Biti a stikalni regulator , je to vezje zelo učinkovito in ne bo zapravljalo ali razpršilo energije, za razliko od linearnih regulatorjev, kot so IC 7812 ali IC LM317 ali IC LM338.
Zakaj so linearni regulatorji, kot so 7812, LM317 in LM338, slabi nižajoči pretvorniki?
Linearni regulatorji, kot sta 7812 in LM317, veljajo za neučinkovite padajoče pretvornike zaradi svojih operativnih značilnosti.
V linearnem regulatorju se presežna vhodna napetost odvaja v obliki toplote. To pomeni, da se padec napetosti med vhodnimi in izhodnimi priključki preprosto 'požge' kot izgubljena energija. Linearni regulator deluje kot spremenljivi upor, prilagaja svoj upor, da odvaja odvečno energijo in uravnava izhodno napetost.
Ta proces disipacije vodi do znatne izgube moči in nizke učinkovitosti. Učinkovitost linearnega regulatorja je določena z razmerjem med izhodno in vhodno močjo. Ko se razlika med vhodno-izhodno napetostjo poveča, se poveča tudi moč, ki se odvaja kot toplota, kar je napetostna razlika, pomnožena z izhodnim tokom. Posledično se učinkovitost zmanjša, ko se napetostna razlika med vhodom in izhodom poveča.
Na primer, pri uporabi linearnega regulatorja za uravnavanje vhodne napetosti 24 V na 12 V, se odvečnih 12 V razprši kot toplota. To lahko povzroči znatno izgubo energije in zahteva dodatne hladilne mehanizme pri aplikacijah, ki vključujejo visoko moč.
Nasprotno pa preklopni regulatorji (kot npr pretvorniki dolarjev ) so bolj učinkoviti za pretvorbo po stopnji navzdol. Za učinkovito pretvorbo napetosti uporabljajo kombinacijo induktorjev, kondenzatorjev in stikal.
Stikalni regulatorji shranjujejo energijo med eno fazo preklopnega cikla in jo oddajo med drugo, s čimer zmanjšajo disipacijo energije kot toplote. Odvisno od specifične zasnove lahko stikalni regulatorji dosegajo učinkovitost v razponu od 80-95% ali celo več.
Če povzamemo, čeprav so linearni regulatorji, kot sta 7812 in LM317, enostavni in stroškovno učinkoviti, niso najučinkovitejša izbira za pretvorbo stopenj navzdol, ko je energetska učinkovitost pomembna skrb.
Opis vezja
Spodnja slika prikazuje osnovni diagram pretvornika 24 V v 12 V.
Uporabljeni preklopni regulator je običajen model družbe Motorola: µA78S40.
Naslednja slika predstavlja notranjo strukturo tega integriranega vezja, ki vključuje različne potrebne komponente za preklopni regulator: oscilator, flip-flop, primerjalnik, vir referenčne napetosti, gonilnik in preklopne tranzistorje.
Poleg tega obstaja operacijski ojačevalnik, ki za to aplikacijo ni potreben. Za filtriranje in glajenje napajanja skrbijo kondenzatorji C3 do C7.
Kondenzator C1 določa frekvenco oscilatorja, medtem ko upori R1, R5 in R6 pomagajo omejiti izhodni tok pretvornika.
Napetost na uporu R1 je sorazmerna s tokom, ki ga dovaja pretvornik.
Z nastavitvijo napetostne razlike približno 0,3 V med nožicama 13 in 14 µA78S40 upora R6 in R7 ustvarita napetostni delilnik, ki omogoča omejitev toka pri približno 5 A.
Referenčni vir napetosti, ločen s kondenzatorjem C2, je na voljo na nožici 8 IC1.
Ta referenčna napetost se uporabi na neinvertiranem vhodu notranjega primerjalnika IC1. Inverterski vhod je nastavljen na potencial, ki je sorazmeren z izhodno napetostjo pretvornika.
Za vzdrževanje konstantne izhodne napetosti primerjalnik krmili izhodno stopnjo IC1.
Oba vhoda primerjalnika se vzdržujeta pri istem potencialu, izhodna napetost pa je podana z naslednjo formulo:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Nastavljiv upor Aj1 omogoča nastavitev izhodne napetosti pretvornika v območju od +10V do +15V.
Dva izhodna tranzistorja tvorita Darlingtonov par, njuno zaporedno preklapljanje pa krmili flip-flop v sinhronizaciji z nihanji kondenzatorja C1.
V kombinaciji z vrati IN ta flip-flop krmili primerjalnik, da prilagodi prevodni čas izhodne stopnje µA78S40 in vzdržuje konstantno izhodno napetost.
Nasičeno ali blokirano stanje tranzistorja T1 sledi stanju Darlingtonovega para IC1. Ko je izhodna stopnja IC1 nasičena, je tranzistor T1 prednapet, njegov osnovni tok pa je omejen z uporom R2.
Upor R3 skupaj z uporom R9 tvori napetostni delilnik, ki omejuje VBE napetost tranzistorja T1 na začetku preklopnega procesa.
Tranzistor T1, ki deluje kot Darlingtonov model, se pri frekvenci oscilatorja µA78S40 obnaša kot odprto ali zaprto stikalo.
Induktor L1 omogoča padec napetosti od 24V do 12V z uporabo lastnosti induktivnosti. V stabilnem stanju, ko je tranzistor T1 nasičen, se preko induktorja L1 uporablja napetost +12 V.
Med to fazo induktivnost shranjuje energijo, ki jo sprosti, ko napetost izgine. Tako, ko je tranzistor T1 blokiran, induktor L1 vzdržuje tok, ki teče skozi njega.
Dioda D1 postane prevodna in na induktorju L1 se pojavi protielektromotorska sila -12 V.
