Регулятор мощности: Регулятор мощности 220В / 8 кВт (40А) купить в Мастер Кит. Драйвер, программы, схема, отзывы, инструкция, своими руками, DIY

Мощный регулятор мощности | AUDIO-CXEM.RU

Здравствуй мой дорогой читатель. Сегодня я хочу рассказать про нюансы мощных симисторных регуляторов мощности, которые заполонили наш рынок. Теперь так называемые диммеры продают даже в отделах продажи дистилляторов, для регулировки температуры нагрева материала в перегонных аппаратах.

Схема мощного симисторного регулятора мощности

Внесу немного ясности о схеме. Схема симисторного регулятора мощности является типичной и в нее может быть включен любой, подходящий вам по параметрам симистор серии BTA, например BTA06-600, BTA16-600 и так далее. Номиналы элементов при этом пересчитывать не нужно. Работу схемы я описывал в статье «Диммер своими руками», и сейчас немного поговорим о другом.

В качестве полупроводника я применил BTA41-600 и мог бы заявить вам, что регулятор мощности рассчитан на 8.5кВт, как это делают большинство продавцов. Да, симистор BTA41-600 рассчитан на максимальный средний ток 40А. Но, во-первых, должен быть запас по току, а во-вторых не только от параметров симистора зависит мощность собранного устройства. От чего же еще может зависеть мощность диммера?

В первую очередь от запаса тока симистора. Для меня это примерно 30% запас. Разница по цене будет несущественной.

Вот пример симисторного регулятора из Китая. Продавец утверждает, что его мощность достигает 4кВт.

Сфотографировано так близко, чтобы выполнить обман зрения и внушить большие размеры теплоотвода. Если вы представляете, что такое 4000Вт, то подумайте, какое сечение провода нам необходимо для пропускания через себя тока 18А. Нет, конечно, если такой диммер включить на 30 секунд, то он может и выдержит, но обычно нагрузкой служат мощные лампы или ТЭН, которые работают часами. Теперь посмотрите ширину дорожек печатной платы этого самого китайского диммера.

Да не выдержат они 4кВт долговременно, будут до ужаса греться даже на 3кВт, а потом перегорят. Поэтому вторым критерием является сечение проводов и дорожек печатной платы. Чем шире и толще, тем лучше.  И чем короче они, тем также лучше. В обязательном порядке необходимо их лудить оловом или паять вдоль дорог медную жилу.

Для сведения, медный провод сечением 2.5мм² рассчитан на максимальный долговременный ток 27А. Из своего опыта скажу, что при использовании такого провода на нагрузке 3000Вт (ток 14А) в течение 1 часа, он хорошо нагревается. Но это нормально. А уже при 27А изоляция такого провода будет плавиться.

Еще, при такой мощности (3000Вт и более) я отказываюсь от всяких разъемов, зажимных клемм и стараюсь все провода паять сразу к печатной плате. Так как все эти клеммы и разъемы являются уязвимым местом, чуть контакт ослаб и происходит нагрев, а дальше обгорание проводов.

Третий критерий мощного регулятора это теплоотвод. Однажды я выполнял измерение температуры теплоотвода площадью 200см² при эксплуатации диммера на нагрузку 1кВт в течение 5 часов. Температура достигла 90⁰С. Для отвода тепла при эксплуатации на мощности 3кВт понадобится радиатор с внушительной площадью поверхности, если мы говорим про долговременную работу. Иначе получим настоящую печь.

Рекомендую в качестве теплоотвода использовать радиатор с вентилятором от ПК, даже небольшой такой теплоотвод с принудительным охлаждением дает отличный результат на мощности 4кВт.

Китайский радиатор, на мощности 4000Вт позволит лишь регулятору не выйти из строя за ближайшие минуты.

Также и наши продавцы, закупая диммеры в Китае, заявляют мощность, которую они долговременно регулировать не могут.

Множество видео роликов про регуляторы мощности имеется на одном из известных видео порталов. Практически все блоггеры демонстрируют их тест на лампах накаливания. Лампа накаливания 60-80Вт может работать через наше устройство без радиатора, это и я проверял. А вот на мощности 1000Вт и выше рисуется совсем другая картина.

Существуют вентиляторы на разное питающее напряжение, в продаже есть вентиляторы и с напряжением питания 220В переменного тока. У меня же напряжение питания 12В постоянного тока. И в качестве источника я применил небольшой импульсный блок питания 12В 1А.

О стеклянном предохранителе. Не советую. На заднюю панель регулятора мощности вывел держатель предохранителя с колпачком. Предохранитель установил на 15А, нагрузка составляла 3000Вт.

Это было что-то. Грелся весь узел, не притронуться рукой. Поэтому, вместо стеклянных предохранителей устанавливайте автоматический выключатель. Например, если нагрузка 3кВт, то выключатель на 16А.

В своем регуляторе мощности я использовал тумблер на 25 Ампер, у которого были две группы контактов. Чтобы повысить надежность я соединил их параллельно медным проводом, сечением 2.5мм².

Корпус диммера я использовал из пластмассы. Для удобства я установил на корпус розетку с керамической вставкой на 16 Ампер.

Также я добавил еще один переменный резистор на 50кОм для более точной (плавной) подстройки.

Вентилятор, розетку и импульсный блок питания я прикрепил к корпусу винтами М3 и гайками, не забыв и про шайбы. В теплоотводе я выполнил отверстия и нарезал резьбу для крепления к нему симистора BTA41-600, а также отверстия с резьбой для крепления самого теплоотвода к корпусу. Как нарезать резьбу в радиаторе я описывал в статье «Нарезаем резьбу в радиаторе усилителя НЧ».

Вилка регулятора рассчитана на ток 16 Ампер. Ее провода припаяны напрямую к печатной плате, миную разъемы и клеммы.

Выводы симистора, при его монтаже, рекомендуется делать как можно короче.

Вывод.

Чтобы собрать мощный симисторный регулятор мощности, помимо выбора параметров симистора необходимо учесть такие конструктивные особенности, как ширина и толщина дорожек печатной платы, сечение соединительных проводов, замена разъемов и клемм пайкой, площадь поверхности теплоотвода, номинальная мощность вилок и розеток. Ведь для регулятора мощности 6кВт (27А) нужны совсем другие розетки, вилки, провода и так далее…

Печатная плата регулятора мощности СКАЧАТЬ

Тиристорные регуляторы мощности. Регуляторы мощности

Стабилизированный регулятор мощности РМ-2 5 квт

Описание Стабилизированный регулятор мощности РМ-2 5 квт

Регулятор мощности РМ 2, применяется в самогоноварении, дистилляции и ректификации, для стабильного поддержания уровня нагрева электрических ТЭНов, электроплит, электрических лампочек, и других не индуктивных нагрузок, в устройствах где нужна регулировка напряжения и стабильное поддержание его на установленном уровне, соответственно и мощности нагрева, вне зависимости от колебаний напряжения в сети ~220 вольт переменного тока. Девайс предназначен для регулировки мощности на нагрузки до 5 Квт. Подключается к сети переменного тока с напряжением 220 В. Устройство управления и контроля за напряжением построено на микроконтроллере и силовом, мощным симистором BTA40 или BTA-41 на ток до 20(40) ампер и применяется для управления и слежения за мощностью электрических нагревательных, осветительных приборов, коллекторных моторов. Благодаря широкому диапазону входных и выходных напряжений, возможностью регулировки мощности, регулятор найдет широкое применение на производстве и быту. Симисторный регулятор мощности РМ-2 имеет вход для внешнего управления переключателем с фиксацией и «сухими» контактами или реле.

1. Прибор изготовлен на современной элементной базе и схемотехнике.

2. Светодиодная индикация напряжения на входе или на нагрузке.

3. Вход, для возможности выбора 3 режимов работы прибора: «стабилизация», «разгон»(включение на полную мощность), «пауза»(отключение).

Характеристики регулятора:

Напряжение питание от электрической сети 50 Гц- 220 вольт, 

прибор работает при широком диапазоне входного напряжении от:  50 до ~300 в.

Максимальная мощность нагрузки 5 Квт. 

Максимальный ток в цепи нагрузки регулятора мощности 25 А.

Установка напряжения поступающего на выход 40 ÷ 290 В, но не более входного.

Точность установки напряжения 1 вольт.

Стабильность поддержания заданного напряжения на выходе: ± 1-2 в.

Индикация несоответствия выходного напряжения с установленным есть, в этом режиме индикатор устройства моргает, сообщая о неисправности выходного каскада, в режиме «разгон» и «пауза» индикатор также моргает.

Режим работы в вертикальном положении: продолжительный.

Конструктивно прибор изготовлен: из модулей расположенных на дин-рейке и предназначен для самостоятельного монтажа в электро-ящик, состоит из комплекта:

Электронный регулятор мощности РМ-2: 1 шт. 

Радиатор для симистора: 2 шт.   

Симистор ВТА-40, или 41: 1 шт.  в модели РМ-2 45А симистор  ТС142-80            

установочные изделия: 8 шт.     

.

Внимательно: 

1. Прибор имеет полу-открытую конструкцию и предназначен для установки в электрический ящик, не используйте прибор не исключив прикосновения к токоведущим частям. Перед тем как положить в корзину-можно выбрать модель в корпусе.

1.Нельзя включать в регулятор: трансформаторы, микроволновые печи и их модификации: индукционные стекло керамические плиты.

2. Регулятор нельзя использовать как стабилизатор сетевого напряжения, для дома.  Он не может повышать напряжение, выше чем на входе. Если например установлено напряжение на нагрузке 130 вольт, то оно будет стабилизировано, пока входное сетевое напряжение выше 130 вольт. Если напряжение в сети опустится ниже 130 вольт, то это напряжение будет и на выходе прибора, также на индикаторе начнут моргать цифры сообщая об отклонении выходного напряжения от установленного.

Если есть необходимость и плохая сеть, то входное напряжение можно повысить при помощи установки дополнительного автотрансформатора. (Есть возможность изготовить). 

3. Полностью заменяет регулятор мощности РМЦ

4. Не пытайтесь измерить напряжение на выходе прибора без нагрузки. Для измерения напряжения на выходе понадобится точный вольтметр на частоту до 1000 Гц. Его стоимость приблизительно 50-150 долларов.

Регулятор мощности РМ, применяется в самогоноварении, дистилляции и ректификации, для стабильного поддержания уровня нагрева электрических ТЭНов, электроплит, электрических лампочек, и других не индуктивных нагрузок, в устройствах где нужна регулировка напряжения и стабильное поддержание его на установленном уровне, соответственно и мощности нагрева, вне зависимости от колебаний напряжения в сети ~220 вольт переменного тока. Девайс предназначен для регулировки мощности на нагрузки до 5 Квт. Подключается к сети переменного тока с напряжением 220 В. Устройство управления и контроля за напряжением построено на микроконтроллере и силовом, мощным симистором BTA40-600 на ток до 40 ампер и применяется для управления и слежения за мощностью электрических нагревательных, осветительных приборов, коллекторных моторов. Благодаря широкому диапазону входных и выходных напряжений, возможностью регулировки мощности, регулятор найдет широкое применение на производстве и быту. Симисторный регулятор мощности РМ-2 имеет вход для внешнего управления переключателем с фиксацией и «сухими» контактами или реле.

1. Прибор изготовлен на современной элементной базе и схемотехнике.

2. Светодиодная индикация напряжения на входе или на нагрузке.

3. Вход, для возможности выбора 3 режимов работы прибора: «стабилизация», «разгон»(включение на полную мощность), «пауза»(отключение).

Характеристики регулятора:

Напряжение питание от электрической сети 50 Гц- 220 вольт, 

прибор работает при широком диапазоне входного напряжении от:  50 до ~300 в.

Максимальная мощность нагрузки 5 Квт. 

Максимальный ток в цепи нагрузки регулятора мощности 25 А.

Установка напряжения поступающего на выход 40 ÷ 290 В, но не более входного.

Точность установки напряжения 1 вольт.

Стабильность поддержания заданного напряжения на выходе: ± 1-2 в.

Индикация несоответствия выходного напряжения с установленным есть, в этом режиме индикатор устройства моргает, сообщая о неисправности выходного каскада, в режиме «разгон» и «пауза» индикатор также моргает.

Режим работы в вертикальном положении: продолжительный.

Конструктивно прибор изготовлен: из модулей расположенных на дин-рейке и предназначенн для самостоятельного монтажа в электроящик, состоит из комплекта:

Электронный регулятор мощности РМ-2: 1 шт. 

Радиатор для симистора: 2 шт.   

Симистор ВТА-40 или 41: 1 шт.               

установочные изделия: 8 шт.     

.

Внимательно: 

1. Прибор имеет пулу-открытую конструкцию и предназначен для установки в электрический ящик, не используйте прибор не исключив прикосновения к токоведущим частям.

1.Нельзя включать в регулятор: трансформаторы, микроволновые печи и их модификации: индукционные стекло керамические плиты.

2. Регулятор нельзя использовать как стабилизатор сетевого напряжения, для дома.  Он не может повышать напряжение, выше чем на входе. Если например установлено напряжение на нагрузке 130 вольт, то оно будет стабилизировано, пока входное сетевое напряжение выше 130 вольт. Если напряжение в сети опустится ниже 130 вольт, то это напряжение будет и на выходе прибора, также на индикаторе начнут моргать цифры сообщая об отклонении выходного напряжения от установленного.

Если есть необходимость и плохая сеть, то входное напряжение можно повысить при помощи установки дополнительного автотрансформатора. (Есть возможность изготовить). 

3. Полностью заменяет регулятор мощности РМЦ

4. Не пытайтесь измерить напряжение на выходе прибора без нагрузки. Для измерения напряжения на выходе понадобится точный вольтметр на частоту до 1000 Гц. Его стоимость приблизительно 50-150 долларов.

Регулятор мощности для ТЭНа

Доставка по России

Технические характеристики регулятора мощности 4кВт:

Технические характеристики регулятора напряжения 6кВт:

Регулятор мощности 4кВт и 6кВт это электронный симисторный регулятор напряжения переменного тока, позволяет регулировать его в диапазоне от 0 В до входного напряжения (220 В). Благодаря широкому диапазону регулировки и большой мощности регулятор найдет широкое применение в быту. Может регулировать мощность нагревательных тэнов и лампы накаливания, т.е. регулирует резисторную нагрузку.

Отличное решение для управления мощностью Тэна:

1. 1) Регулятор напряжения. Классический регулятор, для изменения мощности ТЭНа в перегонном кубе. Регулируя в свою очередь мощность и интенсивность нагрева браги при дистилляции и ректификации.
2. 2) Наличие вентилятора для охлаждения и продления срока службы.
3. 3)  Плавная регулировка во всем диапазоне мощности.
4. 4) Сделано на базе мощного симистора BTA41600. Предназначено для регулирования мощности. Применение данного симистора позволяет уменьшить размер радиатора охлаждения.
5. 5) Принцип работы, регулятор мощности использует принцип фазового управления. 
6. 6) Алюминиевый радиатор.
7. 7) Компактное исполнение.

Подготовка к эксплуатации Регулятор мощности Тэна:

1. 1) Подключите нагрузку к контактам OUT 220V
2. 2) Подключите сетевой шнур к контактам IN 220V. 
3. 3) Включите вилку в розетку 220В
4. 4) Проверьте, работу вращая регулятор мощности.  

Внимание: не рекомендуется запускать регулятор напряжения без нагрузки (не подключая электрические приборы), это может привести в негодность сам регулятор.

Трехфазные тиристорные регуляторы мощности ТРМ-3М, ТРМ-3МN отечественного производства

Источники питания — Принципиальные схемы и документация на QRZ.

RU

АВВ Тиристорный регулятор мощности DCT880

DCT880 Тиристорный регулятор мощности

Для отжига, сушки, плавления/ нагрева стекла, пластмассы или металлов необходимо точно контролировать температуру. Автоматизация этих процессов обеспечивает точное поддержание температуры и эффективное использование потребляемой электроэнергии. Благодаря этому Вы экономите на сырье и энергопотреблении.

Устройство построено на базе единой универсальной платформы, применяемой на всех вновь выпускаемых приводах АББ. DCT880 легко интегрируется в установку или систему автоматизации, а также может работать автономно.

Встроенные датчики измерения тока в каждой фазе рассчитывают и отслеживают сопротивление нагрузки, обеспечивая высокую точность и производительность. Функция оптимизации энергопотребления выравнивает нагрузки нескольких устройств, подключенных параллельно, и уменьшает пиковую потребляемую мощность.

Преимущества:

• 
  От 16 до 4200 A

• 
  Предназначен для работы на резистивную, индуктивную нагрузки и с инфракрасными обогревателями

• 
  Фазовое управление

• 
  Двухполупериодное управление

• 
  Однополупериодное управление

• 
  Регулирование по I-, U-, P- и I2

• 
  Встроенный свободно настраиваемый ПИД-регулятор температуры

• 
  Встроенная функция оптимизации энергопотребления

• 
  Широкий набор коммуникационных модулей и модулей расширения входов/выходов

• 
  Универсальная современная панель управления высокого разрешения и контрастности  


 

Общие сведения о том, как работает регулятор напряжения

Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений его входного напряжения или условий нагрузки. Существует два типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные.

В линейном стабилизаторе используется активное (BJT или MOSFET) устройство прохода (последовательное или шунтирующее), управляемое дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с точным опорным напряжением и регулирует проходное устройство для поддержания постоянного выходного напряжения.

Импульсный стабилизатор преобразует входное постоянное напряжение в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой MOSFET или BJT-переключатель. Отфильтрованное выходное напряжение переключателя мощности подается обратно в схему, которая управляет временем включения и выключения переключателя питания, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или тока нагрузки.

Каковы некоторые топологии импульсных регуляторов?

Существует три распространенных топологии: понижающая (понижающая), повышающая (повышающая) и понижающая-повышающая (повышающая / понижающая).Другие топологии включают обратноходовые, SEPIC, Cuk, двухтактные, прямые, полномостовые и полумостовые топологии.

Каким образом регулятор частоты коммутации влияет на конструкцию регулятора?

Более высокие частоты переключения означают, что в регуляторе напряжения можно использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера. Это также означает более высокие коммутационные потери и больший шум в цепи.

Какие потери происходят с импульсным регулятором?

Потери возникают из-за мощности, необходимой для включения и выключения полевого МОП-транзистора, которые связаны с драйвером затвора полевого МОП-транзистора.Кроме того, потери мощности полевого МОП-транзистора возникают из-за того, что переключение из состояния проводимости в состояние непроводимости занимает конечное время. Потери также связаны с энергией, необходимой для заряда и разряда емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.

Каковы обычные применения линейных и импульсных регуляторов?

Рассеиваемая мощность линейного регулятора прямо пропорциональна его выходному току для данного входного и выходного напряжения, поэтому типичный КПД может быть 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достичь КПД в диапазоне 90%. Однако выходной шум линейного регулятора намного ниже, чем импульсный стабилизатор с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Обычно импульсный регулятор может управлять более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.

Как импульсный регулятор управляет своим выходом?

Для импульсных регуляторов

требуются средства для изменения выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения.Один из подходов — использовать ШИМ, который управляет входом в соответствующий выключатель питания, который контролирует его время включения и выключения (рабочий цикл). Во время работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно на ШИМ-контроллер для управления рабочим циклом. Если отфильтрованный выходной сигнал имеет тенденцию к изменению, обратная связь, подаваемая на ШИМ-контроллер, изменяет рабочий цикл для поддержания постоянного выходного напряжения.

Какие проектные характеристики важны для ИС регулятора напряжения?

Среди основных параметров — входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от приложения могут быть важны другие параметры, такие как пульсирующее напряжение на выходе, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важными параметрами для линейного регулятора являются падение напряжения, PSRR (коэффициент отклонения источника питания) и выходной шум.

использованная литература

Загрузить средства проектирования управления питанием

Инструмент для проектирования регуляторов напряжения ADIsimPower ™

Типы регуляторов напряжения

и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ

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

Мы ценим вашу конфиденциальность

Как работает регулятор напряжения?

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

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

Типы регуляторов напряжения: линейные и импульсные

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

Линейные регуляторы

В линейном стабилизаторе напряжения используется устройство активного прохода (например, BJT или MOSFET), которое управляется операционным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Для того, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, линейный регулятор регулирует сопротивление устройства прохода путем сравнения внутреннего опорного напряжения для дискретизированного выходного напряжения, а затем вождения ошибки к нулю.

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

Линейным регуляторам, таким как MP2018, для работы требуются только входной и выходной конденсатор (см. Рисунок 1) . Их простота и надежность делают их интуитивно понятными и простыми устройствами для инженеров, а зачастую и очень рентабельными.

Рисунок 1: Линейный регулятор MP2018

Импульсные регуляторы

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

Импульсные регуляторы

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

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

Рисунок 2: Импульсный регулятор HF920

Ограничения регуляторов напряжения

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

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

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

Импульсные регуляторы

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

Топологии импульсного регулятора: понижающий, повышающий, линейный, LDO и регулируемый

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

Регуляторы LDO

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

Понижающие и повышающие преобразователи

Понижающие преобразователи

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

Пониженно-повышающие преобразователи

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

Управление регулятором напряжения

Четыре основные компоненты линейного регулятора являются проход транзистора, усилитель ошибки, опорное напряжение, и сетевой резистор обратной связи. Один из входов усилителя ошибки установлен двумя резисторами (R1 и R2) для контроля процентного значения выходного напряжения.Другой входом является ссылкой стабильного напряжения (VREF). Если дискретизированное выходное напряжение изменяется относительно VREF, усилитель ошибки изменяет сопротивление проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).

Для работы линейных регуляторов

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

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

Применения линейного регулятора и импульсного регулятора

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

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

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

Рисунок 3: Понижающий регулятор MPQ4430-AEC1

Каковы основные параметры микросхемы регулятора напряжения?

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

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

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

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

Напряжение обратной связи — еще один важный параметр, который необходимо изучить, поскольку он определяет минимальное выходное напряжение, которое может поддерживать регулятор напряжения. Это стандарт, чтобы посмотреть на опорное напряжение параметров. Это ограничивает нижнее выходное напряжение, точность которого влияет на точность регулирования выходного напряжения.

Как правильно выбрать регулятор напряжения

Чтобы выбрать подходящий регулятор напряжения, разработчик должен сначала понять его ключевые параметры, такие как V _IN , V _OUT , I _OUT , системные приоритеты (например, V _IN , V _OUT , I _OUT ).грамм. эффективность, производительность, стоимость), а также любые дополнительные ключевые функции, такие как индикация хорошего энергопотребления (PG) или включение управления.

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

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

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

Список литературы

Глоссарий по электронной инженерии

_________________________

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

Получить техническую поддержку

Основы электроники: регулятор напряжения

Создание регулятора напряжения

Теория предыстории: как работает регулятор напряжения?

Название говорит само за себя: регулятор напряжения.Аккумулятор в вашем автомобиле, который заряжается от генератора переменного тока, розетка в вашем доме, которая обеспечивает все необходимое электричество, сотовый телефон , который вы, вероятно, будете держать под рукой каждую минуту дня, им всем требуется определенное напряжение, чтобы функция. Колеблющиеся выходы, превышающие ± 2 В, могут привести к неэффективной работе и, возможно, даже к повреждению ваших зарядных устройств. Колебания напряжения могут быть вызваны множеством причин: состояние электросети, включение и выключение других приборов, время суток, факторы окружающей среды и т. Д.Из-за необходимости постоянного постоянного напряжения введите регулятор напряжения.

Регулятор напряжения — это интегральная схема (ИС), которая обеспечивает постоянное фиксированное выходное напряжение независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Это можно сделать разными способами, в зависимости от топологии схемы внутри, но для того, чтобы этот проект оставался базовым, мы в основном сосредоточимся на линейном регуляторе. Линейный регулятор напряжения работает, автоматически регулируя сопротивление через контур обратной связи, учитывая изменения как нагрузки, так и входа, при этом сохраняя постоянное выходное напряжение.

Микросхема стабилизатора напряжения в корпусе ТО-220
С другой стороны, для импульсных регуляторов
, таких как понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) и понижающий-повышающий (повышающий / понижающий), требуется несколько дополнительных компонентов, а также повышенная сложность как различные компоненты повлияют на результат. Импульсные регуляторы намного более эффективны с точки зрения преобразования энергии, где эффективность играет большую роль, но линейные регуляторы очень хорошо работают в качестве регуляторов напряжения в низковольтных приложениях.

В зависимости от приложения, стабилизатору напряжения может потребоваться больше внимания для улучшения других параметров, таких как пульсирующее напряжение на выходе, переходная характеристика нагрузки, падение напряжения и выходной шум.Такие приложения, как аудиопроекты, более чувствительны к шуму и помехам, поэтому потребуется дополнительная фильтрация, особенно в импульсных регуляторах, где пульсации на выходе могут быть значительными. Большую часть информации, включая схемы, можно найти в техническом описании микросхемы стабилизатора напряжения, с которой вы работаете, в разделе «Примечания по применению».

Указания по применению для регулятора 7805T

У
Afrotechmods также есть информативное видео о работе с популярным регулятором напряжения LM317T для получения регулируемого выхода.

Проект

Комплект регулятора напряжения макетной платы — отличный набор для пайки для любого новичка. Он выдает чистое 5 В постоянного тока с максимальным выходным током 500 мА. Он способен принимать входное напряжение в диапазоне 6-18 В постоянного тока и имеет контакты, размер которых идеально подходит для любой стандартной макетной платы с шагом 0,1 дюйма.

В комплект входит:

(1) Печатная плата
(1) Выключатель питания
(1) Разъем питания постоянного тока 2,1 мм
(1) Электролитический конденсатор 10 мкФ
(1) 0.Монолитный конденсатор 1 мкФ
(1) Резистор 1 кОм
(1) Красный светодиодный индикатор питания
(1) Разъемы контактов
(1) Руководство пользователя

Вам понадобятся:
• Паяльник
• Припой
• Фрезы
• Блок питания настенного адаптера 6-18В (Mean Well GS06U-3PIJ)

Комплект регулятора напряжения макетной платы Solarbotics 34020

Направление:

1. Резистор и конденсатор 0,1 мкФ:

Удалите ленту и согните выводы резистора, затем вставьте его в положение, обозначенное R1.Припаяйте его с другой стороны и отрежьте лишние выводы. Сделайте то же самое для конденсатора 0,1 мкФ в позиции C2. Неважно, как эти детали установлены — они не поляризованные .

2. Регулятор напряжения и цилиндрический домкрат:

Припаяйте регулятор напряжения в положение V-REG. Убедитесь, что сторона табуляции выровнена с жирной линией на символе — обратное направление не сработает! Затем обрежьте лишние провода. Защелкните цилиндрический домкрат в положение B1 и припаяйте его на место.

Шаг 1

Шаг 2

3. Конденсатор 10 мкФ и индикатор питания:

Установите электролитический конденсатор 10 мкФ в положение C1. Позиционирование имеет решающее значение. Убедитесь, что более длинный провод входит в площадку, отмеченную (+). Убедитесь, что он находится в правильном положении, убедившись, что полоса на стороне конденсатора находится ближе всего к этикетке PWR. Сделайте то же самое со светодиодом; более длинный вывод входит в круглую площадку. Вы можете подтвердить, что светодиод находится в правильном положении, заметив небольшую выемку на светодиоде, расположенную на стороне символа светодиода с линией (возле квадратной площадки).

4. Контакты выключателя питания и макетной платы:

Выключатель питания просто устанавливается в положение PWR. С выводами на макетной плате посложнее — они идут снизу, и их сложнее удерживать при пайке. Тщательно припаяйте их как можно ровнее вручную или, если вы уверены, вставьте длинную сторону контактов в макет так, чтобы они совпадали с отверстиями в печатной плате, затем припаяйте их, пока макетная плата удерживает все выровненные.

Шаг 3

Шаг 4

5.Настройка Power Rails:

ЭТО ВАЖНО. Если вы забудете это сделать, ваша доска не будет работать! Выберите, на какой стороне макета вы хотите установить плату (в этом примере мы используем левую сторону). Обратите внимание на полярность направляющих макетной платы «+» внизу и «-» вверху. Найдите, какой набор контактных площадок на плате соответствует этому расположению, и нанесите каплю припоя на маленькие полумесяцы.

Если вы планируете переключить полярность питания на направляющих, вы можете установить номер детали SWT7 на контактные площадки между контактными площадками. Не помещайте капли на подушечки, если вы это сделаете. Обратите внимание, что это не рекомендуемая модификация.

Подайте питание на плату от любого источника постоянного тока диаметром 2,1 мм с номинальным напряжением 6–18 В — не превышайте максимальное значение 35 В постоянного тока! Регулятор мощности нагревается при питании от более 12 В (это нормально). Если вы не хотите использовать его на макетной плате, используйте контактные площадки с маркировкой «+ -» на конце, ближайшем к гнезду цилиндра, для регулируемой выходной мощности 5 В.

Шаг 5

SWT7 Навесной

Вопросы для обсуждения

1.Какое влияние на выход цепи окажут тепло и шум?
2. Как конденсаторы помогают отфильтровывать помехи?
3. Каковы преимущества и недостатки линейных и импульсных регуляторов?

Как правильно выбрать регулятор (ы) напряжения для вашей конструкции

В этой статье показано, как выбрать лучший тип стабилизатора напряжения для вашего конкретного электронного продукта.

Опубликовано , 29 апреля 2019 г., , John Teel

Вероятно, более 90% продукции требуют регулятора напряжения того или иного типа, что делает их одними из наиболее часто используемых электрических компонентов.

Если у вас нет возможности работать напрямую от напряжения батареи или внешнего адаптера постоянного / переменного тока, требуется стабилизатор напряжения. Скорее всего, потребуется несколько регуляторов напряжения.

Эта статья — ваше руководство по выбору регулятора (ов) напряжения для вашей конструкции. Мы расскажем обо всем, от определения того, какой тип регулятора напряжения вам нужен, до выбора того, который соответствует вашим конкретным требованиям.

Выбор типа регулятора, который необходимо использовать

Первым шагом в выборе правильного регулятора напряжения является определение входного напряжения, выходного напряжения и максимального тока нагрузки.

Несмотря на то, что существует множество других спецификаций, эти три помогут вам начать работу и помогут сузить круг необходимого вам регулятора.

Регуляторы напряжения

можно разделить на две широкие классификации:

• Понижающий : Выходное напряжение ниже входного
• Повышающий : Выходное напряжение больше входного

Знание входного и выходного напряжений поможет вам легко решить, к какой группе относится ваш регулятор.

Регуляторы напряжения, которым требуется выходное напряжение меньше входного, являются наиболее распространенным типом регуляторов напряжения. Например, вы вводите 5 В и выдает 3,3 В, или вы вводите 12 В и выдает 5 В.

Вам необходимо рассмотреть два типа регуляторов:

• Линейные регуляторы : простые, дешевые и бесшумные, но могут иметь низкую энергоэффективность. Линейные регуляторы способны только понижать напряжение.
• Импульсные регуляторы : Высокая энергоэффективность, но более сложная и дорогая, и с большим шумом на выходе. Импульсные регуляторы могут использоваться как для понижения, так и для повышения напряжения.

Если вам требуется выходное напряжение меньше входного, начните с линейного регулятора, а не импульсного регулятора.

Рисунок 1. Линейный регулятор использует транзистор и контур управления с обратной связью для регулирования выходного напряжения. Линейный регулятор может производить только выходное напряжение ниже входного.

Линейные регуляторы

намного дешевле и проще в использовании, чем импульсные регуляторы, поэтому они, как правило, должны быть вашим первым выбором.

Единственный случай, когда вы не хотите использовать линейный стабилизатор, — это если рассеиваемая мощность слишком велика или вам нужно повысить напряжение.

Определите рассеиваемую мощность

Хотя линейные регуляторы дешевы и просты в использовании, основным недостатком является то, что они могут тратить много энергии. Это может вызвать чрезмерный разряд батареи, перегрев или повреждение продукта.

Если у вас есть аккумулятор, мощность которого расходуется на тепло, аккумулятор разряжается быстрее.Если это не аккумулятор, но он по-прежнему выделяет значительное количество тепла, это может вызвать другие проблемы с вашей конструкцией.

Фактически, при определенных условиях линейный регулятор может выделять столько тепла, что фактически разрушает себя. Очевидно, вы этого не хотите.

При использовании линейного регулятора начните с определения того, сколько мощности будет рассеиваться регулятором.

Для линейных регуляторов используйте уравнение:

Мощность = (Входное напряжение — Выходное напряжение) x Ток (Уравнение 1)

Можно предположить, что выходной ток (также называемый током нагрузки) примерно такой же, как входной ток для линейных регуляторов.

На самом деле, входной ток равен выходному току плюс ток покоя, который потребляет линейный регулятор для выполнения функции регулирования.

Однако для большинства регуляторов ток покоя чрезвычайно мал по сравнению с током нагрузки, поэтому достаточно предположить, что выходной ток равен входному.

Как видно из уравнения 1, если у вас большой перепад напряжения (Vin — Vout) на регуляторе и / или большой ток нагрузки, то ваш регулятор будет рассеивать большое количество энергии.

Например, если на входе 12 В, а на выходе 3,3 В, разность напряжений будет рассчитана как 12 В — 3,3 В = 8,7 В.

Если ток нагрузки составляет 1 ампер, это означает, что регулятор должен рассеивать 8,7 Вт мощности. Это огромная потеря мощности, с которой не справится любой линейный регулятор.

Если, с другой стороны, у вас есть высокий перепад напряжения, но вы используете ток нагрузки всего в несколько миллиампер, тогда мощность будет небольшой.

Например, в приведенном выше случае, если вы теперь используете ток нагрузки только 100 мА, рассеиваемая мощность упадет до 0,87 Вт, что гораздо более приемлемо для большинства линейных регуляторов.

При выборе линейного регулятора недостаточно просто убедиться, что входное напряжение, выходное напряжение и ток нагрузки соответствуют спецификациям регулятора.

Например, у вас есть линейный регулятор, рассчитанный на 15 В и ток 1 А. Вы думаете: «Хорошо, если это так, я могу подать на вход 12 В, взять 3.3 В на выходе и запустить его при 1 А, не так ли? »

Неправильно! Вы должны убедиться, что линейный регулятор может выдерживать даже такое количество мощности. Способ сделать это — определить, насколько сильно нагреется регулятор, в зависимости от мощности, которую он должен рассеять.

Для этого сначала рассчитайте, сколько мощности будет рассеивать линейный регулятор, используя уравнение 1 выше.

Во-вторых, посмотрите в таблице данных регулятора в разделе «тепловые характеристики» параметр под названием «Theta-JA», выраженный в единицах ° C / Вт (° C на ватт).

Theta-JA указывает на количество градусов, на которое микросхема будет нагреваться выше температуры окружающего воздуха, на каждый ватт мощности, которую он должен рассеять.

Просто умножьте расчетную рассеиваемую мощность на Theta-JA, и вы узнаете, насколько сильно линейный регулятор будет нагреваться при такой мощности:

Мощность x Theta-JA = Температура выше окружающей (Уравнение 2)

Допустим, ваш регулятор соответствует спецификации Theta-JA 50 ° C на ватт.Это означает, что если ваш продукт рассеивает:

• 1 ватт, он нагреется до 50 ° C.
• 2 Вт нагреется до 100 ° С.
• ½ ватта нагревается до 25 ° C.

Важно отметить, что рассчитанная выше температура представляет собой разницу температур выше температуры окружающего воздуха.

Допустим, вы подсчитали, что при ваших условиях питания регулятор будет рассеивать 2 Вт мощности. Вы умножаете это на Theta-JA, и вы определяете, что он нагреется до 100 ° C.

Здесь важно не забыть добавить температуру окружающего воздуха. Комнатная температура обычно составляет 25 ° C. Следовательно, вы должны добавить 25 ° C к 100 ° C. Теперь у вас температура 125 ° C.

125 ° C — это максимальная температура, на которую рассчитано большинство электронных компонентов, поэтому вы никогда не захотите намеренно превышать 125 ° C.

Обычно вы не повредите свой продукт, пока не достигнете температуры примерно от 170 ° C до 200 ° C. К счастью, у большинства регуляторов также есть тепловое отключение, которое срабатывает при температуре около 150 ° C, поэтому они отключатся до того, как вызовут какие-либо повреждения.

Однако некоторые регуляторы не имеют теплового отключения, поэтому вы можете повредить их, если они рассеивают слишком много энергии.

В любом случае, вы не хотите, чтобы ваш продукт постоянно перегревался и ему приходилось отключаться, чтобы остыть.

Также следует учитывать, что температура воздуха не всегда может быть 25 ° C.

Допустим, ваш регулятор все еще нагревается до 100 ° C при нагрузке, но теперь температура окружающей среды составляет 50 ° C (например, в закрытой машине в жаркий летний день).

Теперь у вас 50 ° C плюс 100 ° C и температура до 150 ° C при загрузке. Вы превысили указанную максимальную температуру и находитесь на грани срабатывания теплового отключения.

Очевидно, этого следует избегать. Эксплуатация регулятора таким образом, чтобы он регулярно превышал заданную температуру 125 ° C, может не вызвать немедленного повреждения, но может сократить срок службы компонента.

Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)

В некоторых случаях линейные регуляторы могут быть чрезвычайно эффективными, потребляя очень мало энергии.Это происходит, когда они работают с очень низким входным напряжением к выходному напряжению.

Например, если Vin — Vout составляет всего 300 мВ, то даже при токе нагрузки 3 А рассеиваемая мощность составляет всего 0,9 Вт, что является достаточно низкой мощностью, чтобы выдерживать нагрузку большинством регуляторов.

Минимальный дифференциал Vin-Vout, с которым может работать линейный регулятор, называется падением напряжения. Если разница между Vin и Vout падает ниже напряжения отключения, то регулятор находится в режиме отключения.

Регулятор в режиме отпускания просто выглядит как небольшой резистор от входа к выходу. Это означает, что выход, по сути, просто соответствует входному питанию, и на самом деле никакое регулирование не выполняется.

В большинстве случаев вы не хотите использовать линейный регулятор в режиме отключения. Это ни в коем случае не повредит чему-либо, но вы потеряете многие преимущества регулятора.

Например, если у вас много шума на входе, он обычно будет отфильтрован линейным регулятором.Однако эта фильтрация не будет происходить в режиме отключения, поэтому весь шум входного источника питания передается прямо на выходное напряжение.

Причина, по которой стабилизаторы с малым падением напряжения так полезны, заключается в том, что они позволяют управлять регулятором с очень малой рассеиваемой мощностью. Это связано с тем, что линейный регулятор наиболее эффективен, когда разница между Vin и Vout небольшая.

Многие старые линейные регуляторы имели очень высокое падение напряжения. Например, популярные регуляторы серии 7800 имеют паспортное напряжение 2 В.Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 В выше выходного напряжения.

Рис. 2. Старые трехконтактные линейные регуляторы требуют большего перепада напряжения Vin-Vout и, следовательно, расходуют больше энергии, чем более новые регуляторы LDO.

Хотя 2 В — это не так уж и много, если вы пропускаете через этот регулятор ток в 1 ампер и у вас есть разница в 2 В, то это 2 Вт энергии, теряемой зря.

Регуляторы LDO нового поколения могут иметь очень низкое падение напряжения менее 200 мВ при полной нагрузке.

LDO, работающий только с перепадом напряжения 200 мВ, может пропускать в 10 раз больше тока при той же рассеиваемой мощности, что и линейный стабилизатор, работающий с перепадом напряжения 2 В. Таким образом, 1 ампер тока с дифференциалом Vin-Vout 200 мВ соответствует лишь 0,2 Вт рассеиваемой мощности.

Краткое описание линейных регуляторов

Линейные регуляторы полезны, если:

• Разница между входным и выходным напряжением мала
• У вас низкий ток нагрузки
• Требуется исключительно чистое выходное напряжение
• Дизайн должен быть максимально простым и дешевым

Как мы обсудим дальше, импульсные стабилизаторы создают на выходе много шума и могут создавать нечеткое выходное напряжение.

Это может быть приемлемо для некоторых приложений, но во многих случаях требуется очень чистое напряжение питания. Например, при генерации напряжения питания для аналого-цифрового преобразователя или какой-либо звуковой схемы.

Таким образом, линейные регуляторы не только проще в использовании, но и обеспечивают гораздо более чистое выходное напряжение по сравнению с импульсными регуляторами, без пульсаций, всплесков или шума любого типа.

Таким образом, если рассеиваемая мощность не слишком велика или вам не требуется повышающий регулятор, линейный регулятор будет вашим лучшим вариантом.

Импульсные регуляторы

Импульсные регуляторы намного сложнее для понимания, чем линейные регуляторы. Линейный регулятор основан на силовом транзисторе, который регулирует величину тока, разрешенного для подачи на выход.

ПРИМЕЧАНИЕ:
Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Если система управления линейного регулятора определяет, что выходное напряжение ниже, чем должно быть, то от входа к выходу может проходить больший ток.И наоборот, если обнаруживается, что выходное напряжение выше, чем должно быть, регулятор позволит меньшему току течь от входа к выходу, действуя таким образом, чтобы снизить выходное напряжение.

С другой стороны, импульсные регуляторы используют катушки индуктивности и конденсаторы для временного хранения энергии перед передачей ее на выход.

В этом уроке я проектирую печатную плату с использованием простого линейного регулятора, а в этом более глубоком курсе я проектирую индивидуальную плату с использованием более сложного импульсного регулятора.

Существует два основных типа импульсных регуляторов: повышающий и понижающий.

Понижающий импульсный стабилизатор также называется понижающим стабилизатором и, как линейный регулятор, выдает выходное напряжение ниже входного.

Рис. 3. Понижающий импульсный стабилизатор использует катушку индуктивности в качестве временного накопителя энергии для эффективного создания выходного напряжения ниже входного.

Если вы начали планировать использование линейного регулятора (понижающего), но определили, что рассеиваемая мощность слишком велика, тогда вам следует использовать понижающий импульсный стабилизатор.

В то время как повышающий импульсный стабилизатор создает выходное напряжение, превышающее входное, и называется повышающим регулятором.

Импульсные регуляторы очень эффективны, даже при очень больших разностях между входом и выходом.

КПД равен выходной мощности, деленной на входную. Это соотношение того, какая часть мощности от входа поступает на выход.

КПД = Pout / Pin = (Vout x Iout) / (Vin x Iin) (Уравнение 3)

Уравнение эффективности то же самое для линейного регулятора.Однако, поскольку выходной ток равен входному току для линейного регулятора, уравнение 3 упрощается до простого:

КПД (линейный регулятор) = Vout / Vin (уравнение 4)

Например, предположим, что у вас на входе 24 В, а на выходе необходимо 3 В при токе нагрузки 1 А. Если бы это был линейный регулятор, он работал бы с чрезвычайно низким КПД, и почти вся мощность рассеивалась бы в виде тепла.

КПД линейного регулятора будет только 3 В / 24 В = 12.5%. Это означает, что только 12,5% мощности от входа поступает на выход. Остальные 87,5% передаваемой мощности теряются в виде тепла!

С другой стороны, импульсные регуляторы обычно имеют КПД 90% или больше независимо от разницы между входным и выходным напряжениями. Для импульсного регулятора около 90% мощности передается на выход и только 10% тратится впустую.

Только когда Vin и Vout близки друг к другу, линейный регулятор может сравниться по эффективности с импульсным регулятором.

Например, если у вас входное напряжение 3,6 В (напряжение литий-полимерной батареи), а на выходе выдается 3,3 В, то линейный регулятор будет иметь КПД 3,3 В / 3,6 В = 91,7%.

Повышающие регуляторы напряжения

В большинстве случаев выходное напряжение будет ниже входного. В этом случае следует использовать линейный регулятор или понижающий импульсный стабилизатор, как обсуждалось.

Однако есть и другие случаи, когда вам может потребоваться выходное напряжение выше входного.Например, если у вас аккумулятор 3,6 В и вам нужно питание 5 В.

Рис. 4. В повышающем импульсном стабилизаторе катушка индуктивности используется в качестве временного накопительного элемента для эффективного создания выходного напряжения, превышающего входное.

Многие новички в электронике удивляются, узнав, что можно генерировать более высокое напряжение из более низкого напряжения. Для выполнения этой функции необходим импульсный регулятор, называемый повышающим регулятором.

В отличие от линейных регуляторов выходной ток импульсного регулятора не равен входному току. Вместо этого вы должны смотреть на входную мощность, выходную мощность и эффективность.

Рассчитаем входной ток для повышающего регулятора. Предположим, что входное напряжение — 3 В, выходное напряжение — 5 В, выходной ток — 1 А, а энергоэффективность — 90% (как указано в таблице данных).

Чтобы выяснить это, нам нужно использовать небольшую базовую алгебру для уравнения 3, чтобы найти входную мощность:

Pin = Pout / КПД (Уравнение 5)

Мы знаем, что эффективность составляет 90% (или 0.90), и мы знаем, что выходная мощность составляет 5 В x 1 А = 5 Вт. Мы можем рассчитать, что входная мощность составляет 5 Вт / 0,9 = 5,56 Вт.

Поскольку входная мощность составляет 5,56 Вт, а выходная мощность 5 Вт, это означает, что регулятор рассеивает только 0,56 Вт.

Далее, поскольку мы знаем, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, это означает, что входной ток равен:

Входной ток = 5,56 Вт / Vin = 5,56 Вт / 3 В = 1,85 A (Уравнение 6)

Для повышающего регулятора входной ток всегда будет выше, чем выходной ток.С другой стороны, входной ток понижающего регулятора всегда будет меньше выходного тока.

Понижающие регуляторы давления

Допустим, вы получаете питание от двух последовательно соединенных батареек AA. При полной зарядке две батареи AA могут выдавать около 3,2 В, но когда они почти полностью разряжены, они выдают только 2,4 В.

В этом случае напряжение вашего источника питания может находиться в диапазоне от 2,4 В до 3,2 В.

Теперь предположим, что вам нужно выходное напряжение ровно 3 В независимо от состояния батарей. Когда батареи полностью заряжены (выходное напряжение 3,2 В), вам необходимо понизить напряжение батареи с 3,2 В до 3 В.

Однако, когда батареи близки к разряду (выходное напряжение 2,4 В), вам необходимо увеличить напряжение батареи с 2,4 В до 3 В.

В этом сценарии вы должны использовать так называемый повышающий-понижающий импульсный стабилизатор, который представляет собой просто комбинацию повышающего и понижающего регуляторов.

Для решения этой проблемы потенциально можно использовать отдельный понижающий регулятор, за которым следует повышающий регулятор (или наоборот).Но обычно лучше использовать одинарный понижающе-повышающий регулятор.

Импульсный регулятор + линейные регуляторы

Помните о трех преимуществах линейных регуляторов: дешевизна, простота и чистое выходное напряжение.

Может быть много случаев, когда вы хотите использовать линейный стабилизатор, потому что вам нужно чистое выходное напряжение, но вы не можете, потому что они тратят слишком много энергии.

В этой ситуации вы можете использовать импульсный регулятор, за которым следует линейный регулятор.

Допустим, у вас есть входное напряжение от литий-полимерной батареи, равное 3.6 В, но вам понадобится источник питания clean 5 В.

Для этого вы должны использовать повышающий регулятор, чтобы поднять напряжение до значения чуть выше целевого выходного напряжения. Например, вы можете использовать повышающий регулятор для повышения напряжения с 3,6 В до 5,5 В.

Затем вы следуете этому с помощью линейного регулятора, который берет 5,5 В и понижает его до 5 В, а также очищает шум и пульсации для получения чистого сигнала.

Это очень распространенный метод получения КПД импульсного регулятора и бесшумного выходного напряжения линейного регулятора.

Если вы выбрали эту опцию и специально пытаетесь отфильтровать коммутируемый шум, обязательно обратите внимание на коэффициент подавления подачи питания (PSRR) линейного регулятора.

PSSR данного линейного регулятора изменяется в зависимости от частоты. Следовательно, PSSR обычно представляется в виде графика, который показывает, как линейный регулятор подавляет любые пульсации на входном питании на различных частотах.

Рисунок 5 — Коэффициент отклонения блока питания (PSRR) в зависимости от частоты для TPS799 от Texas Instruments.

Чтобы использовать этот график, посмотрите на частоту переключения вашего импульсного стабилизатора (или любых других источников шума в вашей цепи). Затем посмотрите на PSSR линейного регулятора на этой конкретной частоте.

Затем вы можете рассчитать, какая часть шума импульсного регулятора будет удалена линейным регулятором.

Сводка

Чтобы выбрать регулятор напряжения для вашей системы, начните с предположения, что линейный регулятор может использоваться, если входное напряжение выше, чем выходное.

Только если при этом расходуется слишком много энергии, используйте понижающий импульсный стабилизатор.

Если вам нужно выходное напряжение выше, чем входное, используйте импульсный импульсный стабилизатор.

Если у вас есть ситуация, когда входное напряжение может быть выше или ниже выходного напряжения, вам нужен импульсный импульсный стабилизатор.

Наконец, если вам нужен чистый выход, но нужна энергоэффективность импульсного регулятора, используйте импульсный регулятор, а затем линейный регулятор для очистки напряжения питания.

Наконец, не забудьте скачать бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

PR8 PRO — Профессиональный регулятор мощности — ART Pro Audio

Обзор

PR8 PRO регулирует входящие линейные напряжения переменного тока, чтобы обеспечить чистое и стабильное питание вашей системы для оптимальной работы и увеличения срока службы. Выходное напряжение на любой из 8 задних розеток переменного тока поддерживается в пределах от 5 до 117 вольт, даже если входящая линия переменного тока изменяется от 97 до 137 вольт. Защита от отключения при экстремальном напряжении, расширенная фильтрация мощности и быстродействующий прерыватель защищают вашу систему, а ЖК-дисплей на передней панели обеспечивает постоянное считывание входных и выходных линейных напряжений. PR8 PRO разработан для защиты широкого спектра оборудования от чувствительных старинных ламповых усилителей до больших дисплеев или цифровых систем.Ваше оборудование будет звучать и работать лучше и жить дольше.

Основные характеристики

• Поддерживает 117 В переменного тока (+/- 5 В переменного тока), когда входное напряжение переменного тока составляет от 97 до 137 В переменного тока
• Светодиодная индикация выхода в режиме стабилизации
• Отключение при экстремальном напряжении, если на входе> 140 В или <80 В
• ЖК-дисплей с линейным входом и выходным напряжением переменного тока
• Некоммутируемый и нерегулируемый выход на передней панели
• Общая мощность 1800 Вт
• Главный выключатель на передней панели и выключатель питания
• Фильтрация электромагнитных и радиопомех
• Защита от скачков и скачков напряжения
• Очень низкая утечка паразитного магнитного поля
• Конструкция многоцелевого тороидального автоформера
• поддерживает выход 117 В переменного тока при изменении входного напряжения от 97 до 137 В переменного тока
• Отключается, если напряжение превышает <80 В или> 140 В
• Утечка слабого магнитного поля
• Расширенная защита от скачков напряжения и всплесков напряжения

Технические характеристики

ЖК-дисплей (напряжение сети переменного тока, ток)

15 ампер; Передняя установка

Цельностальное шасси

EMI и RFI

НЕТ

1800 Вт

Восемь выходов сзади, 1 выход спереди

Передняя панель

11. 5 ″ x 19 ″ x 1,75 ″ (292 x 482 x 165 мм)

4,4 кг (9,7 фунта)

Арт. Стабилизатор напряжения 20А | Furman Power

Описание

Более 40 лет компания Furman является пионером в разработке продуктов питания переменного тока для самых требовательных профессионалов в области аудио, видео и телевещания. Хотя потребность в стабильном питании переменного тока не является чем-то новым, технология SPR-20i и ее уникальная реализация являются революционными.

Чрезвычайные требования к переменному току, встречающиеся в профессиональной аудио / видео арене, потребовали технологических разработок, намного превосходящих типичные продукты питания для домашних кинотеатров / аудиофильских фильмов.В студиях поломка живого звука и вещательного оборудования может быть недопустимой. Отказ оборудования или его плохая работа обходятся дорого. То же самое и с домашним кинотеатром сегодня. Наши технологии, основанные на решениях, обширный инженерный опыт и высокое качество сборки ответили на вызов сегодняшних поврежденных линий электропередач и привели к созданию SPR-20i.

В связи с сегодняшним хаотическим спросом на многие муниципальные энергетические объекты, напряжение переменного тока часто снижается, чтобы его можно было растянуть для удовлетворения избыточного спроса.Это оказывает существенное негативное влияние на производительность вашей системы. Усилители мощности и активные сабвуферы не могут полностью раскрыть свой потенциал. Даже относительно небольшое снижение напряжения переменного тока может нейтрализовать звуковое воздействие более совершенной системы. Не менее проблематичны и чрезмерно высокие линейные напряжения. Избыточное напряжение может привести к перегреву чувствительных цепей; снижают срок службы и надежность ламп проектора и вызывают отключение многих цепей. Благодаря эксклюзивной технологии стабилизации переменного напряжения SPR-20i, усилители мощности с ограниченным напряжением и активные сабвуферы работают на полную мощность. С SPR-20i домашние кинотеатры питаются постоянным, практически неизменным напряжением переменного тока. Это гарантирует безотказное обслуживание в любой среде, страдающей нестабильным питанием.

SPR-20i практически не выделяет тепла и не производит механических шумов, характерных для низкокачественных регуляторов напряжения переменного тока. Кроме того, наша полупроводниковая технология с переходом через ноль обеспечивает практически неограниченную подачу пикового тока, избегая ограничения тока, характерного для регуляторов переменного тока, которые преобразуют мощность переменного тока в постоянный ток, а затем синтезируют выходной сигнал переменного тока.

Помимо нестабильного напряжения, современные линии переменного тока подвержены высокочастотным и электромагнитным помехам. При подключении чувствительного оборудования к домашней розетке шум переменного тока проникает в критически важные компоненты вашей системы. Этот шум переменного тока маскирует сигналы низкого уровня и снижает производительность. Этот низкоуровневый контент имеет решающее значение, потому что он передает важные гармоники и атмосферу звука, а также глубину и четкость видео. Благодаря эксклюзивной технологии линейной фильтрации Furman телевизоры, проекторы, DVD-плееры и процессоры получают питание переменного тока с линейной фильтрацией.Это значительно снижает уровень шума, обеспечивая стабильную пиковую работу ваших критически важных компонентов независимо от условий нагрузки и времени суток.

Еще одна важная особенность — наша эксклюзивная серия многоступенчатой ​​защиты. Это подавление перенапряжения, практически не требующее обслуживания, обеспечивает максимально возможный уровень защиты от переменного тока, не жертвуя собой при серьезном нарушении перенапряжения. Ни поврежденного оборудования, ни сервисных звонков, ни простоев. Кроме того, наши цифровые измерители входного напряжения переменного тока, выходного напряжения и тока позволяют точно измерять как линию переменного тока, так и текущую нагрузку. Эти счетчики являются ценным активом при мониторинге систем, подключенных к потенциально плохим электросетям.

При использовании SPR-20i вы заметите гораздо более четкие, потрясающе сфокусированные звуковые и визуальные изображения из вашей системы. Видео-презентация будет четкой, а цвета — реалистичными, с большей четкостью серого и черного, а также заметно улучшенной глубиной и четкостью. При установке с IT-Reference 15i или 20i домашние кинотеатры получат двойные преимущества Furman’s Stable Power и Discrete Symmetrical AC Filtering, обеспечивая бескомпромиссную производительность — без аналогов.

Выбор подходящего регулятора мощности для конструкций с батарейным питанием

Я сталкивался с этой проблемой несколько раз в своих хобби-проектах, но мне уже надоело делать обоснованные предположения.

Я часто занимаюсь проектами микроконтроллеров и часто хочу, чтобы они питались от липо-ячейки 3,7 В, заряжаемой стандартным кабелем Microusb. Это означает, что входное напряжение может варьироваться от 3,0 В до 5,0 В, а мне нужно выходное напряжение 3,3 В. Что делать с тысячами регуляторов напряжения, которые соответствуют этим требованиям?

Я могу спрашивать о каждом конкретном проекте, чтобы найти подходящих регулирующих органов, но я предпочел бы иметь знания, которые мне нужны, чтобы найти нужных регулирующих органов самостоятельно.Я буду добавлять правки, когда найду больше ответов.

Редактировать1 :

Импульсный регулятор

— это единственный выбор, если вам нужно повысить напряжение. Они наиболее эффективны и выделяют меньше тепла, чем LDO, но производят шум, непригодный для использования с RF-приложениями, включая Bluetooth и Wi-Fi, и, как правило, более дорогие. Если вы хотите использовать это с RF, вам потребуется соответствующая фильтрация.

LDO — LDO дешевы и предпочтительны для ВЧ приложений, потому что LDO не создают помех EMI.Как правило, они имеют низкий КПД, но КПД зависит от соотношения входного и выходного напряжения.