Power adalah bahagian penting dalam mana-mana projek / peranti elektronik. Tidak kira sumbernya, biasanya ada keperluan untuk melakukan tugas pengurusan kuasa seperti transformasi voltan / penskalaan, dan penukaran (AC-DC / DC-DC) antara lain. Memilih penyelesaian yang tepat untuk setiap tugas ini boleh menjadi kunci kejayaan (atau kegagalan) produk. Salah satu tugas pengurusan kuasa yang paling biasa di hampir semua jenis peranti adalah peraturan / penskalaan voltan DC-DC. Ini melibatkan mengubah nilai voltan DC pada input ke nilai yang lebih tinggi atau lebih rendah pada output. Komponen / modul yang digunakan untuk mencapai tugas-tugas ini secara umum disebut sebagai pengatur voltan. Mereka umumnya mempunyai kemampuan untuk membekalkan voltan keluaran tetap yang lebih tinggi atau lebih rendah daripada voltan masukan dan mereka biasanya digunakan untuk membekalkan daya ke komponen dalam reka bentuk di mana anda mempunyai bahagian pada voltan yang berbeza. Mereka juga digunakan dalam bekalan kuasa tradisional.
Terdapat dua jenis pengatur voltan utama;
- Pengatur Linear
- Mengatur Pengatur
Pengatur voltan linier biasanya pengatur turun ke bawah dan mereka menggunakan kawalan impedans untuk membuat pengurangan voltan input pada output secara linear. Mereka biasanya sangat murah tetapi tidak cekap kerana banyak tenaga hilang panas semasa peraturan. Switching regulator sebaliknya mampu menaikkan atau menurunkan voltan yang dikenakan pada input bergantung pada seni bina. Mereka mencapai peraturan voltan menggunakan proses pengalihan on / off transistor yang mengawal voltan yang tersedia pada output pengatur. Berbanding dengan pengatur linier, pengatur pengalihan biasanya lebih mahal dan jauh lebih cekap.
Untuk artikel hari ini, kami akan memfokuskan pada pengatur pengalihan dan sebagaimana judulnya diberikan, kami akan melihat faktor - faktor yang harus dipertimbangkan ketika memilih pengatur beralih untuk sebuah proyek.
Oleh kerana kerumitan bahagian lain dari projek (fungsi teras, RF dll), pilihan pengatur untuk bekalan kuasa biasanya merupakan salah satu tindakan yang tersisa hingga akhir proses reka bentuk. Artikel hari ini akan cuba memberi perancang yang terhad pada waktu, dengan petua mengenai apa yang harus dicari dalam spesifikasi pengatur beralih, untuk menentukan apakah itu sesuai dengan kes penggunaan khusus anda. Perincian juga akan diberikan untuk menafsirkan cara yang berbeza di mana pengeluar yang berbeza menyampaikan maklumat mengenai parameter seperti suhu, beban dll
Jenis Pengatur Beralih
Pada dasarnya terdapat tiga jenis pengatur beralih dan faktor yang perlu dipertimbangkan bergantung pada jenis mana yang akan digunakan untuk aplikasi anda. Ketiga-tiga jenis tersebut adalah;
- Pengawal Selia Buck
- Meningkatkan pengawal selia
- Pengatur Buck Boost
1. Pengawal Selia Buck
Pengawal selia Buck, juga disebut pengatur step-down atau penukar buck boleh dikatakan pengatur beralih yang paling popular. Mereka memiliki kemampuan untuk menurunkan voltan yang dikenakan pada input ke voltan yang lebih rendah pada output. Oleh itu, voltan input undian mereka biasanya lebih tinggi daripada voltan keluaran undiannya. Skema asas untuk penukar wang ditunjukkan di bawah.
Keluaran pengatur disebabkan oleh pengalihan hidup dan mati transistor dan nilai voltan biasanya merupakan fungsi kitaran tugas transistor (berapa lama transistor dihidupkan dalam setiap kitaran lengkap). Voltan output diberikan oleh persamaan di bawah ini dari mana kita dapat menyimpulkan bahawa kitaran tugas tidak boleh sama dengan satu dan dengan itu voltan output akan selalu lebih rendah daripada voltan input. Oleh itu, pengatur Buck digunakan apabila pengurangan voltan bekalan diperlukan antara satu tahap reka bentuk dan tahap yang lain. Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai asas Reka bentuk dan kecekapan pengatur wang di sini, ketahui lebih lanjut cara membina litar penukar Buck.
2. Meningkatkan Pengawal Selia
Booster regulator atau boost converter beroperasi secara bertentangan dengan regulator buck. Mereka memberikan voltan lebih tinggi daripada voltan input, pada Outputnya. Seperti pengatur buck, mereka menggunakan tindakan transistor beralih untuk meningkatkan voltan pada output dan biasanya terdiri dari komponen yang sama yang digunakan dalam pengatur buck dengan satu-satunya perbezaan adalah susunan komponen. A skema mudah untuk pengatur rangsangan yang ditunjukkan di bawah.
Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai asas Reka bentuk dan kecekapan Boost regulator di sini, boleh membina satu Boost converter dengan mengikuti Boost Converter Circuit ini.
3. Pengatur Buck-Boost
Yang terakhir tetapi yang tidak kurang pentingnya adalah pengatur kenaikan harga. Dari namanya, mudah untuk disimpulkan bahawa mereka memberikan baik kesan dan kesan wang kepada voltan input. The buck-boost converter menghasilkan terbalik voltan (negatif) output yang boleh menjadi lebih besar atau kurang daripada voltan input berdasarkan kitar tugas. Litar bekalan kuasa mod suis penambah bucket asas diberikan di bawah.
Penukar buck-boost adalah variasi dari litar penukar rangsangan di mana penukar pembalik hanya menyampaikan tenaga yang disimpan oleh induktor, L1, ke dalam beban.
Pemilihan salah satu dari ketiga jenis pengatur beralih ini, bergantung sepenuhnya pada apa yang diperlukan oleh sistem yang dirancang. Terlepas dari jenis pengatur yang akan digunakan, Penting untuk memastikan spesifikasi pengatur memenuhi kehendak reka bentuk.
Faktor yang Perlu Dipertimbangkan semasa Memilih Pengatur Beralih
Reka bentuk pengatur pengalihan bergantung pada ukuran besar pada daya IC yang digunakan untuk itu, oleh itu kebanyakan faktor yang perlu dipertimbangkan akan menjadi spesifikasi IC kuasa yang digunakan. Penting untuk memahami spesifikasi Power IC dan apa yang mereka maksudkan untuk memastikan anda memilih yang tepat untuk aplikasi anda.
Tanpa mengira permohonan anda, menjalankan pemeriksaan atas faktor berikut akan membantu anda mengurangkan masa yang dihabiskan untuk pemilihan.
1. Julat Voltan Input
Ini merujuk kepada julat voltan input yang boleh diterima yang disokong oleh IC. Biasanya dinyatakan dalam lembaran data dan sebagai pereka, penting untuk memastikan bahawa voltan input untuk aplikasi anda, berada dalam julat Voltan Input yang ditentukan untuk IC. Walaupun lembaran data tertentu hanya dapat menentukan voltan input maksimum, lebih baik memeriksa lembaran data untuk memastikan tidak ada sebutan mengenai julat input minimum sebelum membuat andaian. Apabila voltan lebih tinggi daripada voltan masukan maksimum digunakan, IC biasanya akan habis tetapi biasanya berhenti beroperasi atau beroperasi secara tidak normal apabila voltan lebih rendah daripada voltan input minimum digunakan, semuanya bergantung pada langkah perlindungan yang berlaku. Salah satu langkah perlindungan yang biasanya digunakan untuk mencegah kerosakan pada IC ketika voltan di luar jangkauan dibekalkan pada input adalah Under-Voltage Lock Out (UVLO),memeriksa apakah ini tersedia juga dapat membantu membuat keputusan reka bentuk anda.
2. Julat Voltan Keluaran
Pengatur beralih biasanya mempunyai output yang berubah-ubah. Julat voltan keluaran mewakili julat voltan yang boleh ditetapkan voltan keluaran yang anda perlukan. Dalam IC tanpa pilihan output yang berubah-ubah, biasanya ini adalah satu nilai. Penting untuk memastikan bahawa voltan output yang anda perlukan berada dalam jarak yang ditentukan untuk IC dan dengan faktor keselamatan yang baik sebagai perbezaan antara julat voltan output maksimum dan voltan output yang anda perlukan. sebagai peraturan umum voltan keluaran minimum tidak dapat ditetapkan ke tahap voltan yang lebih rendah daripada voltan rujukan dalaman. Bergantung pada aplikasi anda (buck atau boost), julat output minimum boleh lebih besar daripada voltan input (boost) atau jauh lebih rendah daripada voltan input (buck).
3. Arus Keluaran
Istilah ini merujuk kepada penilaian semasa yang dirancang IC. Ini pada dasarnya adalah petunjuk berapa banyak arus IC dapat dibekalkan pada outputnya. Untuk beberapa IC, Hanya arus keluaran maksimum yang ditentukan sebagai langkah keselamatan dan untuk membantu pereka memastikan pengatur dapat memberikan arus yang diperlukan untuk aplikasi. Untuk IC lain, penilaian minimum dan maksimum disediakan. Ini sangat berguna dalam merancang teknik pengurusan kuasa untuk aplikasi anda.
Dalam memilih pengatur berdasarkan arus keluaran IC, penting untuk memastikan adanya margin keselamatan antara arus maksimum yang diperlukan oleh aplikasi Anda dan arus keluaran maksimum pengatur. Penting untuk memastikan arus output maksimum pengawal selia lebih tinggi daripada arus keluaran yang anda perlukan sekurang-kurangnya 10 hingga 20%, kerana IC dapat menghasilkan jumlah panas yang tinggi ketika beroperasi pada tahap maksimum secara berterusan dan dapat dirosakkan oleh panas. Kecekapan IC juga berkurang ketika beroperasi pada tahap maksimum.
4. Julat Suhu Operasi
Istilah ini merujuk kepada julat suhu di mana pengatur berfungsi dengan baik. Ia ditakrifkan dari segi suhu persekitaran (Ta) atau suhu persimpangan (Tj). Suhu TJ merujuk pada suhu operasi tertinggi transistor, sementara suhu persekitaran merujuk pada suhu persekitaran di sekitar peranti.
Sekiranya julat suhu Operasi ditakrifkan dari segi suhu persekitaran, itu tidak semestinya pengatur dapat digunakan selama julat suhu penuh. Penting untuk memperhitungkan faktor keselamatan dan juga faktor arus beban yang dirancang dan haba yang menyertainya kerana gabungan antara ini dan suhu persekitaran adalah yang membentuk suhu persimpangan yang juga tidak boleh dilampaui. Tetap berada dalam julat suhu operasi sangat penting untuk pengoperasian pengatur yang berterusan dan berterusan kerana haba yang berlebihan dapat menyebabkan operasi yang tidak normal dan bencana kegagalan pengatur.Oleh itu, penting untuk memperhatikan suhu persekitaran di persekitaran yang akan digunakan oleh peranti dan juga menentukan kemungkinan jumlah haba yang akan dihasilkan oleh peranti sebagai akibat arus beban sebelum menentukan apakah julat suhu operasi yang ditentukan pengawal selia berfungsi untuk anda. Penting untuk diperhatikan bahawa pengatur tertentu juga dapat gagal dalam keadaan sangat dingin dan perlu diperhatikan nilai suhu minimum jika aplikasi akan digunakan di lingkungan yang dingin.
5. Frekuensi Beralih
Frekuensi beralih merujuk kepada kadar di mana transistor kawalan dihidupkan dan dimatikan dalam pengatur beralih. Dalam pengatur berdasarkan modulasi lebar nadi, frekuensi biasanya tetap sementara di modulasi frekuensi nadi.
Frekuensi beralih mempengaruhi parameter pengatur seperti riak, arus keluaran, kecekapan maksimum, dan kelajuan tindak balas. Reka bentuk untuk frekuensi pengalihan selalu melibatkan penggunaan nilai induktansi yang sepadan, sehingga prestasi dua pengatur yang serupa dengan frekuensi pengalihan yang berbeza akan berbeza. Sekiranya dua pengatur serupa pada frekuensi yang berbeza dipertimbangkan, akan diketahui bahawa, arus maksimum misalnya akan rendah untuk pengatur yang beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dengan pengatur pada frekuensi tinggi. Juga, parameter seperti riak akan tinggi dan kelajuan tindak balas pengatur akan rendah pada frekuensi rendah, sementara riak akan rendah dan kelajuan tindak balas, tinggi pada frekuensi tinggi.
6. Bunyi
Tindakan beralih yang berkaitan dengan pengatur beralih menghasilkan kebisingan dan harmonik yang berkaitan yang dapat mempengaruhi prestasi sistem keseluruhan, terutama pada sistem dengan komponen RF dan isyarat audio. Walaupun kebisingan dapat dikurangkan dengan menggunakan penapis dll, ia dapat mengurangkan nisbah isyarat ke bunyi (SNR) dalam litar yang sensitif terhadap bunyi. Oleh itu, penting untuk memastikan jumlah bunyi yang dihasilkan oleh pengatur tidak akan mempengaruhi prestasi keseluruhan sistem.
7. Kecekapan
Kecekapan adalah faktor penting yang perlu dipertimbangkan dalam reka bentuk mana-mana penyelesaian kuasa hari ini. Ini pada dasarnya adalah nisbah voltan output dengan voltan input. Secara teorinya, kecekapan pengatur beralih adalah seratus peratus, tetapi ini biasanya tidak berlaku dalam praktiknya kerana rintangan suis FET, penurunan voltan diod dan ESR kedua-dua induktor dan kapasitor output mengurangkan keseluruhan kecekapan pengatur. Walaupun kebanyakan pengatur moden menawarkan kestabilan di rentang operasi yang luas, kecekapannya bervariasi dengan penggunaan dan misalnya sangat berkurang ketika arus yang dikeluarkan dari output meningkat.
8. Peraturan Beban
Pengaturan beban adalah ukuran kemampuan pengatur voltan untuk mempertahankan voltan tetap pada output tanpa mengira perubahan dalam persyaratan beban.
9. Pembungkusan dan Saiz
Salah satu tujuan yang biasa dilakukan semasa merancang penyelesaian perkakasan pada masa ini adalah untuk mengurangkan ukuran sebanyak mungkin. Ini pada dasarnya merangkumi pengurangan ukuran komponen elektronik dan selalu mengurangkan bilangan komponen yang membentuk setiap bahagian peranti. Sistem kuasa bersaiz kecil bukan sahaja membantu mengurangkan ukuran keseluruhan projek, tetapi juga membantu mewujudkan ruang di mana ciri-ciri produk tambahan dapat disekat. Bergantung pada matlamat projek anda, pastikan faktor bentuk / ukuran pakej yang anda pilih sesuai dengan anggaran ruang anda. Semasa membuat pilihan berdasarkan faktor ini, juga penting untuk mempertimbangkan ukuran komponen periferal yang diperlukan oleh pengatur untuk berfungsi. Sebagai contoh, penggunaan IC frekuensi tinggi mengizinkan penggunaan kapasitor output dengan kapasitansi rendah dan induktor, mengakibatkan ukuran komponen berkurang dan sebaliknya.
Mengenal pasti semua ini dan membandingkan dengan kehendak reka bentuk anda akan dengan cepat membantu anda menentukan pengatur mana yang harus dilalui dan yang mana yang harus terdapat dalam reka bentuk anda.
Kongsi faktor mana yang anda fikir saya ketinggalan dan komen lain melalui bahagian komen.
Hingga ke suatu masa yang akan datang.