Olmak anahtarlama regülatörü , bu devre oldukça verimlidir ve IC 7812 veya IC LM317 veya IC LM338 gibi lineer regülatörlerin aksine enerji israf etmez veya dağıtmaz.
7812, LM317 ve LM338 gibi Doğrusal Regülatörler neden Kötü Düşürücü Dönüştürücülerdir?
7812 ve LM317 gibi lineer regülatörler, operasyonel özelliklerinden dolayı verimsiz düşürücü dönüştürücüler olarak kabul edilir.
Doğrusal bir regülatörde, aşırı giriş voltajı ısı şeklinde dağılır. Bu, giriş ve çıkış terminalleri arasındaki voltaj düşüşünün boşa harcanan enerji olarak basitçe 'yakıldığı' anlamına gelir. Lineer regülatör, değişken bir direnç görevi görerek, fazla enerjiyi dağıtmak ve çıkış voltajını düzenlemek için direncini ayarlayarak çalışır.
Bu dağılma süreci önemli ölçüde güç kaybına ve düşük verimliliğe yol açar. Doğrusal bir regülatörün verimliliği, çıkış gücünün giriş gücüne oranı ile belirlenir. Giriş-çıkış voltajı farkı arttıkça, çıkış akımı ile çarpılan voltaj farkı olan ısı olarak dağılan güç de artar. Sonuç olarak, giriş ve çıkış arasındaki voltaj farkı arttıkça verimlilik azalır.
Örneğin, 24 V'luk bir girişi 12 V'a kadar regüle etmek için bir lineer regülatör kullanırken, fazla 12 V ısı olarak dağıtılır. Bu, önemli güç israfına neden olabilir ve yüksek güç içeren uygulamalarda ek soğutma mekanizmaları gerektirebilir.
Buna karşılık, anahtarlama regülatörleri (örneğin dolar dönüştürücüler ) adım aşağı dönüşüm için daha etkilidir. Gerilimi verimli bir şekilde dönüştürmek için indüktörler, kapasitörler ve anahtarların bir kombinasyonunu kullanırlar.
Anahtarlama regülatörleri, anahtarlama çevriminin bir fazında enerjiyi depolar ve diğer fazında iletir, böylece enerjinin ısı olarak dağılmasını en aza indirir. Özel tasarıma bağlı olarak, anahtarlama regülatörleri %80-95 veya daha yüksek verimliliklere ulaşabilir.
Özetle, 7812 ve LM317 gibi lineer regülatörler basit ve uygun maliyetli olsalar da, güç verimliliği önemli bir sorun olduğunda kademeli dönüşüm için en verimli seçim değildirler.
Devre Tanımı
Aşağıdaki şekil, 24 V - 12 V dönüştürücünün temel şemasını göstermektedir.
Kullanılan anahtarlama regülatörü, Motorola'nın ortak bir modelidir: µA78S40.
Aşağıdaki şekil, bir anahtarlama regülatörü için çeşitli gerekli bileşenleri içeren bu entegre devrenin iç yapısını göstermektedir: osilatör, flip-flop, karşılaştırıcı, voltaj referans kaynağı, sürücü ve anahtarlama transistörleri.
Ayrıca bu uygulama için gerekli olmayan işlemsel kuvvetlendirici bulunmaktadır. Güç kaynağının filtrelenmesi ve yumuşatılması, C3 ila C7 kapasitörleri tarafından gerçekleştirilir.
Kondansatör C1, osilatörün frekansını belirlerken, R1, R5 ve R6 dirençleri, dönüştürücünün çıkış akımını sınırlamaya yardımcı olur.
Direnç R1 üzerindeki voltaj, dönüştürücü tarafından sağlanan akımla orantılıdır.
µA78S40'ın 13 ve 14 numaralı pimleri arasında yaklaşık 0,3 V'luk bir voltaj farkı ayarlayarak, R6 ve R7 dirençleri bir voltaj bölücü oluşturarak akım sınırlamasının yaklaşık 5A'da gerçekleşmesini sağlar.
C2 kondansatörü tarafından ayrılan voltaj referans kaynağı, IC1'in 8. piminde mevcuttur.
Bu referans voltajı, IC1'in dahili karşılaştırıcısının evirmeyen girişine uygulanır. Evirici giriş, dönüştürücünün çıkış voltajıyla orantılı bir potansiyele ayarlanır.
Sabit bir çıkış voltajını korumak için, karşılaştırıcı IC1'in çıkış aşamasını kontrol eder.
Karşılaştırıcının her iki girişi de aynı potansiyelde tutulur ve çıkış voltajı aşağıdaki formülle verilir:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Ayarlanabilir direnç Aj1, dönüştürücünün çıkış voltajının +10V ila +15V aralığında ayarlanmasına olanak tanır.
İki çıkış transistörü bir Darlington çifti oluşturur ve ardışık anahtarlamaları, kapasitör C1'in salınımlarıyla senkronize olan flip-flop tarafından kontrol edilir.
Bir AND geçidi ile birleştirilen bu iki duraklı, µA78S40'ın çıkış aşamasının iletim süresini ayarlamak ve sabit bir çıkış voltajı sağlamak için karşılaştırıcı tarafından kontrol edilir.
Transistör T1'in doymuş veya bloke durumu, IC1'in Darlington çiftinin durumunu takip eder. IC1'in çıkış aşaması doyduğunda, transistör T1 öngerilimlidir ve taban akımı direnç R2 ile sınırlanır.
Direnç R3, direnç R9 ile birlikte, anahtarlama işleminin başlangıcında transistör T1'in VBE voltajını sınırlayan bir voltaj bölücü oluşturur.
Darlington modeli gibi davranan transistör T1, µA78S40'ın osilatörünün frekansında açık veya kapalı bir anahtar gibi davranır.
L1 indüktörü, endüktans özelliklerini kullanarak 24V'tan 12V'a voltaj düşüşüne izin verir. Sabit bir durumda, transistör T1 doyduğunda, L1 indüktörüne +12V'luk bir voltaj uygulanır.
Bu aşamada endüktans, uygulanan voltaj kaybolduğunda serbest bıraktığı enerjiyi depolar. Böylece, T1 transistörü bloke edildiğinde, L1 indüktörü içinden geçen akımı sürdürme eğilimindedir.
Diyot D1 iletken hale gelir ve L1 indüktörü boyunca -12V'luk bir karşı elektromotor kuvveti belirir.
