulatoru veidi;
- Lineārie regulatori
- Regulatoru pārslēgšana
Lineārie sprieguma regulatori parasti ir pazeminoši regulatori, un tie izmanto pretestības vadību, lai izveidotu lineāru ieejas sprieguma samazinājumu izejā. Parasti tie ir ļoti lēti, bet neefektīvi, jo regulēšanas laikā siltumā tiek zaudēta daudz enerģijas. No otras puses, komutācijas regulatori spēj vai nu palielināt, vai pazemināt spriegumu, kas tiek piemērots ieejai, atkarībā no arhitektūras. Viņi panāk sprieguma regulēšanu, izmantojot tranzistora ieslēgšanas / izslēgšanas pārslēgšanas procesu, kas kontrolē pieejamo spriegumu pie regulatoru izejas. Salīdzinot ar lineārajiem regulatoriem, pārslēgšanas regulatori parasti ir dārgāki un daudz efektīvāki.
Šodienas rakstā mēs pievērsīsimies regulatoru pārslēgšanai, un, tā kā nosaukums atdeva, mēs aplūkosim faktorus, kas jāņem vērā, izvēloties pārslēgšanas regulatoru projektam.
Sakarā ar citu projekta daļu sarežģītību (galvenās funkcijas, RF utt.) Regulatoru izvēle elektroapgādei parasti ir viena no darbībām, kas paliek līdz projektēšanas procesa beigām. Šodienas rakstā tiks mēģināts sniegt dizainerim, kuram ir ierobežots laiks, ar padomiem, ko meklēt komutācijas regulatora specifikācijās, lai noteiktu, vai tas atbilst jūsu konkrētajam lietošanas gadījumam. Tiks sniegta arī informācija par dažādu veidu, kā dažādi ražotāji sniedz informāciju par parametriem, piemēram, temperatūru, slodzi utt., Interpretēšanu.
Pārslēgšanas regulatoru veidi
Būtībā ir trīs komutācijas regulatoru veidi, un faktori, kas jāņem vērā, ir atkarīgs no tā, kurš no tipiem tiks izmantots jūsu lietojumprogrammai. Trīs veidi ir;
- Buka regulatori
- Paaugstināšanas regulatori
- Buka palielināšanas regulatori
1. Buka regulatori
Buka regulatori, kurus sauc arī par pazeminošiem regulatoriem vai bukses pārveidotājiem, neapšaubāmi ir vispopulārākie komutācijas regulatori. Viņiem ir iespēja samazināt ieejā pielietoto spriegumu mazākā spriegumā pie izejas. Tādējādi viņu nominālais ieejas spriegums parasti ir lielāks par nominālo izejas spriegumu. Buck pārveidotāja pamata shēmas ir parādītas zemāk.
Regulatora izeja ir saistīta ar tranzistora ieslēgšanu un izslēgšanu, un sprieguma vērtība parasti ir tranzistora darba cikla funkcija (cik ilgi tranzistors bija ieslēgts katrā pilnā ciklā). Izejas spriegumu izsaka ar vienādojumu zemāk, no kura mēs varam secināt, ka darba cikls nekad nevar būt vienāds ar vienu un tādējādi izejas spriegums vienmēr būs mazāks par ieejas spriegumu. Tāpēc sprādzes regulatori tiek izmantoti, ja ir nepieciešams samazināt barošanas spriegumu starp vienu projekta posmu un otru. Šeit varat uzzināt vairāk par buck regulatora dizaina pamatiem un efektivitāti, kā arī uzzināt, kā izveidot Buck pārveidotāja shēmu.
2. Palielināt regulatorus
Paaugstināšanas regulatori vai pastiprinātāju pārveidotāji darbojas tieši pretēji bukses regulatoriem. Viņi nodrošina izejas spriegumu, kas ir lielāks par ieejas spriegumu. Tāpat kā bukses regulatori, tie izmanto tranzistora komutācijas darbību, lai palielinātu spriegumu izejā, un tos parasti veido tie paši komponenti, kurus izmanto bukses regulatoros, un vienīgā atšķirība ir komponentu izvietojums. Turpmāk parādīta vienkārša paaugstināšanas regulatora shēma.
Šeit varat uzzināt vairāk par Boost regulatora dizaina pamatiem un efektivitāti, var izveidot vienu Boost pārveidotāju, ievērojot šo Boost Converter ķēdi.
3. Buck-Boost regulatori
Visbeidzot, bet ne mazāk svarīgi ir buka palielināšanas regulatori. Pēc viņu nosaukuma ir viegli secināt, ka tie nodrošina ieejas spriegumam gan stimulu, gan spriedzes efektu. Buck-palielināt pārveidotājs ražo apgriezts (negatīvs), izejas spriegumu, kas var būt lielāks vai mazāks par ievades spriegumu, pamatojoties uz ciklu. Pamata sprieguma slēdža režīma barošanas ķēde ir dota zemāk.
Buksa palielināšanas pārveidotājs ir pārveidotāja pārveidotāja ķēdes variants, kurā invertējošais pārveidotājs slodzē piegādā tikai induktora L1 uzkrāto enerģiju.
Jebkura no šiem trim komutācijas regulatoru veidiem izvēle ir atkarīga tikai no tā, ko prasa projektētā sistēma. Neatkarīgi no izmantojamā regulatora veida ir svarīgi nodrošināt, lai regulatoru specifikācijas atbilstu konstrukcijas prasībām.
Faktori, kas jāņem vērā, izvēloties komutācijas regulatoru
Pārslēgšanas regulatora konstrukcija lielā mērā ir atkarīga no tam izmantotās jaudas IC, tāpēc lielākā daļa faktoru, kas jāņem vērā, būs izmantotās jaudas IC specifikācijas. Ir svarīgi saprast Power IC specifikācijas un to nozīmi, lai pārliecinātos, ka esat izvēlējies pareizo lietojumprogrammai.
Neatkarīgi no jūsu pieteikuma, pārbaudot šādus faktorus, varat samazināt atlasē pavadīto laiku.
1. Ieejas sprieguma diapazons
Tas attiecas uz pieļaujamo ievades spriegumu diapazonu, ko atbalsta IC. Parasti tas ir norādīts datu lapā un kā dizainers ir svarīgi nodrošināt, lai jūsu lietojumprogrammas ieejas spriegums nonāktu IC norādītajā ieejas sprieguma diapazonā. Kaut arī dažās datu lapās var norādīt tikai maksimālo ieejas spriegumu, labāk ir pārbaudīt datu lapu, lai pārliecinātos, ka pirms pieņēmumu veikšanas nav minēts minimālais ievades diapazons. Ja tiek piemērots spriegums, kas ir lielāks par maksimālo ieejas spriegumu, IC parasti tiek apcepti, bet tas parasti pārtrauc darboties vai darbojas neparasti, ja tiek piemērots zemāks par minimālo ieejas spriegumu spriegums, viss atkarībā no spēkā esošajiem aizsardzības pasākumiem. Viens no aizsardzības pasākumiem, ko parasti piemēro, lai novērstu IC bojājumus, ja ieejā tiek piegādāti spriegumi ārpus diapazona, ir Under-Voltage Lock Out (UVLO),pārbaude, vai tas ir pieejams, var arī palīdzēt pieņemt lēmumus par dizainu.
2. Izejas sprieguma diapazons
Pārslēgšanas regulatoriem parasti ir mainīgas izejas. Izejas sprieguma diapazons apzīmē spriegumu diapazonu , kuram var iestatīt nepieciešamo izejas spriegumu. IC bez mainīgas izvades opcijas parasti tā ir viena vērtība. Ir svarīgi nodrošināt, lai jūsu nepieciešamais izejas spriegums būtu diapazonā, kas noteikts IC, un ar labu drošības koeficientu starpību starp maksimālo izejas sprieguma diapazonu un nepieciešamo izejas spriegumu. Parasti minimālo izejas spriegumu nevar iestatīt uz sprieguma līmeni, kas ir zemāks par iekšējo standartspriegumu. Atkarībā no lietojumprogrammas (buck vai boost) minimālais izejas diapazons var būt vai nu lielāks par ieejas spriegumu (boost), vai arī mazāks par ieejas spriegumu (buck).
3. Izejas strāva
Šis termins attiecas uz pašreizējo reitingu, kuram IC tika izstrādāts. Būtībā tas norāda, cik lielu strāvu IC var piegādāt pēc izejas. Dažiem IC ir norādīts tikai maksimālā izejas strāva kā drošības pasākums un lai projektētājs varētu nodrošināt, ka regulators spēs piegādāt lietojumam nepieciešamo strāvu. Citiem IC ir sniegti gan minimālie, gan maksimālie vērtējumi. Tas varētu būt ļoti noderīgi, plānojot enerģijas pārvaldības paņēmienus jūsu lietojumprogrammai.
Izvēloties regulatoru, pamatojoties uz IC izejas strāvu, ir svarīgi nodrošināt drošības rezervi starp maksimālo strāvu, kas nepieciešama jūsu lietojumprogrammai, un maksimālo regulatora izejas strāvu. Ir svarīgi nodrošināt, lai regulatora maksimālā izejas strāva būtu vismaz par 10 līdz 20% lielāka par nepieciešamo izejas strāvu, jo nepārtraukti strādājot pie maksimālā līmeņa, IC var radīt lielu siltuma daudzumu un siltums to var sabojāt.. Arī IC efektivitāte, darbojoties maksimāli, samazinās.
4. Darba temperatūras diapazons
Šis termins attiecas uz temperatūras diapazonu, kurā regulators darbojas pareizi. To nosaka vai nu apkārtējā temperatūra (Ta), vai krustojuma temperatūra (Tj). TJ temperatūra attiecas uz augstāko tranzistora darba temperatūru, savukārt apkārtējā temperatūra attiecas uz apkārtējās vides temperatūru ap ierīci.
Ja darba temperatūras diapazons ir noteikts apkārtējās vides temperatūrā, tas nenozīmē, ka regulatoru var izmantot visā temperatūras diapazonā. Ir svarīgi ņemt vērā drošības koeficientu, kā arī plānotās slodzes strāvas un pavadošās siltuma faktoru, jo šī un apkārtējās temperatūras kombinācija veido krustojuma temperatūru, kuru arī nedrīkst pārsniegt. Uzturēšanās darba temperatūras diapazonā ir būtiska pareizai, nepārtrauktai regulatora darbībai, jo pārmērīgs karstums var izraisīt regulatora patoloģisku darbību un katastrofālu atteici.Tāpēc ir svarīgi pievērst uzmanību apkārtējās vides siltumam vidē, kurā ierīce tiks izmantota, kā arī pirms noteikt, vai norādītais darba temperatūras diapazons ir jānosaka iespējamais siltuma daudzums, ko ierīce radīs slodzes strāvas rezultātā. no regulatora strādā jums. Ir svarīgi atzīmēt, ka daži regulatori var neizdoties arī ārkārtīgi aukstos apstākļos, un ir vērts pievērst uzmanību minimālajām temperatūras vērtībām, ja lietojumprogramma tiks izvietota aukstā vidē.
5. Pārslēgšanās frekvence
Pārslēgšanās frekvence attiecas uz ātrumu, kādā vadības tranzistors tiek ieslēgts un izslēgts komutācijas regulatorā. Regulatoros, kuru pamatā ir impulsa platuma modulācija, frekvence parasti tiek fiksēta, savukārt pulsa frekvences modulācijā.
Pārslēgšanās frekvence ietekmē regulatora parametrus, piemēram, pulsāciju, izejas strāvu, maksimālo efektivitāti un reakcijas ātrumu. Pārslēgšanās frekvences dizains vienmēr ietver atbilstošu induktivitātes vērtību izmantošanu tā, ka divu līdzīgu regulatoru darbība ar atšķirīgu komutācijas frekvenci būs atšķirīga. Ja tiek apsvērti divi līdzīgi regulatori ar dažādām frekvencēm, tiks atklāts, ka, piemēram, maksimālā strāva būs zema regulatoram, kas darbojas zemākā frekvencē, salīdzinot ar regulatoru augstā frekvencē. Arī tādi parametri kā pulsācija būs augsti, un regulatora reakcijas ātrums būs mazs pie zemas frekvences, savukārt pulsācija būs zema un reakcijas ātrums - liels augstā frekvencē.
6. Troksnis
Pārslēgšanās darbība, kas saistīta ar regulatoru pārslēgšanu, rada troksni un ar to saistītās harmonikas, kas varētu ietekmēt visas sistēmas darbību, īpaši sistēmās ar RF komponentiem un audio signāliem. Lai gan troksni var samazināt, izmantojot filtru utt., Tas patiešām var samazināt signāla un trokšņa attiecību (SNR) ķēdēs, kas ir jutīgas pret troksni. Tāpēc ir svarīgi pārliecināties, ka regulatora radītais trokšņa daudzums neietekmēs sistēmas kopējo veiktspēju.
7. Efektivitāte
Efektivitāte ir svarīgs faktors, kas jāņem vērā, izstrādājot jebkuru enerģijas risinājumu mūsdienās. Būtībā tā ir izejas sprieguma attiecība pret ieejas spriegumu. Teorētiski komutācijas regulatora efektivitāte ir simtprocentīga, taču praksē tas parasti nav taisnība, jo gan induktora, gan izejas kondensatora FET slēdža, diodes sprieguma krituma un ESR pretestība samazina regulatora kopējo efektivitāti. Lai gan lielākā daļa mūsdienu regulatoru piedāvā stabilitāti plašā darbības diapazonā, efektivitāte mainās atkarībā no lietošanas un, piemēram, tiek ievērojami samazināta, palielinoties strāvai, kas iegūta no izejas.
8. Slodzes regulēšana
Slodzes regulēšana ir sprieguma regulatora spēja uzturēt nemainīgu spriegumu izejā neatkarīgi no slodzes prasības izmaiņām.
9. Iepakojums un izmērs
Mūsdienās jebkura aparatūras risinājuma izstrādes laikā viens no parastajiem mērķiem ir pēc iespējas samazināt izmēru. Būtībā tas ietver elektronikas komponenta izmēra samazināšanu un nemainīgu komponentu skaita samazināšanu, kas veido katru ierīces sadaļu. Maza izmēra barošanas sistēma ne tikai palīdz samazināt projekta kopējo apjomu, bet arī palīdz radīt telpu, kurā var būt ierobežotas papildu produkta iespējas. Atkarībā no projekta mērķiem nodrošiniet izmantoto formas faktoru / iepakojuma lielumu iekļausies jūsu kosmosa budžetā. Veicot atlasi, pamatojoties uz šo faktoru, ir svarīgi ņemt vērā arī to perifēro komponentu lielumu, kas regulatoram nepieciešami, lai darbotos. Piemēram, augstfrekvences IC izmantošana ļauj izmantot izejas kondensatorus ar zemu kapacitāti un induktorus, kā rezultātā samazinās komponentu izmērs un otrādi.
To visu identificējot un salīdzinot ar dizaina prasībām, ātri varēsiet noteikt, kurš regulators ir jāšķērso un kurš jāiekļauj jūsu dizainā.
Dalieties, kurš faktors, jūsuprāt, palaidu garām, un citi komentāri, izmantojot komentāru sadaļu.
Līdz nākamajai reizei.