Būdams a pārslēgšanas regulators , šī shēma ir ļoti efektīva un netērēs vai neizkliedēs enerģiju, atšķirībā no lineārajiem regulatoriem, piemēram, IC 7812 vai IC LM317 vai IC LM338.
Kāpēc lineārie regulatori, piemēram, 7812, LM317 un LM338, ir slikti pazeminoši pārveidotāji?
Lineārie regulatori, piemēram, 7812 un LM317, tiek uzskatīti par neefektīviem pazeminošiem pārveidotājiem to darbības īpašību dēļ.
Lineārajā regulatorā liekais ieejas spriegums tiek izkliedēts siltuma veidā. Tas nozīmē, ka sprieguma kritums starp ieejas un izejas spailēm tiek vienkārši 'izdegts' kā izšķērdēta enerģija. Lineārais regulators darbojas kā mainīgs rezistors, regulējot tā pretestību, lai izkliedētu lieko enerģiju un regulētu izejas spriegumu.
Šis izkliedēšanas process rada ievērojamus jaudas zudumus un zemu efektivitāti. Lineārā regulatora efektivitāti nosaka izejas jaudas attiecība pret ieejas jaudu. Palielinoties ieejas-izejas sprieguma starpībai, palielinās arī siltuma veidā izkliedētā jauda, kas ir sprieguma starpība, kas reizināta ar izejas strāvu. Līdz ar to efektivitāte samazinās, palielinoties sprieguma starpībai starp ieeju un izeju.
Piemēram, izmantojot lineāro regulatoru, lai regulētu 24 V ieeju līdz 12 V, liekie 12 V tiek izkliedēti kā siltums. Tas var izraisīt ievērojamu jaudas zudumu un pieprasīt papildu dzesēšanas mehānismus lietojumprogrammās, kas saistītas ar lielu jaudu.
Turpretim pārslēgšanas regulatori (piemēram, naudas pārveidotāji ) ir efektīvāki konvertēšanai uz leju. Tie izmanto induktoru, kondensatoru un slēdžu kombināciju, lai efektīvi pārveidotu spriegumu.
Pārslēgšanas regulatori uzglabā enerģiju vienā pārslēgšanas cikla fāzē un piegādā to citā, tādējādi samazinot enerģijas kā siltuma izkliedi. Atkarībā no konkrētā dizaina komutācijas regulatori var sasniegt efektivitāti no 80-95% vai pat augstāku.
Rezumējot, lai gan lineārie regulatori, piemēram, 7812 un LM317, ir vienkārši un rentabli, tie nav visefektīvākā izvēle pazeminātai pārveidošanai, ja enerģijas efektivitāte ir būtiska problēma.
Ķēdes apraksts
Zemāk esošajā attēlā parādīta 24 V līdz 12 V pārveidotāja pamata shēma.
Izmantotais komutācijas regulators ir izplatīts Motorola modelis: µA78S40.
Nākamajā attēlā ir parādīta šīs integrālās shēmas iekšējā struktūra, kurā ietilpst dažādi komutācijas regulatoram nepieciešamie komponenti: oscilators, flip-flop, komparators, sprieguma atskaites avots, draiveris un komutācijas tranzistori.
Turklāt ir darbības pastiprinātājs, kas šai lietojumprogrammai nav nepieciešams. Barošanas avota filtrēšana un izlīdzināšana tiek veikta ar kondensatoriem C3 līdz C7.
Kondensators C1 nosaka oscilatora frekvenci, savukārt rezistori R1, R5 un R6 palīdz ierobežot pārveidotāja izejas strāvu.
Spriegums uz rezistora R1 ir proporcionāls pārveidotāja piegādātajai strāvai.
Iestatot aptuveni 0,3 V sprieguma starpību starp µA78S40 13. un 14. tapām, rezistori R6 un R7 izveido sprieguma dalītāju, ļaujot strāvas ierobežojumam notikt aptuveni pie 5 A.
Sprieguma atsauces avots, kas atdalīts ar kondensatoru C2, ir pieejams IC1 8. tapā.
Šis atsauces spriegums tiek pielietots IC1 iekšējā komparatora neinvertējošajai ieejai. Invertējošā ieeja ir iestatīta uz potenciālu, kas ir proporcionāls pārveidotāja izejas spriegumam.
Lai uzturētu nemainīgu izejas spriegumu, komparators kontrolē IC1 izejas pakāpi.
Abām salīdzinājuma ieejām tiek uzturēts tāds pats potenciāls, un izejas spriegumu nosaka pēc šādas formulas:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Regulējamais rezistors Aj1 ļauj regulēt pārveidotāja izejas spriegumu diapazonā no +10V līdz +15V.
Abi izejas tranzistori veido Darlingtona pāri, un to secīgo pārslēgšanu kontrolē flip-flop sinhronizācijā ar kondensatora C1 svārstībām.
Apvienojumā ar UN vārtiem šo flip-flop kontrolē salīdzinājums, lai pielāgotu µA78S40 izejas posma vadīšanas laiku un uzturētu nemainīgu izejas spriegumu.
Tranzistora T1 piesātinātais vai bloķētais stāvoklis seko IC1 Darlingtona pāra stāvoklim. Kad IC1 izejas stadija ir piesātināta, tranzistors T1 ir nobīdīts, un tā bāzes strāvu ierobežo rezistors R2.
Rezistors R3 kopā ar rezistoru R9 veido sprieguma dalītāju, ierobežojot tranzistora T1 VBE spriegumu pārslēgšanas procesa sākumā.
Tranzistors T1, kas darbojas kā Darlington modelis, darbojas kā atvērts vai aizvērts slēdzis µA78S40 oscilatora frekvencē.
Induktors L1 pieļauj sprieguma kritumu no 24V līdz 12V, izmantojot induktivitātes īpašības. Stabilā stāvoklī, kad tranzistors T1 ir piesātināts, induktors L1 tiek pielikts +12 V spriegums.
Šajā fāzē induktivitāte uzglabā enerģiju, ko tā atbrīvo, kad pazūd pielietotais spriegums. Tādējādi, kad tranzistors T1 ir bloķēts, induktors L1 mēdz uzturēt caur to plūstošo strāvu.
Diode D1 kļūst vadoša, un pāri induktors L1 parādās pretelektromotīves spēks -12 V.
