Bir anahtarlama regülatörü seçerken, verimlilik en kritik kriterdir. Modern kompakt cihazlar, küçük bir ayak izi içinde güvenilir güç iletimi sağlamalıdır. Önemli akım sağlarken kararlı voltajlar üretme yeteneği, elektronik bileşen tasarımında temel bir gerekliliktir. Anahtarlama regülatörleri, kararlı besleme voltajları üretmek ve voltajları yükseltmek veya düşürmek için gerekli cihazlardır. Anahtarlama regülatörleri çeşitli isimlerle bilinir: dönüştürücüler veya anahtarlar, anahtarlama modlu güç kaynakları (SMPS) ve DC/DC regülatörleri veya dönüştürücüler. Yüksek güç dönüştürme verimliliği gereksinimlerini karşılama, tek bir giriş voltaj kaynağından kararlı çıktılar elde etme esnekliği ve değişken polaritelere sahip çok çıkışlı yapılandırmalara uyarlanabilirlik gibi avantajları nedeniyle popülerlikleri artmaya devam ediyor. En yaygın anahtarlama dönüştürücü türleri şunlardır:

Yükseltme Türü:Giriş voltajını arttırır ve regüle edilmiş bir çıkış sağlar.

Buck Tipi:Giriş voltajını düşürür ve regüle edilmiş bir çıkış sağlar.

para artışı:Giriş voltajını, isteğe bağlı negatif polarite ile yukarı veya aşağı doğru kademelendirir.

Geri Dönüş Tipi:Elektriksel izolasyon sağlayan bir buck-boost çeşidi.

Sabit Voltaj ve Ayarlanabilir Doğrusal Voltaj Regülatörleri

Güç kaynağı tasarımları uzun yıllardır doğrusal regülatörlere dayanıyordu. Doğrusal regülatörler sürekli, sabit çıkış voltajları sağlamada mükemmeldir. Ek olarak, diğer doğrusal regülatörler (örneğin, LM317) ayarlanabilirlik sunar. Yaygın sabit ve doğrusal çıkış voltaj regülatörü tipleri arasında 78xx serisi (pozitif çıkış) ve 79xx serisi (negatif çıkış) bulunur. Bu regülatörler 5 V ile 24 V arasında değişen kararlı çıkışlar sağlar. Doğrusal regülatörler anahtarlama modlu güç kaynakları değildir. Avantajları arasında basitlik, düşük maliyet, düşük gürültü ve düşük dalgalanma bulunur. Ancak, çıkış güçleri genellikle 10 W'ın altındadır ve verimlilikleri genellikle düşüktür ve bu da ısı oluşumuna yol açar. Doğrusal regülatörler yalnızca kademeli regülasyon gerçekleştirebilirken, SMPS voltajları yükseltmek, düşürmek veya kutupları ters çevirmek için buck, boost veya buck-boost topolojilerini kullanabilir.

Anahtarlamalı Mod Güç Kaynağı Sistemleri

Çoğu modern televizyon, kişisel bilgisayar, DC motor sürücüsü ve güç amplifikatörü gelişmiş, yüksek verimli SMPS aygıtları gerektirir. Bu aygıtlar, çıkış voltajlarını iletmek için geleneksel doğrusal yöntemler yerine yarı iletken anahtarlama teknolojisini kullanır. Temel bir anahtarlama dönüştürücü, bir güç anahtarlama aşamasından ve bir kontrol devresinden oluşur. SMPS, dahili transistörleri (veya güç MOSFET'lerini) doymuş "AÇIK" ve kesme "KAPALI" durumlarında çalıştırarak daha düşük güç kaybı ve daha yüksek verimlilik sunar.

Buck Anahtarlama Regülatörleri

LM2596x serisi SLKOR Semiconductor, otomotiv ve endüstriyel tasarımlar gibi verimli güç dönüşümü gerektiren uygulamalar için kompakt bir çözüm haline getiren yüksek verimli DC/DC buck dönüştürücüler sağlar. LM2596x, sabit frekanslı bir osilatör ve frekans dengeleme modülünü entegre eder.

Tasarım basitliği minimum harici bileşenler gerektirir. Çip ayrıca histerezis, aşırı sıcaklık koruması, aşırı akım koruması ve ikincil aşırı akım koruması ile dahili etkinleştirme özelliğine sahiptir. İkincil aşırı akım olayları sırasında, çip çalışma frekansını 150 kHz'den 50 kHz'ye düşürür. Bir örnek LM2596S-ADJ buck anahtarlama regülatörüdür (Şekil 1).

Şekil 1: LM2596S-ADJ Buck anahtarlama regülatörü kararlı çıkış voltajı sağlar. (Görsel kaynağı: SLKOR Yarı iletken)

LM2596SX-12 buck anahtarlama regülatörü (Şekil 2), 150 kHz sabit frekanslı PWM DC/DC dönüştürücüdür. Yüksek verimlilik, düşük dalgalanma ve mükemmel hat/yük düzenlemesi ile 3A çıkış akımı sürücü kapasitesi sunar. PWM modülasyonunu kullanan çip, %0–100 doğrusal görev döngüsü aralığını destekler.

Bu cihaz sadece mükemmel geçici tepki sağlamakla kalmaz, aynı zamanda minimum PCB alanı kaplar. Kompakt paketi ve yüksek güç yoğunluğu onu LCD ekranlar, TV'ler, dijital fotoğraf çerçeveleri, set üstü kutular, modemler, telekomünikasyon cihazları ve ağ ekipmanları için ideal hale getirir.

Şekil 2: LM2596SX-12 Buck anahtarlama regülatörü düşük voltaj gereksinimlerini karşılar. (Görsel kredisi: SLKOR Yarı iletken)

Yükseltici Anahtarlama Regülatörleri

SL2733, birden fazla LED'i sürmek için hassas sabit akım sağlamak üzere tasarlanmış bir DC/DC yükseltici dönüştürücüdür. Sabit 1 MHz anahtarlama frekansı ile SL2733, küçük harici seramik kapasitörler ve indüktörlerle eşleştirilebilir. Çıkış akımı harici bir direnç (R1) aracılığıyla ayarlanabilir ve bu da cihazın seri olarak birden fazla LED'i sürmesini sağlar. SL2733, aynı LED'leri sürmek için uygundur ve seri olarak dokuz adede kadar beyaz LED'i veya maksimum 32 V'luk bir sürüş voltajını destekler. LED parlaklığı, DC voltajı, mantık sinyali veya darbe genişlik modülasyonu (PWM) sinyali kullanılarak ayarlanabilir. Kapatma (SHDW) pimi, cihazın düşük durgun akımlı bir güç kesme modunda çalışmasını sağlar. Termal koruma ve aşırı yük akımı sınırlamasına ek olarak, çip LED açık devre arızaları sırasında ultra düşük güç moduna girer. Kompakt bir SOT23-5 paketinde yer almaktadır.

Daha Küçük Daha İyidir

Kullanma SL2188 Harici bileşen sayısını azaltır. Bu cihaz, kompakt harici bileşenleri desteklerken, yumuşak başlatma özelliği ani akımları en aza indirir. Geniş bir akım yük yelpazesini idare eder ve 1 A'yı aşan tepe anahtarlama akımlarını destekleyebilen ve 3.6 V'a kadar çıkış voltajına sahip bir güç MOSFET'i entegre eder. Bu çok yönlü, yüksek güçlü ve kompakt tasarım, iki ve üç hücreli alkalin, NiMH veya NiCd pil sistemleri dahil olmak üzere tek hücreli lityum pil ürünleri için idealdir. Şunlar gibi dönüştürücüleri artırın: SL2188 kablosuz çevre birimleri, oyun aksesuarları, kişisel tıbbi cihazlar ve taşınabilir medya oynatıcılar için idealdir. Hızlı teknolojik gelişmeler daha küçük form faktörlerini yönlendirmeye devam ediyor. SOP-J8 ile karşılaştırıldığında, SOT23 paketli SL2188 gerekli PCB alanını önemli ölçüde azaltır.

Şekil 3: Bileşen tasarımları küçüldükçe, minyatür paketler (örneğin, SOT23) önemli hale geliyor. (Görsel kaynağı: SLKOR Yarı iletken)

Güç Tüketimini Azaltırken Verimliliği Maksimize Etmek

Minyatürleştirme talebi, güvenilirliği ve güç verimliliğini koruma ihtiyacının yanı sıra itici bir güç olmaya devam ediyor. SY8120B buck anahtarlama regülatörü (Şekil 4), ayarlanabilir çıkış ve güvenilir güç dağıtımıyla kompakt bir tasarım sunar.

Şekil 4: SY8120B, daha küçük ve daha kompakt bir tasarımda gücü güvenilir şekilde ileten bir buck anahtarlama regülatörüdür. (Görsel kaynağı: SLKOR Yarı iletken)

Bazıları minyatürleştirmenin yük kapasitesini veya güvenilir güç dağıtımını feda ettiğini varsayabilir, ancak durum böyle değil. SY8120B, güç tüketimini azaltırken yüksek dönüşüm verimliliği elde eder (Şekil 5). Düşük bekleme akımı sağlayarak, pille çalışan cihazlar boşta güç çekimini en aza indirir. Ek olarak, sürekli açık zamanlı kontrol, verimli hafif yük çalışmasını mümkün kılar.

 
Şekil 5: Tasarımcılar, gücü güvenilir bir şekilde ileten yüksek verimli DC/DC düşürücü dönüştürücüler arıyorlar. (Görsel kaynağı: SLKOR Yarı iletken)

AC/DC ve DC/DC Uygulamaları için Flyback Dönüştürücüler

Bir geri dönüş dönüştürücü, geri dönüş transformatörü içeren bir buck-boost topolojisidir. Hem AC/DC hem de DC/DC dönüşümü için uygundur ve giriş ile çıkış arasında elektriksel izolasyon sağlar. Ayrıca voltaj oranı çarpımı ve izolasyon avantajları sunar. İzole güç dönüştürücüler iki kontrol şeması kullanır: voltaj modu kontrolü ve akım modu kontrolü. Kararlı bir çalışma için, genellikle akım modu kontrolü tercih edilir.

Buck-Boost DC/DC Dönüştürücüler

Bir buck-boost dönüştürücü, çıkış voltajı büyüklüğü giriş voltajından daha yüksek veya daha düşük olabilen klasik bir DC/DC dönüştürücüdür. Ayrıca negatif voltajlar da üretebilir. Bir flyback dönüştürücüye benzer şekilde, bir transformatör yerine tek bir indüktör kullanır. Özellikle, buck-boost dönüştürücü, giriş voltajının üstünden sıfıra kadar değişen çıkış voltajları üretebilen iki farklı topolojiden oluşur. Bazen "kıyıcılar" olarak adlandırılan DC/DC güç kaynakları, görev döngüsüne bağlı olarak bir yükseltme veya buck dönüştürücü olarak işlev gören bir buck-boost devresi içerir.

Sonuç

Modern otomotiv ve endüstriyel tasarımlarda yüksek verimli güç dönüşümü anahtarlama regülatörlerine dayanır. Tasarımlar giderek daha kompakt hale geldikçe, sabit güç seviyelerini koruyabilen çok yönlü, yüksek verimli cihazlara olan talep hiç bu kadar büyük olmamıştı. Anahtarlama regülatörleri çeşitli isimlerle anılsa da -SMPS, DC/DC anahtarlama regülatörleri, dönüştürücüler veya regülatörler-SLKOR Verimli güç dönüşümü gerektiren uygulamalar için geniş yelpazede kompakt çözümler sunar.

Anahtarlama regülatörleri, minyatürleştirme ve çok işlevlilik ile istikrarlı, verimli güç dönüşümü sağlayarak elektronik sistem tasarımında önemli bir değere sahiptir. Çok sayıda alanda yaygın olarak benimsenmektedirler. Bu makale aracılığıyla, anahtarlama regülatörlerinin temel kavramları ve türleri, doğrusal regülatörler ile SMPS arasındaki farklar ve SLKOR'nin yüksek verimli anahtarlama regülatör ürünleri ve uygulamaları. 

Anahtarlama regülatörü tasarımı ve uygulamalarıyla ilgili deneyimleriniz veya sorularınız nelerdir? Düşüncelerinizi yorumlarda paylaşın!