alexxlab Стабилизатор напряжения понижающий — Стабилизатор напряжения 220В для дома
Стабилизатор напряжения понижающий.
Предлагаем популярные в России высококачественные сетевые устройства малой и высокой мощности для 1-фазной (1ф), а также 3-х фазной (3ф) электросети переменного тока и напряжения. Основное назначение данных российских электроприборов серии Энергия и Вольтрон — это круглосуточная защита техники от аварийных ситуаций в электрической сети 220 и 380 Вольт. Установка нашего современного оборудования поможет избежать поломки и различных сбоев подключённой аппаратуры, которые могут быть вызваны в результате появления электромагнитных помех, сильно повышенного или пониженного электропитания, короткого замыкания, кратковременных перегрузок. Благодаря использованию новых перспективных технологий все линейки надёжно работают с минимальным энергопотреблением (энергосберегающие). Сфера применения: квартиры, дома, офисы, дачи и т.д. Купить стабилизатор напряжения понижающий можно в Москве, СПБ и регионах. К профессиональным самым лучшим по надёжности, долговечности и качеству относятся электронные и электромеханические (гибридные, сервоприводные) модели. Данные сетевые приборы российской сборки отличаются безразрывной плавной регулировкой, высоким значением поддержания точности на выходе (±3%, ±5%), располагают большим диапазоном, хорошей скоростью и постоянным обеспечением идеальной формы синусоидального сигнала. Благодаря таким универсальным техническим характеристикам и отличительным возможностям, они безотказно и высокоэффективно функционируют с распространённой в быту простой, а также специализированной промышленной или медицинской аппаратурой. Помимо этого есть и обычные релейные (ступенчатые) недорогие отечественные устройства.
Все понижающие стабилизаторы напряжения 220В (однофазные) и 380В (трёхфазные) оснащены высококачественной многоуровневой защитой. В полностью автоматических электромеханических, электронных (тиристорных) и комбинированных (гибридных) электротехнических приборах полностью отсутствует мерцание лампочек, что доставляет небольшой дискомфорт, особенно в офисных и жилых бытовых помещениях.
Стабилизатор напряжения понижающий — Москва, СПБ, купить.
Стабилизатор напряжения 220В для дома
Понижающий преобразователь напряжения на LM2596 из каменного века.
Как то достаточно давно, сидя в машине подумал: а чего это я заряжаю телефон через автомобильную зарядку установленную в прикуриватель. Ведь «потребителей» частенько бывает больше чем один, да и само гнездо прикуривателя бывает нужно. Сформулировал для себя ТЗ: питание от борт сети через замок зажигания, выход 1-3 порта с током до 2 А. Поискал в интернете и оказалось что я далеко не первый кто озадачился проблемой и даже больше, реализовал ее различными способами.
Для моей затеи нужен был стабилизатор напряжения выдерживающий напряжение бортсети и ток до 3 Ампер. Вариантов реализации на самом деле огромное количество, но все они сводятся к одному — импульсный понижающий преобразователь. Почему импульсный? Потому что у него КПД максимальное. Значить греться в преобразователе будет почти нечему и размеры обещают быть минимальные.
Понижающий преобразователь предназначен для понижения напряжения до необходимого значения. Его силовые элементы работают в ключевом режиме, по простому включено, выключено. В момент включения энергию накапливает дроссель (катушка на сердечнике), в момент когда силовой элемент (транзистор) выключен, дроссель отдает запасенную энергию в нагрузку. Как только дроссель отдаст накопленную энергию, схема контролирующая напряжение на выходе включит силовой транзистор и процесс повторится.
Доставка и внешний вид:
Плата пришла в запаянном антистатическом пакете, вроде бы повод порадоваться, но на самом деле должно восприниматься как должное.
Качество пайки вполне себе качественное. Незначительные остатки флюса на обратной стороне на выводах переменного резистора.
Переменный резистор многооборотный, позволяет точно подстроить выходное напряжение.
Предусмотрены крепежные отверстия под винт. Клеммников нет, провода придется паять. Под микросхемой есть отверстия с металлизацией для дополнительного отвода тепла на обратную сторону платы.
Схема проще не придумаешь:
Единственное что у китайцев номиналы дросселя и конденсаторов отличаются. Видимо что есть в наличии, то и ставят. Хуже уже не будет.
На скорую руку припаял провода и нагрузку в виде проволочного резистора 2.2 Ом 10 Вт.
Для ограничения температуры при нагреве, резистор был помещен в воду.
На стенде доступно 2 напряжения 12 Вольт и 24 Вольта. Первое включение провел без нагрузки, для регулировки выходного напряжения, что бы не сжечь платку. Вращая винт резистора добился напряжения на выходе 5 Вольт.
Нагрузка 2.2 Ом подразумевает ток 2.27 Ампера, что укладывается в заявленные параметры платы а так же мои потребности с небольшим запасом, поскольку я раздобыл сдвоенный разъем с дохлой материнской платы:
По 1 Амперу на порт.
10 минут работы под нагрузкой и дикий нагрев платы. Фото с тепловизора:
Обратная сторона
Ахтунг! Температура 115С на диоде и 110С на микросхеме (сторона с деталями) и 105С с обратной стороны.
Предельная температура для диода 150С, а для микросхемы 125С.
Ни в какие ворота не лезет. Начал думать что это брак или в очередной раз я купил дешевую фигню.
Скачал документацию на микросхему и обнаружил что этот преобразователь имеет паршивенькое КПД. А все из за того, что ключевой элемент в микросхеме является биполярный транзистор, который хоть и работает в ключевом режиме, но в открытом состоянии на нем падает прилично напряжения.
Повышение напряжения на входе до 24 Вольт ситуацию никак не спасло.
График КПД при токе нагрузки 3 Ампера:
Т.е. примерно 80% при питании от борт сети автомобиля. Выходит на микросхеме выделяется при нагрузке 3 А 3.7Вт, а еще греется диод и дроссель. Заменой диода (3А 40В) и дросселя (47мкГн), а так же установкой радиатора можно было бы решить проблему с нагревом, но к чему такие усилия, когда за те же деньги можно взять более продвинутые понижающие преобразователи.
Попытка исправить ситуацию:
На обратную сторону через теплопроводящий клей установил небольшой радиатор (распилил радиатор от неисправного блока питания компьютера).
Диод планировал брать там же из «дежурки» С дросселем немного сложнее, но думаю нашел бы с большим сечением обмоточного провода (учитывая приличный разброс индуктивности в применяемых китайцами дросселях).
Попытка включить и снять показания температуры привела к краху =) я перепутал полярность и спалил микросхему. Сэкономил, надо было штук 5 сразу брать на эксперименты, а лучше не брать вообще, ибо этот древний преобразователь настолько ужасен что в конкретно примененной плате даже 50% характеристик не отрабатывает.
Hint
На просторах сети обнаружил нетипичное применение микросхеме LM2596 — усилитель звуковой частоты класса D! Сигнал подается на вход 4 «обратная связь». Частота дискредитации правда не более 150 КГц. Ни в коем случае не призыв собирать усилитель на базе преобразователя, для этого есть специализированные микросхемы =)
Выводы неутешительны:
Плата в том виде, как она продается не оправдывает заявленные характеристики. Причем зависимость от тока нагрузки гораздо выше, чем от изменения напряжения. Доработать плату можно заменив половину деталей, но какой в этом смысл?
Все же если вам нужен понижающий преобразователь (step down), то лучшей альтернативой обозреваемому были бы преобразователи собранные на микросхемах: LM2577, LM 2678 и аналогичных. На данный момент я уже заказал несколько плат на пробу заявлено КПД 96%
Ps Пока я очень долго планировал поставить на машину USB порты, моя машинка поехала в утиль 🙁но все же нашлось еще место, куда бы я поставил преобразователь взамен трансформаторному блоку питания:
Это раз (там где креативненькая надпись):
Это два (передняя планка с USB портами выдрана из старого корпуса от компьютера стенки «корпуса» оргстекло):
Специально к обзору изготовил нагрузочную платку для проверки зарядных устройств (даже спалил парочку, не выдержали нагрузки). на али такие продаются готовые около 1$:
Котэ:
Как превратить понижающий стабилизатор в повышающе-понижающий
В практике применения понижающих стабилизаторов в питающих устройствах бывают ситуации, когда питающее напряжение преобразователя имеет провалы или может понижаться ниже уровня выходного напряжения.
Руководствуясь рекомендациями приложения AN1723 STMicroelectornics, попробуем превратить понижающий стабилизатор напряжения на микросхеме L5973AD в повышающе-понижающий. Для этого мы доработаем оценочную плату L5973AD EVAL производства STMicroelectronics, принципиальная схема которой приведена на рис.1. Как должна выглядеть принципиальная схема преобразователя после модификации можно увидеть на рис. 2. Для доработки платы нам понадобятся всего два дополнительных элемента: полевой транзистор и диод. Кроме того, значение выходного напряжения платы L5973AD EVAL равно 3,3В, что не очень удобно для экспериментов, поэтому я предлагаю увеличить выходное напряжение до 5В. Для этого номинал резистора R1 в делителе напряжения обратной связи увеличиваем до 10кОм. В результате такой замены у меня получилось на выходе преобразователя 4.96В, что, тоже годится.
О подборе замен.
Рис. 1. Схема оценочной платы L5973AD EVA
Рис.2 Схема повышающе-понижающего стабилизатора
Как это работает?
Обратимся к схеме принципиальной преобразователя. Что получилось в итоге? В правая часть принципиальной схемы как была, так и осталась понижающим преобразователем, а левая часть схемы у нас приобрела вид классического повышающего преобразователя, ключ M1 которого управляется ШИМ с вывода 1 (OUT) микросхемы L5972AD. В начале рабочего цикла преобразователя внутренний ключ микросхемы и транзистор M1 открываются одновременно. В этот момент начинает протекать ток через индуктивность L1. Происходит накопление энергии. После закрывания ключей, начинается цикл передачи энергии накопленной в индуктивности, ток начинает протекать через диоды D1 и D2 в нагрузку. В целом работа схемы практически не отличается от действия классического повышающего преобразователя, с одной лишь разницей, что напряжение на выходе стабилизатора может опускаться ниже напряжения питания. Напомню, в классике жанра такие вольности не дозволяются, напряжение на выходе у повышающего преобразователя ниже входного быть не может, это определено схемой.Выходное напряжение нашего преобразователя рассчитывается по формуле:
Uвых = Uвх * (1-D) / D
где:D – это коэффициент заполнения, ton/T, длительность временного промежутка, в течении которого ключ ( в данном преобразователе оба ключа) находится в открытом состоянии на период частоты преобразования стабилизатора.
При значении коэффициента заполнения <0,5 преобразователь будет работать как повышающий, при более высоких значения коэффициента заполнения, как понижающий. Более подробно принцип работы описывается в приложении AN1723. Работа преобразователей, построенных по различным топологиям, а также необходимые для расчета формулы описаны здесь.
Что получилось?
После доработки плата L5973AD EVAL приобрела вид:Рис. 3 Внешний вид доработанной платы стабилизатора
Iвых. = I max * (1-D)
Т.е, например, при значении входного напряжения 3,5В, а выходном напряжении 5В, стабилизатор на микросхеме L5973AD, у которой максимальное значение выходного тока 1,5А, такой преобразователь может выдать ток:
Iвых. Макс.=1,5*0,41~0.6А
Измеренное КПД преобразователя составляет порядка 72% при входном напряжении 3,5В и повышается при увеличении входного напряжения, максимальное значение получилось порядка 80%.
Сфера применения — миниатюрные DC-DC преобразователи с широким диапазоном входного напряжения
За получением более подробной информации вы можете обратиться:
Бренд-менеджер:Сорокин Сергей
E-mail: [email protected]
Телефон: +7 (343) 245-68-20
Задать вопрос техподдержке вы можете на нашем форуме.
«ПРОМЭЛЕКТРОНИКА» — официальный прямой дистрибьютор компании «STMicroelectronics»
Последние новости — одной лентой:
Универсальный понижающий преобразователь напряжения на LM2596
Универсальный понижающий преобразователь напряжения.
Характеристики от продавца:
- Питание: 5-35 В (постоянный ток)
- Выход: 1,25-30 В, 3 А (макс. 4 А). Для >15 Вт требуется теплоотвод
- Постоянное напряжение (CV)
- Постоянный ток (CC)
- Индикация заряда
- Предполагаемые способы использования:
- Преобразователь для питания LED-ламп, лент и т.п.
- Зарядка аккумуляторов постоянным током и напряжением с минимальной индикацией
Плата очень маленькая, влазит в спичечный коробок.
Моё применение — простейший маломощный лабораторный источник питания. Ещё одну такую плату поставил в зарядное устройство для литиевой батареи шуруповёрта.
Постоянное напряжение
Устройство здесь выполняет роль стабилизатора напряжения. На вход подаём постоянное напряжение от 5 В до 35 В. На выходе получаем заранее заданное постоянное напряжение от 1,25 В до 30 В. Выходное напряжение не может быть больше входного минус некоторая разница (не менее 2 В). Таким образом, после настройки выходного напряжения Uвых входное Uвх можно менять в диапазоне примерно от Uвх + 2В до 35 В, выходное напряжение при этом не будет меняться.
Постоянный ток
Пока ток не превышает заданного максимума, плата выполняет роль стабилизатора напряжения, ток может быть любым, напряжение — строго заданное. Как только ток пытается подняться выше заданного, начинает работать ограничитель тока. Ток на выходе при этом фиксированный, а напряжение понижается так, чтобы через нагрузку шёл этот максимальный ток. Получается, что ни напряжение, ни ток не выходят за установленные значения.
Например, если по расчетам выходит, что выходной ток должен быть 2,5 А (например, при заданном Uвых = 5 В и нагрузке 2 Ом), но плата настроена на ограничение в 2 А, то на выходе будет 2 А и напряжение 4 В (2 А * 2 Ом), при этом будет гореть индикатор ограничения. Если теперь повысить сопротивление нагрузки до 3 Ом, то ток в выходной цепи будет идти без ограничений, напряжение снижаться не будет и будет равно заданному, ток — 5 В / 3 Ом = 1,67 А.
Индикатор при этом гореть не будет.
Для настройки максимального тока закорачиваем выход через мультиметр в режиме измерения большого тока, обычно с пределом 10 А, которого здесь хватит с запасом, и выставляем крутилкой на плате необходимый ток.
Индикация заряда
Этот индикатор горит, пока ток в выходной цепи выше заданного значения. Это значение устанавливается относительно максимального тока. При установке большого максимального тока (единицы ампер) может не получиться установить индикацию на маленький ток (единицы и десятки мА).
Опыт применения
Попробовал в качестве CC+CV зарядки для лития. Фазы CC и CV работают, но процесс зарядки в конце не останавливается, просто гаснет индикатор заряда. Если конечное напряжение заряда устанавливать заведомо ниже предела для аккумулятора, ничего плохого в такой зарядке нет, в конце ток просто очень медленно упадёт до нуля. Но лучше реализовать на выходе ключ (реле, полевик), который бы отрубал зарядку при падении тока до заданного значения.
Еще один вариант использования — обычное зарядное устройство, за счёт низких пульсаций на выходе, довольно качественное. У меня как раз начал шалить зарядник от планшета — тач при зарядке плохо работал. Эксперимент оказался удачным, пульсации на выходе достаточно низкие, при зарядке планшета от этой платы всё работало нормально. Конечно, придётся также иметь/купить адаптер питания с выходным напряжением примерно от 9 В до 35 В и мощностью выше необходимой для заряжаемого устройства с запасом.
При большом токе и низком напряжении на выходе этот преобразователь сильно греется. Хотя по инструкции радиатор нужно ставить от 15 Вт, проблемы начинаются гораздо раньше, например уже при 5 В / 1 А. Можно поставить радиатор, но он должен быть с выпуклой контактной площадкой, возможно придётся его стачивать. Никаких приспособлений для крепления радиатора на плате нет, придётся клеить на теплопроводящий клей.
С другой стороны, при использовании в зарядном для шуруповёрта я настраивал выход на 16,4 В и 0,5 А, то есть на выходе была даже большая мощность, но плата была чуть тёплая.
КПД и, соответственно, нагрев сильно зависят от выходного напряжения (больше — лучше) и относительно слабо от входного, подробности можно увидеть в даташите на LM2596 на графике Efficiency.
Возьмём для примера входное напряжение 25 В и пару выходных — 5 В и 20 В. КПД в первом случае будет около 82%, во втором — около 94%. При одинаковой мощности на выходе (например, 10 Вт) при 5 В будет рассеиваться 1,8 Вт, а при 20 В — всего 0,6 Вт. Если взять одинаковый ток на выходе, например 1 А, то разница будет с другим знаком (0,9 Вт и 1,2 Вт для 5 В и 20 В соответственно), но совсем небольшой. При этом снижение входного напряжения для входного 5 В не даст улучшения КПД (пик эффективности для этого напряжения как раз около 25 В).
Отсюда делаем вывод, что этот преобразователь больше подходит для относительно высоких выходных напряжений (например, 12 В и выше), но при этом он не способен работать с большими токами, т.к. рассеиваемая мощность, а значит и нагрев, при увеличении выходного тока будет всё равно только расти, а охлаждение платы минимально. Реальные характеристики преобразователя наверняка хуже заявленных, но для первичной оценки хватит и этой информации.
Есть множество вариантов исполнения этой платы, этот — самый маломощный. Есть с радиатором, залитые компаундом, с мощными дросселем и другими элементами. Но эти варианты намного дороже, и их использование оправдано только в случае работы в оптимальных, но максимальных, режимах преобразователя, иначе лучше подыскать решение на другой схеме. Нет смысла затыкать проблему КПД охлаждением, когда для необходимого выходного напряжения есть решения с лучшим КПД.
В целом, это интересное устройство. Можно использовать как простейший лабораторный источник питания за 2-3 доллара. Для тестов использовал БП от старого принтера, выдающего 33 В и 400 мА (13,2 Вт). С ним удавалось получить такие значения, как 12 В / 1 А, 5 В / 3 А (перегруз источника, но он справился). Максимальный ток видел 6,5 А на 1,25 В, скорее всего из-за ошибки в схеме (заявленный предел — 4 А), плата при этом сильно грелась.
В таких платах может использоваться поддельный LM2596, либо перебитый LM2576, поэтому заявленным характеристикам сильно доверять не стоит.
Найти в магазинах можно по фразе «lm2596 cc cv», отбирать по картинкам с двумя или тремя (как у меня) потенциометрами. Цена — 2-3 доллара за штуку без претензий на оригинальность деталей.
Дополнение от 7 марта 2016 г.
Внёс несколько уточнений, добавил график напряжения/тока на выходе, убрал сомнительную информацию.
Дополнение от 4 апреля 2016 г.
График КПД (Efficiency) из даташита на LM2596:
Название продукта | Преобразователь постоянного тока 12 В до 9 в 2A 18 Вт | |
Бренд | Fulree | |
Номер модели | F23J9V2A1S/F23J9V2A4S/F23J9V2A1L | |
Свойства модуля | Неизолированный понижающий модуль | |
Выпрямление | Синхронное выпрямление | |
Вход (длина кабеля: 12 см) | ||
Входное напряжение | 12 В постоянного тока | |
ВходДиапазон напряжения | 12-20 В постоянного тока | |
Выход (длина кабеля: 12 см) | ||
Выходное напряжение | 9 В постоянного тока | |
Выходной ток | 2А макс | |
Выходная мощность | Макс 18 Вт | |
Эффективность преобразования | > 93% | |
Регулирование напряжения | ± 1% | |
Регулирование нагрузки | ± 2% | |
Пульсация (испытание на полную нагрузку) | <150 мВ | |
Ток без нагрузки | <100 мА | |
Рабочая температура | -40 ~ 80 ℃ (если температура окружающей среды превышает 40 ° c, более низкое энергопотребление, или для увеличения рассеивания тепла) | |
Водонепроницаемость | IP68 | |
Защита | Защита от перегрузки по току | |
Защита от перегрева Защита от короткого замыкания | ||
Мгновенное поглощение высокого напряжения защиты Водонепроницаемый IP68 дизайн, защита от ударов | ||
Применение | Мобильный телефон, автомобильная камера, электродвигатели, грузовики, тележки для гольфа, погрузчики, солнечные панели Электросистемы, водяные насосы, промышленное оборудование и так далее. | |
Материал корпуса | АБС-пластик | |
Размер продукта (Д x Ш x В) | 46*27*14 мм/37*26*22 мм/35*24,5*20 мм | |
Вес продукта | 45 г | |
Гарантия | 12 месяцев | |
Способ охлаждения | Свободная конвекция воздуха | |
Обслуживание OEM и ODM | Приемлемо | |
Компактный понижающий импульсный стабилизатор LTC3310S на 5 В 10 А от Analog Devices
Analog Devices представила монолитный синхронный понижающий стабилизатор LTC3310S, выполненный по технологии Silent Switcher®2 и позволяющий уменьшить электромагнитное излучение, выделение тепла, а также занимаемое место на плате .Многофазный режим работы LTC3310S позволяет параллельно подключать несколько устройств для обеспечения большего тока. Стабилизатор имеет диапазон входного напряжения от 2,25 В до 5,5 В и подходит для различных применений, включая устройства с промежуточными шинами питания.
Минимальное время включения 35 нс позволяет создать источник питания с высоким коэффициентом понижения. Малое падение напряжения достигается благодаря 100% коэффициенту заполнения. Рабочая частота может быть синхронизирована с внешним источником тактовых импульсов. Погрешность изменения опорного напряжения в диапазоне рабочих температур от –40 °C до 125 °C составляет ±1%.
Выходные напряжения стабилизатора находятся в диапазоне от 0,5 В до 5,5 В и могут быть использованы в высокоточных низковольтных схемах питания DSP-процессоров, FPGA, графических процессоров и специализированных микросхем (ASIC).
Особенности и преимущества:
- Архитектура Silent Switcher®2 обеспечивает сверхнизкие уровни электромагнитного излучения
- Диапазон входного напряжения: от 2,25 В до 5,5 В
- Диапазон выходного напряжения: от 0,5 В до 5.
5В - Погрешность изменения выходного напряжения: ±1%
- Высокий КПД
- Широкая полоса частот, быстрые переходные процессы
- Программируемая частота до 5 МГц
- Минимальное время включения 35 нс
- Ток покоя: 1 мкА
- Плавный пуск с отслеживанием напряжения
- Отключение при высокой температуре кристалла
- Возможность подключения устройств параллельно
- Корпус LQFN с размерами 3 мм × 3 мм
5В- Телекоммуникационные системы
- Схемы питания для DSP-процессоров, ПЛИС FPGA, графических процессоров, ASIC
- Автомобильная электроника
Alex_EXE » Импульсный понижающий стабилизатор mp1584
Один из самых первых узлов большинства схем является преобразователь напряжения. Рассмотрим понижающие dc-dc преобразователи. В них входят линейные и импульсные стабилизаторы. Линейные, например LM317, 78L05… оптимальны при небольшом падении напряжения на них и небольшом протекаемом токе, т.к. весь излишек напряжения они рассеивают в виде тепла или когда требуется низкий уровень пульсаций. Если через стабилизатор протекает большой ток, то эффективнее будет использовать импульсный преобразователь. Схемы импульсных преобразователей сложнее и более требовательны к трассировке и компонентам. К импульсным понижающим dc-dc преобразователем относятся LM2596, его младший брат LM2594 на 0.5А, mc34063, TL434 и многие другие. В том числе относительно новый mp1584, по сравнению с выше перечисленными, который можно встретить на большинстве китайских dc-dc понижающих стабилизаторов.
DC_DC step-down mp1584en
В статье рассмотрен распространённый импульсный понижающий стабилизатор напряжения mp1584 от известной китайской компании MPS.
Характеристики:
| Тип | импульсный понижающий (step-down) |
| Ток | до 3А |
| Предельный ток | 4-4.7А |
| Входное напряжение | 4.5-28V |
| Выходное напряжение | 0.8-25V |
| Падение напряжения | 3V |
| Частота | до 1,5МГц |
| Ток покоя | 125мкА |
| Максимальная рассеиваемая мощность | 2,5Вт (при +25°С) |
| Рабочий диапазон температур | -25 — +125°С |
| Максимальная рабочая температура | +150°С |
| Максимальная температура пайки | +260°С |
Плавный пуск, высокая эффективность (до 80-88%), защита от перегрева, от падения напряжения ниже рабочего (блокировка работы Vin<3В). Нет защиты от КЗ и защита от превышения тока почти отсутствует.
Схема
Сборочный рисунок
Перечень компонентов
| Компонент | Позиционное обозначение | Корпус | Количество |
| Микросхемы | |||
| MP1584EN | U1 | SO-8 | 1 |
| Полупроводники | |||
| SS24 | D1 | SMB | 1 |
| Резисторы | |||
| 100K | R1, R4, R6 | 0603 | 3 |
| 200K | R2 | 0603 | 1 |
| 43K | R3 | 0603 | 1 |
| 8.2K | R5 | 0603 | 1 |
| Конденсаторы | |||
| 0.1uF | C1, C5 | 0603 | 2 |
| 150pF | C4 | 0603 | 1 |
| 10uF 50V | C2 | 1206 | 1 |
| 22uF 10V | C3 | 1210 | 1 |
| Индуктивность | |||
| 15uH | L1 | 2220 | 1 |
| Соединители | |||
| PLS2 | X1, X2 | PLS2 | 2 |
Индуктивность L1 — LQH55DN150M03L 15мкГн с током 1.
(10/11)~=485KHz
Расчёт индуктивности
Uout — выходное напряжение
Uin — входное напряжение
fs — частота, на которой работает микросхема
dIl — дельта пикового тока на катушке индуктивности
Увеличение индуктивности ведет к уменьшению пульсаций по выходу стабилизатора, но приводит к увеличению её размеров, увеличению сопротивления и потерь на ней. Рекомендуется выбирать индуктивность с 30% запасом по току.
Упростим формулу, в пользу увеличения индуктивности:
Например:
Uout=5V, fs=485KHz L1=5/(485KHz *2A)~=5.1uH
Получаем 5.1мкГн — рекомендуемое значение. Его можно округлить в меньшую сторону до 4.7мкГн, что может привести к небольшому увеличению пульсаций или в большую до 6.8-15мкГн.
Входной конденсатор
Рекомендуется с низким ESR. Если применен электролит или танталовый рекомендуется установка керамики в 0.1мкФ, как можно ближе к выводом микросхемы.
Выходной конденсатор
Выходной конденсатор должен быть с низким ESR.
Так же рекомендуется установка по выходу керамики на 0.1мкФ.
Оценить уровень пульсаций можно по следующей формуле:
dUout — изменение напряжение на выходе, пульсации
Uout — выходное напряжение
Uin — входное напряжение
fs — рабочая частота микросхемы
L — индуктивность катушки
Cout — емкость выходного конденсатора
Resr — ESR выходного конденсатора
Например:
Uin=12V, Uout=5V, fs=485KHz, L=15uH, Cout=47uF, ESR(Cout)=0.1Om
dUout=5V/(485KHz*15uH)*(1-5V/12V)*(0.2Om+1/(8*485KHz*47uF))~=0.08V
Если компоненты похуже: L=4.7uH, Cout=4.7uF, ESR(Cout)=0.3Om
dUout=5V/(485KHz*4.7uH)*(1-5V/12V)*(0.3Om+1/(8*485KHz*4.7uF))~=0.45V
пульсации станут существенными, вырастут в 5 раз и составят 9% от 5В.
Выбор выходного диода
Для уменьшение потерь рекомендуется использование диода Шоттки. Максимальное обратное напряжение диода должно с запасом: в 1.5-2 раза превышать максимальное входное напряжение. Максимальный ток диода должен превышать максимальный ток нагрузки.
Расчёт компенсационной цепочки
C3 — емкость выходного конденсатора
fc — crossover frequency
Gea=60мкА/В — погрешность усилителя
Gcs=9А/В — чувствительность
Uout — выходное напряжени
Ufb=0.8V — напряжение обратной связи
Например:
R6=(2*3.14*47uF*30KHz)/(60uA/V*9A/V)*5V/0.8V=102486Om~=100KOm
Например:
C4>1/(2*3.14*100K*30KHz)=212pF~=220pF
Рекомендации из даташита:
| Vout (V) | L (uH) | C3 (uF) | R6 (kOm) | C4 (pF) |
| 1.8 | 4.7 | 47 | 105 | 100 |
| 2.5 | 4.7-6.8 | 22 | 54.9 | 220 |
| 3.3 | 6.8-10 | 22 | 68.1 | 220 |
| 5 | 15-22 | 22 | 100 | 150 |
| 12 | 22-33 | 22 | 147 | 150 |
Для более точного расчёта на сайте производителя есть on-line калькулятор.
Испытания
Спроектированная в статье схема рассчитана на максимальный ток нагрузки до 1 ампера.
| U in, В | I in, А | P in, Вт | U out, В | I out, А | Pout, Вт | КПД, % | Пульсации, мВ |
| 12 | 0.263 | 3.156 | 4.9 | 0. 57 | 2.793 | 88.5 | 30 |
| 11.9 | 0.459 | 5.4621 | 4.82 | 1 | 4.82 | 88.2 | 32 |
mp1584 выход 5В 1А, плата из статьи
Изначально в схеме был применен танталовый конденсатор 47мкФ с ESR ~0.6Ом, пульсации достигали 112мВ. После замены на керамику 22мкФ с ESR ~0.16Ом пульсации снизились до 32мВ. Возможно ESR был замерен некорректно! Измерения проводились транзистор тестером. Возможно позже попробую разобраться и оптимизировать.
Дополнительно была испытана плата готового китайского dc-dc. Сначала плата проверялась при входном напряжении 12В и выходном 5В. Ток покоя у платы составил 230мкА.
| U in, В | I in, А | P in, Вт | U out, В | I out, А | Pout, Вт | КПД, % | Пульсации, мВ | Температура, °С |
| 11.9 | 0.27 | 3.213 | 4.9 | 0.57 | 2.793 | 86.9 | 24 | 36 |
| 11.9 | 0.473 | 5.6287 | 4.82 | 1 | 4.82 | 85.6 | 28 | 45 |
| 11.85 | 1 | 11.85 | 4.82 | 2.06 | 9.9292 | 83.8 | 42 | 76 |
| 11.8 | 1.27 | 14.986 | 4.82 | 2.55 | 12.291 | 82.0 | 48 | 110 |
| 11.75 | 1.533 | 18.0128 | 4.82 | 3.05 | 14.701 | 81.6 | 56 | 110 |
| 12 | 1.1 | 1.3 | 4.7 | 110 |
mp1584 вход 12В выход 5В 2А, китайский dc-dc
Измерение температуры проводились пирометром, поэтому измеренная температура может быть как ИМС, так и китайского диода SS34 в корпусе SMA (обычно в таком корпусе нормальные диоды выпускаются на 1А).
Плата испытывалась без дополнительного охлаждения, без дополнительного радиатора и активного охлаждения. Плата висела на проводах, температура в помещении 26°С. Если применить качественное охлаждения, то от драйвера можно будет добиться стабильной работы на более больших токах.
Когда плата разогрелась до 110°С она начала отключаться: при выходном токе 2.55А отключалась каждые ~10 сек на 1 сек, при токе в 3.05А отключатся стала каждую секунду на пол секунды.
Испытания показали, что ИМС не снабжена защитой от КЗ. При повышении тока выше 3А микросхема стала отключаться все с большей частотой. При достижении тока нагрузки в 4.7А микросхема перестала перезапускаться и на выходе установилось стабильное напряжение в 1.3В, после чего начал падать ток и напряжение. При дальнейшем повышении тока нагрузки до 5А ситуация была аналогичной. Использовать более мощный источник тока для сжигания микросхемы не стал. После снижения тока нагрузки до 2А микросхема продолжила стабильную работу, выходные параметры не изменились.
| U in, В | I in, А | P in, Вт | U out, В | I out, А | Pout, Вт | КПД, % | Пульсации, мВ | Температура, °С |
| 19.95 | 0.291 | 5.80545 | 5.02 | 1 | 5.02 | 86.5 | 36 | 60 |
| 19.9 | 0.606 | 12.0594 | 5.01 | 2.06 | 10.3206 | 85.6 | 54 | 85 |
| 27.94 | 0.214 | 5.97916 | 5.02 | 1 | 5.02 | 84.0 | 40 | 65 |
| 27.9 | 0.448 | 12.4992 | 5 | 2.06 | 10.3 | 82.0 | 82 | 105 |
mp1584 вход 28В выход 5В 2А, китайский dc-dc
На максимально входном напряжении 28В и выходном токе 2А при 5В было замечено 2 разных вида пульсаций в 82мВ и один раз в 160мВ.
Вероятно более сильные пульсации возникли из-за перегрева микросхемы.
Понижающие преобразователи на mp1584
Вывод
Микросхема нормального стабилизатора, получившая широкое распространение. Существенный недостаток отсутствие защиты от КЗ и неполноценная защита от превышения тока. Требовательна к качеству выходного конденсатора.
Стоимость микросхемы на 10.07.2019 в промелектронике в розницу составляет 51р, на aliexpress около 20 центов (~13р) за шт, при заказе 10шт, на taobao 1.43Y (~16р+доставка), смотрел первые и вторые попавшиеся магазины.
Скачать файлы проекта
Содержимое архива:
| gerber\ | ||
| pcb1_mp1584.drl | сверловка | |
| pcb1_mp1584.gko | контур | |
| pcb1_mp1584.gtl | медь, верх | |
| pcb1_mp1584.gto | шелкография, верх | |
| pcb1_mp1584.gts | маска, верх | |
| project\ | ||
| mp1584.PrjPcb | Файл проекта Altium Designer | |
| Sheet1_mp1584.SchDoc | Принципиальная схема Altium Designer | |
| PCB1_mp1584.PcbDoc | Печатная плата Altium Designer | |
| assembled.pdf | сборочный чертеж | |
| lut.pdf | ЛУТ, 1 сторонняя плата |
Параметры gerber файла: единицы измерения мм, точность 3:3, удалены незначащие нули вначале числа, привязка — абсолютная.
Статья обновлена 23.07.2019
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 регуляторе используется устройство активного (BJT или MOSFET) 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 регуляторовтребуются 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.
Рекомендации
Загрузить средства проектирования управления питанием
Инструмент для проектирования регуляторов напряжения ADIsimPower ™
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 вам 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 происходить по разным причинам: 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 как регуляторы 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 входят:
(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 стабилизатора 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 работает! Затем обрежьте лишние провода. Защелкните цилиндрический домкрат в положение B1 и припаяйте его на место.
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 (рядом с квадратной площадкой).
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 совпали с отверстиями в печатной плате, затем припаяйте их, пока макетная плата удерживает все выровненные.
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 Установленный
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?
8 признаков неисправного регулятора напряжения (и стоимость замены в 2021 г.)
Последнее обновление 29 апреля 2020 г.
В автомобиле под капотом много энергии. Мы не говорим строго о лошадиных силах, а скорее о выходной энергии в целом. Энергия, необходимая автомобилю, обеспечивается топливом и аккумулятором.
Ищете хорошее онлайн-руководство по ремонту? Щелкните здесь, чтобы увидеть 5 лучших вариантов.
Для работы двигателя требуется много мощности. Для небольших систем в автомобиле вам не понадобится такая большая мощность.
Некоторые электрические системы в вашем автомобиле могут перегреться, если они будут подвергаться воздействию сырого тока, и именно здесь в игру вступает регулятор напряжения генератора. Это помогает уменьшить эту мощность, чтобы она не повредила критически важные системы.
Это похоже на зарядку вашего iPhone непосредственно от трансформатора энергии.Теоретически ваш телефон будет заряжаться, но, к сожалению, ваш телефон не выдержит столкновения. Он не предназначен для работы с таким напряжением.
Связано: причины отсутствия зарядки генератора переменного тока
Как работает регулятор напряжения генератора?
На рынке представлено несколько различных типов регуляторов. Однако все они выполняют одну и ту же функцию. Они преобразуют постоянный ток в фиксированный, который не повредит другие системы автомобиля.
Давайте посмотрим на различные компоненты, составляющие систему, чтобы лучше понять функцию регулирования.
Детали автомобильной системы зарядки
Аккумулятор
Аккумулятор — это резервуар для хранения энергии. Он находится в режиме ожидания для таких функций, как запуск автомобиля и обеспечение питания при низком уровне энергоснабжения.
Однако, если бы вы полагались исключительно на аккумулятор, ваша машина не могла бы работать долго без подзарядки.
Связано: симптомы неисправного автомобильного аккумулятора
Генератор
Вот почему у нас есть генератор.Генератор — это компонент, который производит эту мощность. Пока вы едете, генератор вырабатывает энергию для питания системы, а избыточная энергия используется для подзарядки аккумулятора.
Регулятор напряжения
Регулятор напряжения обеспечивает поддержание постоянного максимального напряжения в цепи. Следовательно, он может подтолкнуть генератор к увеличению производства или побудить его снизить выработку энергии.
Идея состоит в том, чтобы создать постоянный поток тока, который может обеспечить постоянное питание автомобиля.Избыточная мощность не тратится зря, потому что заряжает аккумулятор.
8 основных симптомов неисправности регулятора напряжения
Хорошая новость заключается в том, что отказ регулятора напряжения — одна из тех проблем, которые развиваются с течением времени. Кроме того, это довольно легко поставить диагноз. Существуют различные методы устранения неполадок, которые помогут вам диагностировать эту проблему.
Вот восемь общих признаков, на которые следует обращать внимание:
# 1 — Выход высокого напряжения
Типичный автомобильный аккумулятор должен разрядить около 12.6 вольт в разомкнутой цепи (машина не работает). После запуска автомобиля напряжение в большинстве автомобилей должно быть примерно на 2 вольта выше.
Если выходное напряжение составляет 16 вольт или более, скорее всего, у вас неисправный регулятор напряжения. Слишком высокое напряжение может вызвать повреждение различных электрических компонентов.
Чаще всего преждевременно перегорают лампы в ваших фарах или задних фонарях.
# 2 — Периодические провалы питания
Если у вас плохой регулятор, это может привести к неправильной работе многих компонентов, таких как топливный насос, система зажигания или другие детали, требующие минимального напряжения.
Вы можете столкнуться с разбрызгиванием двигателя, резким холостым ходом или просто отсутствием ускорения, когда вам это нужно. Это может показаться неважным, но это важно, потому что показывает, что мощность регулируется неправильно.
# 3 — Комбинация приборов не работает
Как и другие электрические компоненты, комбинация приборов требует определенного напряжения для отображения всей необходимой информации во время вождения. Плохой регулятор напряжения может привести к тому, что он просто не будет работать или будет работать хаотично.
Вероятно, вы вообще не сможете завести машину, но даже если бы вы могли, было бы неразумно делать это, не зная, с какой скоростью вы едете, сколько топлива у вас осталось и т. Д. критическая информация.
# 4 — Затемнение или мерцание света
Обычно вы замечаете это по фарам, но это может повлиять на внутреннее освещение и даже на стереосистему. Это снова указывает на ток, который не контролируется должным образом.
Этот симптом существует для проблем, связанных с аккумулятором, но также может означать, что виноват регулятор напряжения.
# 5 — Дальний свет не работает
Одной из систем, на которую может отрицательно повлиять слишком большое или слишком маленькое напряжение, являются фары. Фары дальнего света особенно нуждаются в достаточной мощности для работы. Лучи, которые не загораются должным образом, указывают на проблему.
# 6 — Коррозия
Распространение коррозии на клеммы и верхнюю часть батареи может быть, помимо прочего, признаком неисправности регулятора напряжения.
# 7 — Батарея разряжена
Это может быть связано с множеством других причин, в том числе из-за того, что вы забыли выключить свет, проблема с генератором или просто старая батарея, которую необходимо заменить.
Но это также могло быть из-за плохого управления током из-за плохого регулятора напряжения.
См. Также: Различия между разряженной батареей и неисправным генератором
# 8 — Загорается индикатор «Проверьте двигатель или аккумулятор»
Причин может быть несколько, но всегда рекомендуется сканировать на предмет диагностики коды неисправностей (проверьте индикатор двигателя) или запустите быструю проверку напряжения (индикатор батареи горит) с помощью мультиметра, чтобы узнать, является ли это причиной проблемы.
Стоимость замены регулятора напряженияНовый регулятор напряжения генератора будет стоить вам от 40 до 140 долларов за детали, в значительной степени в зависимости от марки / модели автомобиля и от того, используются ли запчасти OEM или запасные части.
Стоимость запчастей не так уж и плоха, но, поскольку большинство регуляторов напряжения размещено внутри генератора, придется заплатить от 140 до 240 долларов за рабочую силу. Скорее всего, вы заплатите больше, если пойдете в дилерский центр, и меньше, если регулятор будет установлен снаружи генератора, где до него легче добраться.
В целом, общая стоимость замены регулятора напряжения в большинстве случаев составляет от 180 до 380 долларов. Если есть какое-либо электрическое повреждение или перегоревшие провода из-за неисправности регулятора, общая цена будет больше.
Поскольку затраты на рабочую силу составляют большую часть затрат, вы можете подумать о простой замене всего блока генератора переменного тока, если вы приближаетесь к 100 000 миль или около того.
Хотя современные генераторы могут служить в течение всего срока службы автомобиля, они часто выходят из строя раньше. Замена генератора избавит вас от необходимости снова платить огромную плату за рабочую силу в ближайшем будущем.
Где находится регулятор напряжения?
Расположение зависит от марки и модели автомобиля. Он будет либо внутри, либо рядом с корпусом генератора.
Ford — один из брендов, который устанавливает его рядом с генератором.
Те, которые установлены рядом с генератором, нуждаются в дополнительной опоре в виде ремня безопасности. Преимущество такого внешнего вида в том, что к нему легче получить доступ. Когда регулятор установлен внутри корпуса генератора, вам нужно сначала снять его, чтобы получить к нему доступ.
Стоит ли водить машину с неисправным регулятором?
Вождение с неисправным регулятором — это риск. Тебе может повезти.Вы также можете взорвать некоторые дорогие компоненты в своем автомобиле.
Мы не думаем, что рисковать стоит. Вместо этого мы рекомендуем как можно скорее доставить машину к механику.
Что такое регулятор напряжения и как он работает?
Большинству интегрированных ИС требуется постоянное напряжение, с которым они могли бы работать. Будь то простой логический вентиль или сложный микропроцессор, у них есть собственное рабочее напряжение. Наиболее распространенные рабочие напряжения — 3.3В, 5В и 12В. Хотя у нас есть батареи и адаптеры постоянного тока, которые могут действовать как источник напряжения, в большинстве случаев они не могут быть напрямую подключены к нашей схеме, поскольку напряжение от них не регулируется.
Скажем, например, у нас есть батарея на 9 В, но нам нужно активировать реле 5 В, которое, очевидно, работает на 5 В. Что мы здесь делаем?
Что такое регулятор напряжения и почему мы его используем?
Вспомните школьные годы, нас учили, что на резисторах падает напряжение.Разве не было бы простым решением просто использовать резисторы для падения напряжения в соответствии с законом Ома? Но затем на резисторах падает напряжение в зависимости от протекающего через них тока. В тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять меньше тока, напряжение резко возрастает и убивает его.
Вам нужно что-то получше — напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, по крайней мере, не сильно. Следующее простейшее решение, которое приходит вам в голову, — это делитель напряжения. Для этого нужны два резистора, но, эй, если их можно втиснуть, они также могут работать.Еще одна неприятная проблема — в тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять слишком большой ток, выход делителя проседает — верхний резистор не может удовлетворить текущую потребность. Теперь вы действительно начинаете желать, чтобы вы узнали об этом в школе. Вы можете исправить это, уменьшив номиналы резисторов, но это заставит два резистора потреблять слишком большой ток, что, вероятно, разрушит ваш текущий бюджет и станет слишком горячим с непосредственным риском отказа.
Что еще можно было сделать? Усиление! Конечно, вам пришлось потратить на это много часов лекций! Почему бы не добавить транзистор NPN в качестве повторителя напряжения? Делитель напряжения смещения можно подключить к базе, вход шины 12 В к коллектору, а выход к компоненту к эмиттеру, и бинго, вы решили проблему!
Конечно, исправление работает, но оставляет неприятное ощущение — вы использовали три части, и при тестировании обнаруживаете, что сбои в шине питания 12 В идеально воспроизводятся на выходе.Конечно, это усилитель, у него нет интеллекта для автокомпенсации. Вы можете заменить нижний резистор делителя напряжения на стабилитрон, но ток, необходимый для правильного смещения стабилитрона (против таких вещей, как температурные коэффициенты и дрейф), почти равен потреблению вашего компонента, что совершенно бессмысленно.
Нет лучшего способа сделать это? Разве нет волшебного черного ящика, в котором было бы все необходимое для эффективного сброса напряжения? Миллионы EEE по всему миру пережили подобные периоды стресса (включая меня!).Конечно, не все проблемы связаны с падением напряжения, но подобные ситуации обычны в лабораториях EEE повсюду!
Но вам повезло — нужный вам компонент существует. Фактически, это одна из первых коммерческих реализаций технологии IC (не считая операционных усилителей) — скромный стабилизатор напряжения .
Если вы когда-нибудь посмотрите техническое описание регулятора напряжения, вы будете поражены схемой, в которой они были упакованы, чтобы понижать напряжение и поддерживать его в чистоте — хороший стабильный регулятор напряжения, усилители с обратной связью и компенсацией. — приличный силовой каскад.Конечно, если мы смогли вместить столько технологий в эти наши телефоны, почему бы не сделать регулировку напряжения в красивом корпусе TO-92?
Они становятся лучше с каждым днем - некоторые из них потребляют не более нескольких наноампер, то есть тысячных миллионных ампер! Более того, другие поставляются с защитой от короткого замыкания и перегрева, что делает их надежными.
Регуляторы напряжения — подробный обзорКак мы видели в разделе выше, основная задача регулятора напряжения — понижать большее напряжение до меньшего и поддерживать его стабильность, поскольку это регулируемое напряжение используется для питания (чувствительной) электроники.
Регулятор напряжения в основном доукомплектован эмиттерный повторитель, как описано выше, — транзистор, соединенный с ссылкой стабильной, что выкладывает постоянное напряжение, опуская остальное.
Они также имеют встроенный усилитель ошибки, который измеряет выходное напряжение (снова через делитель), сравнивает его с опорным напряжением, вычисляет разность и соответствующим образом управляет выходным транзистором. Это далеко от делителя напряжения, который точно воспроизводит входной сигнал, хотя и немного меньше.Вы не хотите, чтобы пульсации переменного тока накладывались на вашу шину постоянного напряжения.
Желательно иметь транзистор с высоким коэффициентом усиления, так как управлять силовыми транзисторами очень сложно, с жалким коэффициентом усиления в диапазоне двух цифр. Это было преодолено с помощью транзисторов Дарлингтона, а в последнее время — полевых МОП-транзисторов. Поскольку для управления этими типами требуется меньший ток, общее потребление тока снижается. Это дополняется тем, что опорное напряжение используется внутри и потребляет очень малый ток.
Ток, который регулятор потребляет для управления всей этой внутренней схемой, когда выход не нагружен, называется током покоя. Чем меньше ток покоя, тем лучше.
Эти регуляторы построены с использованием трех транзисторов на силовом выходном каскаде — два из них в конфигурации Дарлингтона, а другой — в качестве устройства ограничения тока. Последовательные переходы CE в сумме дают падение напряжения на регуляторе около 2 В.
Это напряжение известно как напряжение падения, напряжение, ниже которого регулятор перестает регулировать.
Вы можете найти устройства, называемые LDO-стабилизаторами или стабилизаторами с малым падением напряжения, с падением напряжения около 0,4 В, поскольку они используют переключатель MOSFET.
Трехконтактный регулятор
Хватит разговоров, теперь перейдем к номерам деталей.
Наиболее распространенной серией регуляторов напряжения является серия 78XX .Две цифры после 78 представляют собой выходное напряжение регулятора, например, 7805 — это регулятор 5 В, а 7812 — регулятор 12 В. Выходные напряжения, доступные с фиксированными регуляторами, охватывают широкий диапазон от 3,3 В до 24 В с хорошими значениями, такими как 5 В, 6 В, 9 В, 15 В и 18 В.
Стабилизаторы этой серии отлично подходят для большинства задач, они могут выдерживать почти 30 В на входе и, в зависимости от корпуса, выходной ток до 1 А. Они исключительно просты в использовании — подключите входной контакт к входному напряжению, а выходной контакт — к устройству, которому требуется более низкое напряжение, и, конечно же, контакт заземления к земле.
Здесь развязывающие конденсаторы необязательны, поскольку усилители обратной связи «отклоняют» входную пульсацию и шум, следя за тем, чтобы они не передавались на выход. Однако, если ваше устройство потребляет более нескольких десятков миллиампер, рекомендуется не менее 4,7 мкФ на входе и выходе, предпочтительно из керамики.
Интересная вещь, которую делают люди, — на этих регуляторах делают примитивные зарядные устройства для телефонов. Просто подключите батарею 9 В ко входу и соответствующий USB-разъем к выходу, и вуаля, у вас есть аварийное зарядное устройство для телефона.Эта конструкция достаточно прочная, поскольку на микросхеме встроена термозащита.
Хорошая особенность таких регуляторов напряжения заключается в том, что их распиновка практически универсальна, поэтому возможна их замена. В настоящее время большинство «транзисторных» корпусов на печатных платах представляют собой регуляторы напряжения, которые можно использовать для других проектов, поскольку они очень просты в использовании.
Увеличение выходного тока регуляторов напряженияОдним из ограничений, которое быстро преодолевает полезность, является выходной ток, который сильно ограничен корпусом и способом его установки.
Существуют сильноточные варианты этих регуляторов, но их сложно найти.
Единственные устройства, способные выдавать большие токи, — это импульсные преобразователи постоянного тока в постоянный, но показатели выходного шума ужасны.
Можно спроектировать собственный сильноточный линейный стабилизатор, но в конечном итоге вы столкнетесь со всеми проблемами, упомянутыми выше.
К счастью, есть способ «захватить» стандартный регулятор с помощью нескольких дополнительных деталей и увеличить выходной ток.
Большинство этих модификаций включают добавление обходного транзистора через стабилизатор и управление базой с входом, как показано на рисунке ниже.
Регулируемые регуляторыТри концевых стабилизатора довольно хороши и просты в использовании, но что, если вам нужно нестандартное выходное напряжение, такое как 10,5 В или 13 В?
Конечно, более или менее возможно взломать фиксированные регуляторы, но требуемая схема довольно сложна и превосходит основную цель простоты.
Существуетустройств, которые могут выполнять эту работу за нас, самым популярным из которых является LM317.
LM317 похож на любой другой линейный стабилизатор с входным и выходным контактами, но вместо контакта заземления есть контакт, называемый «Adjust». Этот вывод предназначен для получения обратной связи от делителя напряжения на выходе, чтобы на выводе всегда было 1,25 В, изменяя значения сопротивления, мы можем получить разные напряжения. В техническом описании даже сказано: «устраняет запасы множества фиксированных напряжений», но, конечно, это применимо только в том случае, если вы можете позволить себе иметь эти два резистора на борту.
В таких регулируемых регуляторах хорошо то, что при небольшом изменении конфигурации они также могут служить в качестве источников постоянного тока.
Подключив резистор к выходному контакту, а регулировочный штифт к другому концу резистора, как показано на рисунке, регулятор пытается поддерживать постоянное напряжение 1,25 В на выходном резисторе и, следовательно, постоянный ток на выходе. Эта простая схема довольно популярна среди диодных лазеров.
Фиксированные стабилизаторы тоже могут это делать, но напряжения падения неоправданно высоки (фактически, номинальное выходное напряжение). Однако они сработают в крайнем случае, если вы в отчаянии.
Ограничения регулятора напряженияСамым большим преимуществом линейных регуляторов является их простота; больше нечего сказать.
Однако, как и все хорошие чипы, у них есть свои ограничения.
Линейные регуляторы работают как переменный резистор с обратной связью, сбрасывая ненужное напряжение.При рисовании такой же ток, как и в нагрузке. Эта потраченная впустую энергия преобразуется в тепло, что делает эти регуляторы горячими и неэффективными при высоких токах.
Например, регулятор 5 В с входом 12 В, работающий на токе 1 А, имеет потерю мощности (12 В — 5 В) * 1 А, что составляет 7 Вт! Это очень много энергии, а КПД всего 58%!
Значит, при больших перепадах входного-выходного напряжения или при больших токах регуляторы имеют жалкую энергоэффективность.
Проблема дифференциального напряжения на входе-выходе может быть решена путем последовательного подключения нескольких регуляторов с понижением выходных напряжений (до желаемого значения напряжения), так что напряжение падает ступенчато.Хотя общая рассеиваемая мощность такая же, как при использовании одного регулятора, тепловая нагрузка распределяется по всем устройствам, снижая общую рабочую температуру.
Ограничения по мощности и эффективности можно преодолеть с помощью импульсного источника питания, но выбор зависит от приложения, нет четких правил относительно того, где и какой тип источника питания использовать.
Типы регуляторов напряженияи принцип работы | Статья
.СТАТЬЯ
Получайте ценные ресурсы прямо на ваш 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 регуляторымогут 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 значительному рассеиванию мощности, что 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 регуляторыочень 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 повышающие-понижающие 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.
Регулятор 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 регуляторовобычно 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.
Приложения для линейных и импульсных регуляторов
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 более низкое 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,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
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 Джон Тил
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 необходимого регулятора
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 напряженияможно 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, а на выходе больше шума.Импульсные регуляторы могут использоваться как для понижения, так и для повышения напряжения.
Если вам требуется выходное напряжение ниже 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 регуляторынамного дешевле и проще в использовании, чем импульсные регуляторы, поэтому, как правило, они 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.
Определение рассеиваемой мощности
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 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 отфильтровывается 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, у популярных регуляторов серии 7800 значение падения напряжения составляет 2 В.Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 В выше выходного напряжения.
Рисунок 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 слишком много, если вы пропускаете через этот регулятор ток в 1 ампер и у вас есть разница в 2 В, то это 2 ватта мощности, 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
- Вам требуется исключительно чистое выходное напряжение
- Дизайн должен быть максимально простым и дешевым
Как мы обсудим дальше, импульсные регуляторы 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 шумов 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 индуктивность 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.
Регуляторы пониженного давления
Допустим, вы питаете свой продукт 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 стабилизатор, 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 за этим с помощью линейного регулятора, который берет 5,5 В и понижает его до 5 В, а также убирает 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 коммутационные шумы, обязательно обратите внимание на коэффициент отклонения источника 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 подавления помех от источника 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 стабилизатор с повышенным и пониженным энергопотреблением.
Наконец, если вам нужен чистый выходной сигнал, но требуется 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:
Регулятор напряжения| Определение, типы и факты
Регулятор напряжения , любое электрическое или электронное устройство, поддерживающее напряжение источника питания в допустимых пределах.Стабилизатор напряжения необходим для поддержания напряжения в предписанном диапазоне, который может выдерживать электрическое оборудование, использующее это напряжение. Такое устройство широко используется в автомобилях всех типов для согласования выходного напряжения генератора с электрической нагрузкой и с требованиями к зарядке аккумулятора. Регуляторы напряжения также используются в электронном оборудовании, в котором чрезмерные колебания напряжения могут быть вредными.
В автомобилях регуляторы напряжения быстро переключаются с одного на другое из трех состояний цепи с помощью подпружиненного двухполюсного переключателя.На низких скоростях некоторый ток от генератора используется для усиления магнитного поля генератора, тем самым увеличивая выходное напряжение. На более высоких скоростях в цепь возбуждения генератора вводится сопротивление, так что его напряжение и ток уменьшаются. На еще более высоких скоростях цепь отключается, уменьшая магнитное поле. Скорость переключения регулятора обычно составляет от 50 до 200 раз в секунду.
В электронных регуляторах напряжения используются твердотельные полупроводниковые устройства для сглаживания колебаний тока.В большинстве случаев они работают как переменные сопротивления; то есть сопротивление уменьшается, когда электрическая нагрузка большая, и увеличивается, когда нагрузка меньше.
Регуляторы напряжения выполняют те же функции в крупных системах распределения электроэнергии, что и в автомобилях и других машинах; они минимизируют колебания напряжения, чтобы защитить оборудование, использующее электричество. В системах распределения электроэнергии регуляторы находятся либо на подстанциях, либо на самих фидерных линиях.Используются два типа регуляторов: ступенчатые регуляторы, в которых переключатели регулируют подачу тока, и индукционные регуляторы, в которых асинхронный двигатель подает вторичное, постоянно регулируемое напряжение для выравнивания колебаний тока в фидерной линии.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас .