При выборе импульсного регулятора эффективность является наиболее важным критерием. Современные компактные устройства должны обеспечивать надежную подачу питания в пределах небольшой площади. Способность генерировать стабильное напряжение при подаче существенного тока является основополагающим требованием при проектировании электронных компонентов. Импульсные стабилизаторы являются важнейшими устройствами для создания стабильного напряжения питания, а также для его повышения или понижения. Импульсные регуляторы известны под разными названиями: преобразователи или переключатели, импульсные источники питания (SMPS) и DC/DC-регуляторы или преобразователи. Их популярность продолжает расти благодаря таким преимуществам, как соответствие требованиям к эффективности преобразования высокой мощности, гибкость в получении стабильных выходов от одного источника входного напряжения и адаптивность к многовыходным конфигурациям с различной полярностью. Наиболее распространенные типы импульсных преобразователей включают:

Тип повышения:Увеличивает входное напряжение и обеспечивает регулируемый выход.

Тип козла:Снижает входное напряжение и обеспечивает регулируемый выход.

повышение доллара:Повышает или понижает входное напряжение, с возможностью отрицательной полярности.

Тип обратного хода:Понижающе-повышающий вариант, обеспечивающий электрическую изоляцию.

Стабилизаторы постоянного напряжения и регулируемые линейные стабилизаторы напряжения

В течение многих лет в конструкциях источников питания использовались линейные стабилизаторы. Линейные регуляторы отлично подходят для обеспечения постоянного фиксированного выходного напряжения. Кроме того, другие линейные регуляторы (например, LM317) предлагают возможность регулировки. Распространенные типы стабилизаторов постоянного и линейного выходного напряжения включают серии 78xx (положительный выход) и 79xx (отрицательный выход). Эти стабилизаторы обеспечивают стабильные выходные напряжения в диапазоне от 5 В до 24 В. Линейные стабилизаторы не являются импульсными источниками питания. Их преимущества включают простоту, низкую стоимость, низкий уровень шума и низкую пульсацию. Однако их выходная мощность обычно ниже 10 Вт, а их эффективность часто низкая, что приводит к выделению тепла. Линейные стабилизаторы могут выполнять только понижающее регулирование, тогда как SMPS могут использовать понижающую, повышающую или понижающе-повышающую топологии для повышения, понижения напряжения или инвертирования полярности.

Системы импульсного электропитания

Большинство современных телевизоров, персональных компьютеров, драйверов двигателей постоянного тока и усилителей мощности требуют современных, высокоэффективных устройств SMPS. Эти устройства используют технологию полупроводниковой коммутации вместо обычных линейных методов для подачи выходных напряжений. Базовый импульсный преобразователь состоит из каскада коммутации мощности и схемы управления. SMPS обеспечивает меньшее рассеивание мощности и более высокую эффективность за счет работы внутренних транзисторов (или силовых МОП-транзисторов) в состояниях насыщения «ВКЛ» и отсечки «ВЫКЛ».

Понижающие импульсные регуляторы

Серия LM2596x от SLKOR Semiconductor предлагает высокоэффективные понижающие DC/DC-преобразователи, что делает их компактным решением для приложений, требующих эффективного преобразования мощности, таких как автомобильные и промышленные конструкции. LM2596x объединяет генератор с фиксированной частотой и модуль компенсации частоты.

Его простота конструкции требует минимального количества внешних компонентов. Микросхема также имеет встроенное включение с гистерезисом, защиту от перегрева, защиту от перегрузки по току и вторичную защиту от перегрузки по току. Во время вторичных событий перегрузки по току микросхема снижает рабочую частоту со 150 кГц до 50 кГц. Примером является понижающий импульсный регулятор LM2596S-ADJ (рисунок 1).

Рисунок 1: LM2596S-ADJ Понижающий импульсный стабилизатор напряжения обеспечивает стабильное выходное напряжение. (Изображение предоставлено: SLKOR Полупроводник)

Импульсный стабилизатор LM2596SX-12 (рисунок 2) представляет собой ШИМ-преобразователь постоянного тока с фиксированной частотой 150 кГц. Он обеспечивает выходной ток 3 А с высокой эффективностью, низкой пульсацией и превосходной регулировкой линии/нагрузки. Используя ШИМ-модуляцию, чип поддерживает линейный диапазон рабочего цикла 0–100%.

Это устройство не только обеспечивает превосходный переходный отклик, но и занимает минимальную площадь печатной платы. Его компактный корпус и высокая плотность мощности делают его идеальным для ЖК-дисплеев, телевизоров, цифровых фоторамок, телевизионных приставок, модемов, телекоммуникационных устройств и сетевого оборудования.

Рисунок 2: LM2596SX-12 Понижающий импульсный регулятор напряжения соответствует требованиям низкого напряжения. (Изображение предоставлено: SLKOR Полупроводник)

Повышающие импульсные регуляторы

SL2733 — это повышающий DC/DC-преобразователь, предназначенный для обеспечения точного постоянного тока для управления несколькими светодиодами. С фиксированной частотой переключения 1 МГц SL2733 может работать в паре с небольшими внешними керамическими конденсаторами и индукторами. Выходной ток регулируется с помощью внешнего резистора (R1), что позволяет устройству управлять несколькими светодиодами последовательно. SL2733 подходит для управления идентичными светодиодами, поддерживая до девяти белых светодиодов последовательно или максимальное напряжение управления 32 В. Яркость светодиодов можно регулировать с помощью постоянного напряжения, логического сигнала или сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Вывод выключения (SHDW) позволяет устройству работать в режиме пониженного потребления тока. В дополнение к тепловой защите и ограничению тока перегрузки чип переходит в режим сверхнизкого энергопотребления во время обрыва цепи светодиода. Он размещен в компактном корпусе SOT23-5.

Чем меньше, тем лучше

Посмотрите на график SL2188 Это устройство позволяет сократить количество внешних компонентов. Оно поддерживает компактные внешние компоненты, а функция плавного пуска минимизирует пусковой ток. Оно рассчитано на широкий диапазон токовых нагрузок и оснащено мощным МОП-транзистором, способным выдерживать пиковые токи переключения более 1 А, с выходным напряжением до 3.6 В. Эта универсальная, мощная и компактная конструкция идеально подходит для одноэлементных литиевых аккумуляторных батарей, включая двух- и трехэлементные щелочные, NiMH или NiCd аккумуляторные системы. Повышающие преобразователи, такие как SL2188 идеально подходят для беспроводных периферийных устройств, игровых аксессуаров, персональных медицинских устройств и портативных медиаплееров. Стремительный технологический прогресс продолжает стимулировать меньшие форм-факторы. По сравнению с SOP-J8, SL23 в корпусе SOT2188 значительно уменьшает требуемую площадь печатной платы.

Рисунок 3: По мере уменьшения размеров компонентов миниатюрные корпуса (например, SOT23) становятся необходимыми. (Источник изображения: SLKOR Полупроводник)

Максимизация эффективности при снижении энергопотребления

Потребность в миниатюризации остается движущей силой, наряду с необходимостью поддержания надежности и энергоэффективности. Импульсный стабилизатор напряжения SY8120B (рисунок 4) предлагает компактную конструкцию с регулируемым выходом и надежной подачей питания.

Рисунок 4: SY8120B — это понижающий импульсный стабилизатор напряжения, который надежно обеспечивает питание в более компактной конструкции. (Изображение предоставлено: SLKOR Полупроводник)

Некоторые могут предположить, что миниатюризация снижает нагрузочную способность или надежность подачи электроэнергии, но это не так. SY8120B достигает высокой эффективности преобразования при снижении энергопотребления (рисунок 5). Обеспечивая низкий ток в режиме ожидания, устройства с питанием от батареи минимизируют потребление энергии в состоянии простоя. Кроме того, постоянный контроль времени включения обеспечивает эффективную работу при малой нагрузке.

 
Рисунок 5: Разработчики ищут высокоэффективные понижающие преобразователи постоянного тока, которые надежно обеспечивают питание. (Изображение предоставлено: SLKOR Полупроводник)

Обратноходовые преобразователи для AC/DC и DC/DC приложений

Обратноходовой преобразователь представляет собой повышающе-понижающую топологию, включающую обратноходовой трансформатор. Он подходит как для преобразования переменного тока в постоянный, так и постоянного тока в постоянный, обеспечивая электрическую изоляцию между входом и выходом. Он также обеспечивает умножение коэффициента напряжения и преимущества изоляции. Изолированные силовые преобразователи используют две схемы управления: управление в режиме напряжения и управление в режиме тока. Для стабильной работы обычно предпочтительнее управление в режиме тока.

Понижающе-повышающие DC/DC преобразователи

Понижающе-повышающий преобразователь — это классический DC/DC-преобразователь, выходное напряжение которого может быть выше или ниже входного напряжения. Он также может генерировать отрицательные напряжения. Подобно обратноходовому преобразователю, он использует одну катушку индуктивности вместо трансформатора. В частности, понижающе-повышающий преобразователь включает в себя две различные топологии, способные генерировать выходные напряжения в диапазоне от выше входного напряжения до нуля. Источники питания постоянного тока, иногда называемые «прерывателями», включают в себя понижающе-повышающий контур, который функционирует как повышающий или понижающий преобразователь в зависимости от рабочего цикла.

Заключение

Высокоэффективное преобразование мощности в современных автомобильных и промышленных конструкциях зависит от импульсных регуляторов. Поскольку конструкции становятся все более компактными, спрос на универсальные, высокоэффективные устройства, способные поддерживать стабильные уровни мощности, никогда не был больше. Хотя импульсные регуляторы могут называться по-разному — SMPS, DC/DC импульсные регуляторы, преобразователи или регуляторы —SLKOR предлагает широкий спектр компактных решений для приложений, требующих эффективного преобразования энергии.

Импульсные регуляторы имеют большое значение в проектировании электронных систем, обеспечивая стабильное, эффективное преобразование энергии с миниатюризацией и многофункциональностью. Они широко применяются во многих областях. Благодаря этой статье мы получили более глубокое понимание основных концепций и типов импульсных регуляторов, различий между линейными регуляторами и SMPS, а также SLKORВысокоэффективные импульсные регуляторы напряжения и их применение. 

Какой у вас опыт или вопросы относительно проектирования и применения импульсных регуляторов? Поделитесь своими мыслями в комментариях!