Bij het selecteren van een schakelende regelaar is efficiëntie het meest kritische criterium. Moderne compacte apparaten moeten een betrouwbare vermogensafgifte bereiken binnen een kleine footprint. Het vermogen om stabiele spanningen te genereren en tegelijkertijd aanzienlijke stroom te leveren, is een fundamentele vereiste bij het ontwerpen van elektronische componenten. Schakelregelaars zijn essentiële apparaten voor het genereren van stabiele voedingsspanningen en het verhogen of verlagen van spanningen. Schakelregelaars zijn bekend onder verschillende namen: converters of schakelaars, schakelende voedingen (SMPS) en DC/DC-regelaars of converters. Hun populariteit blijft stijgen vanwege voordelen zoals het voldoen aan de vereisten voor hoge vermogensconversie-efficiëntie, flexibiliteit bij het afleiden van stabiele outputs van een enkele ingangsspanningsbron en aanpasbaarheid aan multi-outputconfiguraties met verschillende polariteiten. De meest voorkomende typen schakelregelaars zijn:

Boosttype:Verhoogt de ingangsspanning en levert een gereguleerde uitgang.

Hertensoort:Verlaagt de ingangsspanning en levert een gereguleerde uitgang.

Buck-boost:Verhoogt of verlaagt de ingangsspanning, met optionele negatieve polariteit.

Flyback-type:Een buck-boost-variant die elektrische isolatie biedt.

Constante spanning en instelbare lineaire spanningsregelaars

Jarenlang zijn voedingen ontworpen met behulp van lineaire regelaars. Lineaire regelaars zijn uitstekend geschikt voor het leveren van continue, vaste uitgangsspanningen. Daarnaast bieden andere lineaire regelaars (bijv. LM317) instelbaarheid. Veelvoorkomende constante en lineaire uitgangsspanningsregelaars zijn de 78xx-serie (positieve uitgang) en 79xx-serie (negatieve uitgang). Deze regelaars bieden stabiele uitgangen van 5 V tot 24 V. Lineaire regelaars zijn geen schakelende voedingen. Hun voordelen zijn onder meer eenvoud, lage kosten, lage ruis en lage rimpel. Hun uitgangsvermogen ligt echter doorgaans onder de 10 W en hun efficiëntie is vaak laag, wat leidt tot warmteontwikkeling. Lineaire regelaars kunnen alleen step-down-regeling uitvoeren, terwijl SMPS buck-, boost- of buck-boost-topologieën kunnen gebruiken om spanningen omhoog, omlaag of polariteiten om te keren.

Schakelende voedingsystemen

De meeste moderne televisies, personal computers, DC-motordrivers en vermogensversterkers vereisen geavanceerde, zeer efficiënte SMPS-apparaten. Deze apparaten maken gebruik van halfgeleiderschakeltechnologie in plaats van conventionele lineaire methoden om uitgangsspanningen te leveren. Een basisschakelconverter bestaat uit een vermogensschakeltrap en een regelcircuit. SMPS biedt een lager vermogensverlies en een hogere efficiëntie door interne transistoren (of vermogens-MOSFET's) in verzadigde "AAN"- en afgesneden "UIT"-standen te laten werken.

Buck-schakelregelaars

De LM2596x-serie van SLKOR Semiconductor biedt DC/DC buck-converters met een hoge efficiëntie, waardoor ze een compacte oplossing vormen voor toepassingen die efficiënte vermogensconversie vereisen, zoals automotive en industriële ontwerpen. De LM2596x integreert een vaste-frequentie oscillator en frequentiecompensatiemodule.

De eenvoud van het ontwerp vereist minimale externe componenten. De chip beschikt ook over ingebouwde enable met hysterese, overtemperatuurbeveiliging, overstroombeveiliging en secundaire overstroombeveiliging. Tijdens secundaire overstroomgebeurtenissen verlaagt de chip de werkfrequentie van 150 kHz naar 50 kHz. Een voorbeeld is de LM2596S-ADJ buck switching regulator (Figuur 1).

Figuur 1: LM2596S-ADJ Buck-schakelregelaar levert een stabiele uitgangsspanning. (Afbeelding tegoed: SLKOR Halfgeleider)

De LM2596SX-12 buck switching regulator (Figuur 2) is een 150 kHz vaste-frequentie PWM DC/DC converter. Het biedt een 3A output current drive-mogelijkheid met hoge efficiëntie, lage rimpel en uitstekende lijn/belastingsregeling. Door gebruik te maken van PWM-modulatie ondersteunt de chip een lineair duty cycle-bereik van 0–100%.

Dit apparaat biedt niet alleen een uitstekende transiëntrespons, maar neemt ook minimaal PCB-oppervlak in beslag. De compacte behuizing en hoge vermogensdichtheid maken het ideaal voor LCD-schermen, tv's, digitale fotolijsten, settopboxen, modems, telecommunicatieapparaten en netwerkapparatuur.

Figuur 2: LM2596SX-12 Buck-schakelregelaar voldoet aan de eisen voor lage spanning. (Afbeelding tegoed: SLKOR Halfgeleider)

Boost-schakelregelaars

De SL2733 is een DC/DC boost converter die is ontworpen om een ​​nauwkeurige constante stroom te leveren voor het aansturen van meerdere LED's. Met een vaste schakelfrequentie van 1 MHz kan de SL2733 worden gecombineerd met kleine externe keramische condensatoren en inductoren. De uitgangsstroom is instelbaar via een externe weerstand (R1), waardoor het apparaat meerdere LED's in serie kan aansturen. De SL2733 is geschikt voor het aansturen van identieke LED's en ondersteunt maximaal negen witte LED's in serie of een maximale aandrijfspanning van 32 V. De helderheid van de LED kan worden aangepast met behulp van een DC-spanning, logisch signaal of pulsbreedtemodulatie (PWM)-signaal. De shutdown (SHDW)-pin zorgt ervoor dat het apparaat kan werken in een low-quiescent-current power-down-modus. Naast thermische beveiliging en overbelastingsstroombegrenzing, gaat de chip in een ultra-low-power-modus tijdens LED-open-circuit-storingen. Het is ondergebracht in een compacte SOT23-5-behuizing.

Kleiner is beter

De SL2188 Vermindert het aantal externe componenten. Dit apparaat ondersteunt compacte externe componenten, terwijl de softstartfunctie de inschakelstroom minimaliseert. Het apparaat verwerkt een breed scala aan stroombelastingen en is voorzien van een power-MOSFET die piekschakelstromen van meer dan 1 A kan ondersteunen, met een uitgangsspanning tot 3.6 V. Dit veelzijdige, krachtige en compacte ontwerp is ideaal voor lithium-ionbatterijproducten met één cel, waaronder alkaline-, NiMH- of NiCd-batterijsystemen met twee en drie cellen. Boost converters zoals de SL2188 zijn ideaal voor draadloze randapparatuur, gamingaccessoires, persoonlijke medische apparaten en draagbare mediaspelers. Snelle technologische ontwikkelingen blijven kleinere form factors aansturen. Vergeleken met SOP-J8, vermindert de SOT23-verpakte SL2188 het benodigde PCB-oppervlak aanzienlijk.

Afbeelding 3: Naarmate componentontwerpen kleiner worden, worden geminiaturiseerde pakketten (bijv. SOT23) essentieel. (Afbeelding tegoed: SLKOR Halfgeleider)

Maximaliseer de efficiëntie terwijl u het stroomverbruik vermindert

De vraag naar miniaturisatie blijft een drijvende kracht, naast de behoefte om betrouwbaarheid en energie-efficiëntie te behouden. De SY8120B buck switching regulator (Figuur 4) biedt een compact ontwerp met instelbare output en betrouwbare vermogensafgifte.

Afbeelding 4: SY8120B is een buck-schakelregelaar die betrouwbaar vermogen levert in een kleiner, compacter ontwerp. (Afbeelding tegoed: SLKOR Halfgeleider)

Sommigen denken dat miniaturisering ten koste gaat van de belastingcapaciteit of betrouwbare stroomvoorziening, maar dat is niet het geval. De SY8120B bereikt een hoge conversie-efficiëntie terwijl het stroomverbruik wordt verlaagd (Figuur 5). Door een lage standby-stroom te leveren, minimaliseren batterijgevoede apparaten het stroomverbruik in ruststand. Bovendien zorgt constante on-time-regeling voor efficiënte werking bij lichte belasting.

 
Afbeelding 5: Ontwerpers zoeken naar DC/DC-buck-converters met een hoog rendement die betrouwbaar stroom leveren. (Afbeelding tegoed: SLKOR Halfgeleider)

Flyback-converters voor AC/DC- en DC/DC-toepassingen

Een flyback converter is een buck-boost topologie met een flyback transformator. Het is geschikt voor zowel AC/DC als DC/DC conversie, en biedt elektrische isolatie tussen input en output. Het biedt ook spanningsverhouding vermenigvuldiging en isolatievoordelen. Geïsoleerde vermogensomvormers gebruiken twee regelschema's: voltage-mode control en current-mode control. Voor stabiele werking wordt current-mode control doorgaans verkozen.

Buck-Boost DC/DC-omvormers

Een buck-boost converter is een klassieke DC/DC converter waarvan de output voltage magnitude hoger of lager kan zijn dan de input voltage. Het kan ook negatieve voltages genereren. Vergelijkbaar met een flyback converter, gebruikt het een enkele inductor in plaats van een transformator. Meer specifiek, de buck-boost converter omvat twee verschillende topologieën die output voltages kunnen genereren variërend van boven de input voltage tot nul. DC/DC voedingen, soms "choppers" genoemd, omvatten een buck-boost circuit dat functioneert als een boost of buck converter afhankelijk van de duty cycle.

Conclusie

Hoog-efficiënte vermogensconversie in moderne auto- en industriële ontwerpen is afhankelijk van schakelende regelaars. Naarmate ontwerpen steeds compacter worden, is de vraag naar veelzijdige, hoog-efficiënte apparaten die stabiele vermogensniveaus kunnen handhaven nog nooit zo groot geweest. Hoewel schakelende regelaars onder verschillende namen kunnen worden aangeduid - SMPS, DC/DC-schakelende regelaars, converters of regelaars -SLKOR biedt een breed scala aan compacte oplossingen voor toepassingen waarbij efficiënte energieomzetting vereist is.

Schakelregelaars zijn van grote waarde in het ontwerp van elektronische systemen en bieden stabiele, efficiënte vermogensconversie met miniaturisatie en multifunctionaliteit. Ze worden op grote schaal toegepast in talloze vakgebieden. Via dit artikel hebben we een dieper inzicht gekregen in de fundamentele concepten en typen schakelregelaars, de verschillen tussen lineaire regelaars en SMPS, en SLKOR's hoogrendementsschakelregelaarproducten en hun toepassingen. 

Wat zijn uw ervaringen of vragen met betrekking tot het ontwerp en de toepassingen van schakelregelaars? Deel uw gedachten in de reacties!