Схема широтно импульсного регулятора напряжения для автомобиля: Широтно-импульсный регулятор для автомобиля. Автоматика в быту. Электронные устройства автоматики. — Мир Антенн

Содержание

Широтно-импульсный регулятор для автомобиля. Автоматика в быту. Электронные устройства автоматики.

Широтно — импульсные регуляторы постоянного тока

Выходом из положения является применение широтно — импульсных схем, управляющих мощными полевыми силовыми транзисторами MOSFET. Эти транзисторы могут коммутировать очень большие токи ( до 160А и более) при напряжении на затворе 12 — 15 В. Сопротивление открытого транзистора очень мало, что позволяет заметно снизить рассеиваемую мощность. Схемы управления должны обеспечивать разность напряжений между затвором и истоком не менее 12 … 15 В, в противном случае сопротивление канала сильно увеличивается и рассеиваемая мощность значительно возрастает, что может привести перегреву транзистора и выходу его из строя. Для широтно — импульсных автомобильных низковольтных регуляторов выпускаются специализированные микросхемы , например U6080B … U6084B, L9610, L9611, которые содержат узел повышения выходного напряжения до 25 -30 В при напряжении питания 7 -14 В, что позволяет включать выходной транзистор по схеме с общим стоком, чтобы можно было подключать нагрузку с общим минусом, но достать их практически невозможно.

Для большинства нагрузок, которые потребляют ток не более 10А и не могут вызвать просадку бортового напряжения можно использовать простые схемы без дополнительного узла повышения напряжения. Такие схемы рассмотрены в этом разделе.

к. у него меньшее сопротивление открытого канала, что уменьшает рассеиваемую мощность и позволяет использовать радиатор меньшей площади. Достоинство схемы — простота и доступность элементов, недостатки — диапазон изменения выходного напряжения чуть меньше 100% и невозможно доработать схему с целью введения дополнительных режимов, например плавного автоматического увеличения или понижения напряжения на нагрузке, т.к. регулирование производится путём изменения сопротивления переменного резистора , а не изменением уровня управляющего напряжения. Гораздо лучшими характеристиками обладает вторая схема, но количество элементов в ней чуть больше. Регулировка эффективного значения напряжения на нагрузке от 0 до 12 В производится изменением напряжения на управляющем входе от 8 до 12 В. Диапазон регулировки напряжения практически 100%. Максимальный ток нагрузки полностью определяется типом силового полевого транзистора и может быть очень значительным.

Так как выходное напряжение пропорционально входному управляющему напряжению, схема может использоваться как составная часть системы регулирования , например системы поддержания заданной температуры, если в качестве нагрузки использовать нагреватель, а датчик температуры подключить к простейшему пропорциональному регулятору, выход которого подключается к управляющему входу устройства. Описанные устройства имеют в основе несимметричный мультивибратор, но ШИМ регулятор можно построить на микросхеме ждущего мультивибратора, как показано на следующей странице.

1. ШИМ регуляторы напряжения на ждущих мультивибраторах и счётчиках

2. ШИМ регуляторы на операционных усилителях

3. ШИМ регуляторы на широко распространённом таймере NE555N (КР1006ВИ1)

Мощный ШИМ-регулятор для автомобиля (для вентилятора климат-контроля или автомобильных фар)

Уважаемые посетители!
Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение.
Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы — активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах — для себя Вы узнаете много нового и полезного,
а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять
Вам больше внимания.

ВНИМАНИЕ!

Вам нужно разработать сложное электронное устройство?

Тогда Вам сюда. ..

Широтно-импульсный регулятор для автомобиля. Автоматика в быту. Электронные устройства автоматики.

Широтно — импульсные регуляторы постоянного тока

ШИМ регулятор напряжения можно построить на основе двух закольцованных ждущих мультивибраторов, один из которых формирует очень короткий импульс фиксированной длительности, а второй мультивибратор с регулируемой задержкой, которая определяет длительность открытого состояния полевого транзистора и, соответственно, эффективное значение напряжения нагрузки. Такая схема приведена на рисунке.

В качестве ждущих мультивибраторов используются половинки микросхемы К561АГ1. Схема очень проста в реализации, практически не требует настройки, работает достаточно стабильно. Площадь радиатора и тип полевого транзистора полностью определяется параметрами нагрузки, в качестве которой могут быть как лампы накаливания, нагреватели так и коллекторные электродвигатели.

Недостаток схемы — управление выходным напряжением производится за счёт изменения сопротивления переменного резистора, а не напряжения, что затрудняет использование конструкции в качестве составной части других устройств.

Иногда возникает необходимость ступенчатой регулировки напряжения с помощью переключателя. Для этого хорошо подходит вторая схема, использующая генератор прямоугольных импульсов и счётчик — делитель. Работа схемы

происходит следующим образом: генератор на двух логических элементах вырабатывает импульсы частотой несколько килогерц, которые поступают на счётный вход счётчика DD2. В нулевом состоянии DD2 на выводе 3 присутствует логическая «1», что приводит к переключению триггера на выходе, а на затворе полевого транзистора появляется постоянное напряжение 12 В, открывающее его. Если, например, переключатель S1 установлен на вывод 10 счётчика, то через 4 импульса задающего генератора выходной триггер сбрасывается в ноль и транзистор запирается . Далее счётчик продолжает считать импульсы задающего генератора, и как только, на выводе 3 вновь появится «1» триггер опять сработает, а транзистор откроется. На нагрузке будет присутствовать импульсное напряжение в виде меандра, а эффективное значение напряжения будет составлять около 6 В. Если переключатель установлен на вывод 11 счётчика, то сброс триггера произойдёт перед переполнением DD2 и интервал закрытого состояния полевого транзистора окажется очень коротким — на нагрузке будет напряжение, близкое к 12 В.

Достоинство схемы — высокая стабильность характеристик, не зависящая от номинала используемых резисторов и конденсаторов. В чистом виде такая схема почти не применяется, но её легко доработать для сопряжения с компьютером для программного регулирования напряжения на нагрузке или, используя дополнительный реверсивный счётчик, регулировать напряжение с помощью сенсоров или возвратных кнопок (смотри раздел: дистанционное включение люстры). Далее будет рассказано о ШИМ регуляторах на специализированных микросхемах.

1. ШИМ регуляторы на операционных усилителях широкого применения

2. ШИМ регуляторы напряжения на таймере NE555N (КР1006ВИ1)

3. Простые ШИМ регуляторы на логических элементах. Главная страница раздела

4. Мощный ШИМ-регулятор для автомобиля (для вентилятора климат-контроля или автомобильных фар )

Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы — активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах — для себя Вы узнаете много нового и полезного,
а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять
Вам больше внимания.

ВНИМАНИЕ!

Вам нужно разработать сложное электронное устройство?

Тогда Вам сюда…

Регулятор напряжения на шим контроллере. Широтно-импульсный регулятор для автомобиля

С микросхемой NE555 (аналог КР1006) знаком каждый радиолюбитель. Её универсальность позволяет конструировать самые разнообразные самоделки: от простого одновибратора импульсов с двумя элементами в обвязке до многокомпонентного модулятора. В данной статье будет рассмотрена схема включения таймера в режиме генератора прямоугольных импульсов с широтно-импульсной регулировкой.

Схема и принцип её работы

С развитием мощных светодиодов NE555 снова вышла на арену в роли регулятора яркости (диммера), напомнив о своих неоспоримых преимуществах. Устройства на её основе не требуют глубоких знаний электроники, собираются быстро и работают надёжно.

Известно, что управлять яркостью светодиода можно двумя способами: аналоговым и импульсным. Первый способ предполагает изменение амплитудного значения постоянного тока через светодиод. Такой способ имеет один существенный недостаток — низкий КПД. Второй способ подразумевает изменение ширины импульсов (скважности) тока с частотой от 200 Гц до нескольких килогерц. На таких частотах мерцание светодиодов незаметно для человеческого глаза. Схема ШИМ-регулятора с мощным выходным транзистором показана на рисунке. Она способна работать от 4,5 до 18 В, что свидетельствует о возможности управления яркостью как одного мощного светодиода, так и целой светодиодной лентой. Диапазон регулировки яркости колеблется от 5 до 95%. Устройство представляет собой доработанную версию генератора прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов зависит от ёмкости C1 и сопротивлений R1, R2 и определяется по формуле: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Гц

Принцип действия электронного регулятора яркости заключается в следующем. В момент подачи напряжения питания начинает заряжаться конденсатор по цепи: +Uпит – R2 – VD1 –R1 –C1 – -U пит. Как только напряжение на нём достигнет уровня 2/3U пит откроется внутренний транзистор таймера и начнется процесс разрядки. Разряд начинается с верхней обкладки C1 и далее по цепи: R1 – VD2 –7 вывод ИМС – -U пит. Достигнув отметки 1/3U пит транзистор таймера закроется и C1 вновь начнет набирать ёмкость. В дальнейшем процесс повторяется циклически, формируя на выводе 3 прямоугольные импульсы.

Изменение сопротивления подстроечного резистора приводит к уменьшению (увеличению) времени импульса на выходе таймера (вывод 3), и как следствие, уменьшается (увеличивается) среднее значение выходного сигнала. Сформированная последовательность импульсов через токоограничивающий резистор R3 поступает на затвор VT1, который включен по схеме с общим истоком. Нагрузка в виде светодиодной ленты или последовательно включенных мощных светодиодов включается в разрыв цепи стока VT1.

В данном случае установлен мощный MOSFET транзистор с максимальным током стока 13А. Это позволяет управлять свечением светодиодной ленты длиной в несколько метров. Но при этом транзистору может потребоваться теплоотвод.

Блокирующий конденсатор C2 исключает влияние помех, которые могут возникать по цепи питания в моменты переключения таймера. Величина его ёмкости может быть любой в пределах 0,01-0,1 мкФ.

Плата и детали сборки регулятора яркости

Односторонняя печатная плата имеет размер 22х24 мм. Как видно из рисунка на ней нет ничего лишнего, что могло бы вызвать вопросы.

После сборки схема ШИМ-регулятора яркости не требует наладки, а печатная плата легка в изготовке своими руками. В плате, кроме подстроечного резистора, используются SMD элементы.

DA1 – ИМС NE555;
VT1 – полевой транзистор IRF7413;
VD1,VD2 – 1N4007;
R1 – 50 кОм, подстроечный;
R2, R3 – 1 кОм;
C1 – 0,1 мкФ;
C2 – 0,01 мкФ.

Транзистор VT1 должен подбираться в зависимости от мощности нагрузки. Например, для изменения яркости одноваттного светодиода достаточно будет биполярного транзистора с максимально допустимым током коллектора 500 мА.

Управление яркостью светодиодной ленты должно осуществляться от источника напряжения +12 В и совпадать с её напряжением питания. В идеале регулятор должен питаться от стабилизированного блока питания, специально предназначенного для ленты.

Нагрузка в виде отдельных мощных светодиодов запитывается иначе. В этом случае источником питания диммера служит стабилизатор тока (его еще называют драйвер для светодиода). Его номинальный выходной ток должен соответствовать току последовательно включенных светодиодов.

Читайте так же

Широтно — импульсные регуляторы постоянного тока

Необходимость регулировки постоянного напряжения для питания мощных инерционных нагрузок чаще всего возникает у владельцев автомобилей и другой авто-мото техники. Например, появилось желание плавно менять яркость ламп освещения салона, габаритных огней, автомобильных фар или вышел из строя узел регулирования оборотов вентилятора автомобильного кондиционера, а замены нет. Осуществить такое желание иногда нет возможности из-за большого тока потребления этими устройствами — если устанавливать транзисторный регулятор напряжения, компенсационный или параметрический, на регулирующем транзисторе будет выделяться очень большая мощность, что потребует установки больших радиаторов или введения принудительного охлаждения с помощью малогабаритного вентилятора от компьютерных устройств. Выходом из положения является применение широтно — импульсных схем, управляющих мощными полевыми силовыми транзисторами MOSFET . Эти транзисторы могут коммутировать очень большие токи (до 160А и более) при напряжении на затворе 12 — 15 В. Сопротивление открытого транзистора очень мало, что позволяет заметно снизить рассеиваемую мощность. Схемы управления должны обеспечивать разность напряжений между затвором и истоком не менее 12 … 15 В, в противном случае сопротивление канала сильно увеличивается и рассеиваемая мощность значительно возрастает, что может привести перегреву транзистора и выходу его из строя. Для широтно — импульсных автомобильных низковольтных регуляторов выпускаются специализированные микросхемы, например U 6080B … U6084B , L9610, L9611, которые содержат узел повышения выходного напряжения до 25 -30 В при напряжении питания 7 -14 В, что позволяет включать выходной транзистор по схеме с общим стоком, чтобы можно было подключать нагрузку с общим минусом, но достать их практически невозможно. Для большинства нагрузок, которые потребляют ток не более 10А и не могут вызвать просадку бортового напряжения можно использовать простые схемы без дополнительного узла повышения напряжения. Такие схемы рассмотрены в этом разделе.

Первый ШИМ регулятор собран на инверторах логической КМОП микросхемы. Схема представляет собой генератор прямоугольных импульсов на двух логических элементах, в котором за счёт диодов раздельно меняется постоянная времени заряда и разряда частотозадающего конденсатора, что позволяет изменять скважность выходных импульсов и значение эффективного напряжения на нагрузке. В схеме можно использовать любые инвертирующие КМОП элементы, например К176ПУ2, К561ЛН1, а также любые элементы И, ИЛИ-НЕ, например К561ЛА7, К561ЛЕ5 и подобные, соответственно сгруппировав их входы. Полевой транзистор может быть любым из MOSFET , которые выдерживают максимальный ток нагрузки, но желательно использовать транзистор с как можно большим максимальным током, т.к. у него меньшее сопротивление открытого канала, что уменьшает рассеиваемую мощность и позволяет использовать радиатор меньшей площади. Достоинство схемы — простота и доступность элементов, недостатки — диапазон изменения выходного напряжения чуть меньше 100% и невозможно доработать схему с целью введения дополнительных режимов, например плавного автоматического увеличения или понижения напряжения на нагрузке, т.к. регулирование производится путём изменения сопротивления переменного резистора, а не изменением уровня управляющего напряжения.
Гораздо лучшими характеристиками обладает вторая схема, но количество элементов в ней чуть больше. Регулировка эффективного значения напряжения на нагрузке от 0 до 12 В производится изменением напряжения на управляющем входе от 8 до 12 В. Диапазон регулировки напряжения практически 100%. Максимальный ток нагрузки полностью определяется типом силового полевого транзистора и может быть очень значительным. Так как выходное напряжение пропорционально входному управляющему напряжению, схема может использоваться как составная часть системы регулирования, например системы поддержания заданной температуры, если в качестве нагрузки использовать нагреватель, а датчик температуры подключить к простейшему пропорциональному регулятору, выход которого подключается к управляющему входу устройства. Описанные устройства имеют в основе несимметричный мультивибратор, но ШИМ регулятор можно построить на микросхеме ждущего мультивибратора, как показано на следующей странице.

Плавная работа двигателя, без рывков и скачков мощности – это залог его долговечности. Для контроля этих показателей используется регулятор оборотов электродвигателя на 220В, 12 В и 24 В, все эти частотники можно изготовить своими руками или купить уже готовый агрегат.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.

Фото – шим контроллер оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

Двигателя переменного тока;
Главного контроллера привода;
Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Фото – синусоида нормальной работы электродвигателя

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.

Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

ШИМ регулятор предназначен для регулирования скорости вращения полярного двигателя,яркости освещения лампочки или мощностью нагревательного элемента.

Преимущества:
1 Простота изготовления
2 Доступность компонентов(стоимость не превышает 2$)
3 Широкое применение
4 Для новичков лишний раз потренироваться и порадовать себя=)

Однажды понадобился мне «девайс» для регулировки скорости вращения кулера. Для чего именно уже не помню. С начала пробовал через обычный переменный резистор, он сильно грелся и это было не приемлемо для меня. В итоге покопавшись в интернете нашел схему на мне уже знакомой микросхеме NE555. Это была схема обычного ШИМ регулятора с скважностью (длительностью) импульсов равной или меньше 50% (позже приведу графики как это работает). Схема оказалось очень простой и не требовала настройки, главное было не накосячить с подключением диодов и транзистора. Первый раз его собрал на макетной плате и испытал, все заработало с пол оборота. Позже уже развел небольшую печатную плату и аккуратнее все выглядело=) Ну теперь взглянем на саму схему!

Схема ШИМ регулятора

Из нее мы видим что это обычный генератор с регулятором скважности импульсов собранный по схеме из даташита. Резистором R1 мы и меняем эту скважность, резистор R2 служит нам защитой от КЗ, так как 4 вывод микросхемы через внутренний ключ таймера подключен на землю и при крайнем положении R1 он просто замкнет. R3 это подтягивающий резистор. С2 это задающий частоту конденсатор. Транзистор IRFZ44N — это N канальный мосфет. D3 — это защитный диод который предотвращает выхода из строя полевик при обрыве нагрузки. Теперь немного о скважности импульсов. Скважность импульса — это отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса, то есть через определенный промежуток времени будет происходить переход от (грубо говоря) плюса к минусу, а точнее от логической единицы к логическому нулю. Так вот этот промежуток времени между импульсами и есть та самая скважность.

Скважность при среднем положении R1

Скважность при крайнем левом положении R1

Скважность при крайнем правом положении R

Ниже приведу печатные платы с расположением деталей и без них

Теперь немного о деталях и их вид. Сама микросхема выполнена в DIP-8 корпусе, конденсаторы керамические малогабаритные, резисторы на 0,125-0,25 ватт. Диоды обычные выпрямительные на 1А (самое доступное это 1N4007 их везде навалом). Так же микросхему можно устанавливать на панельку, если в будущем вы хотите ее использовать в других проектах и лишний раз не выпаивать ее. Ниже приведу фотографии деталей.

Цифровой ШИМ регулятор оборотов коллекторного двигателя. kirich56 пишет в 9 июня, 2015

CCM5D Digital DC Motor Speed Controller/PWM Stepless Speed Control Switch Black Цена $14.47
Товар получен бесплатно для обзора

Еще один обзор на тему всяких вещей для самоделок. На этот раз я расскажу о цифровом регуляторе оборотов. Вещица по своему интересная, но хотелось большего.
Кому интересно, читайте дальше:)

Имея в хозяйстве некоторые низковольтные устройства типа небольшой шлифовальной машинки и т.п. я захотел немного увеличить их функциональный и эстетический вид. Правда это не получилось, хотя я надеюсь все таки добиться своего, возможно в другой раз, на за саму вещицу расскажу сегодня.
Производитель данного регулятора фирма Maitech, вернее именно это название часто встречается на всяких платках и блочках для самоделок, хотя сайт этой фирмы почему то мне не попался.

Из-за того, что я не сделал в итоге то, что хотел, обзор будет короче обычного, но начну как всегда с того, как это продается и присылается.
В конверте лежал обычный пакетик с защелкой.

В комплекте только регулятор с переменным резистором и кнопкой, жесткой упаковки и инструкции нет, но доехало все целым и без повреждений.

Сзади присутствует наклейка, заменяющая инструкцию. В принципе большего для такого устройства и не требуется.
Указан рабочий диапазон напряжения 6-30 Вольт и максимальный ток в 8 Ампер.

Внешний вид весьма неплох, темное «стекло», темно-серый пластик корпуса, в выключенном состоянии кажется вообще черным. По внешнему виду зачет, придраться не к чему. Спереди была приклеена транспортировочная пленка.
Установочные размеры устройства:
Длина 72мм (минимальное отверстие в корпусе 75мм), ширина 40мм, глубина без учета передней панели 23мм (с передней панелью 24мм).
Размеры передней панели:
Длина 42.5,мм ширина 80мм

Переменный резистор идет в комплекте с ручкой, ручка конечно грубовата, но для применения вполне сойдет.
Сопротивление резистора 100КОм, зависимость регулировки — линейная.
Как потом выяснилось, 100КОм сопротивление дает глюк. При питании от импульсного БП невозможно выставить стабильные показания, сказывается наводка на провода к переменному резистору, из-за чего показания скачут +\- 2 знака, но ладно бы скакали, вместе с этим скачут обороты двигателя.
Сопротивление резистора высокое, ток маленький и провода собирают все помехи вокруг.
При питании от линейного БП такая проблема отсутствует полностью.
Длина проводов к резистору и кнопке около 180мм.

Кнопка, ну тут ничего особенного. Контакты нормально открытые, установочный диаметр 16мм, длина 24мм, подсветки нет.
Кнопка выключает двигатель.
Т.е. при подаче питания индикатор включается, двигатель запускается, нажатие на кнопку его выключает, второе нажатие включает опять.
Когда двигатель выключен то индикатор так же не светится.

Под крышкой находится плата устройства.
На клеммы выведены контакты питания и подключения двигателя.
Плюсовые контакты разъема соединены вместе, силовой ключ коммутирует минусовой провод двигателя.
Подключение переменного резистора и кнопки разъемное.
На вид все аккуратно. Выводы конденсатора немного кривоваты, но я думаю что это можно простить:)

Индикатор довольно большой, высота цифры 14мм.
Размеры платы 69х37мм.

Плата собрана аккуратно, около контактов индикатора присутствуют следы флюса, но в целом плата чистая.
На плате присутствуют: диод для защиты от переполюсовки, стабилизатор 5 Вольт, микроконтроллер, конденсатор 470мкФ 35 Вольт, силовые элементы под небольшим радиатором.
Так же видны места под установку дополнительных разъемов, назначение их непонятно.

Набросал небольшую блок-схему, просто для примерного понимания что и как коммутируется и как подключается. Переменный резистор так и включен одной ногой к 5 Вольт, второй на землю. потому его можно спокойно заменить на более низкий номинал. На схеме нет подключений к нераспаянному разъему.

В устройстве использован микроконтроллер 8s003f3p6 производства STMicroelectronics.Насколько мне известно, этот микроконтроллер используется в довольно большом количестве разных устройств, например ампервольтметрах.

Стабилизатор питания 78M05 , при работе на максимальном входном напряжении нагревается, но не очень сильно.

Часть тепла от силовых элементов отводится на медные полигоны платы, слева видно большое количество переходов с одной стороны платы на другую, что помогает отводить тепло.
Так же тепло отводится при помощи небольшого радиатора, который прижат к силовым элементам сверху. Такое размещение радиатора кажется мне несколько сомнительным, так как тепло отводится через пластмассу корпуса и такой радиатор помогает несильно.
Паста между силовыми элементами и радиатором отсутствует, рекомендую снять радиатор и промазать пастой, хоть немного но станет лучше.

В силовой части применен транзистор IRLR7843 , сопротивление канала 3.3мОм, максимальный ток 161 Ампер, но максимальное напряжение всего 30 Вольт, потому я бы рекомендовал ограничивать входное на уровне 25-27 Вольт. При работе на околомаксимальных токах присутствует небольшой нагрев.
Так же рядом расположен диод, который гасит выбросы тока от самоиндукции двигателя.
Здесь применен STPS1045 10 Ампер, 45 Вольт. К диоду вопросов нет.

Первое включение. Так получилось, что испытания я проводил еще до снятия защитной пленки, потому на этих фото она еще есть.
Индикатор контрастный, в меру яркий, читается отлично.

Сначала я решил попробовать на мелких нагрузках и получил первое разочарование.
Нет, претензий к производителю и магазину у меня нет, просто я надеялся, что в таком относительно недешевом устройстве будет присутствовать стабилизация оборотов двигателя.
Увы, это просто регулируемый ШИМ, на индикаторе отображается % заполнения от 0 до 100%.
Мелкого двигателя регулятор даже не заметил, дня него это совсем смешной ток нагрузки:)

Внимательные читатели наверняка обратили внимание на сечение проводов, которыми я подключил питание к регулятору.
Да, дальше я решил подойти к вопросу более глобально и подключил более мощный двигатель.
Он конечно заметно мощнее регулятора, но на холостом ходу его ток около 5 Ампер, что позволило проверить регулятор на режимах более приближенных к максимальным.
Регулятор вел себя отлично, кстати я забыл указать что при включении регулятор плавно увеличивает заполнение ШИМ от нуля до установленного значения обеспечивая плавный разгон, на индикаторе при этом сразу показывается установленное значение, а не как на частотных приводах, где отображается реальное текущее.
Регулятор не вышел из строя, немного нагрелся, но не критично.

Так как регулятор импульсный, то я решил просто ради интереса потыкаться осциллографом и посмотреть что происходит на затворе силового транзистора в разных режимах.
Частота работы ШИМа около 15 КГц и не меняется в процессе работы. Двигатель заводится примерно при 10% заполнения.

Изначально я планировал поставить регулятор в свой старый (скорее уже древний) блок питания для мелкого электроинструмента (о нем как нибудь в другой раз). по идее он должен был стать вместо передней панели, а на задней должен был расположиться регулятор оборотов, кнопку ставить не планировал (благо при включении устройство сразу переходит в режим — включено).
Должно было получиться красиво и аккуратно.

Но дальше меня ждало некоторое разочарование.
1. Индикатор хоть и был немного меньше по габаритам чем вставка передней панели, но хуже было то, что он не влазил по глубине упираясь в стойки для соединения половинок корпуса.
и если пластмассу корпуса индикатора можно было срезать, то не стал бы все равно, так как дальше мешала плата регулятора.
2. Но даже если бы первый вопрос я бы решил, то была вторая проблема, я совсем забыл как у меня сделан блок питания. Дело в том, что регулятор рвет минус питания, а у меня дальше по схеме стоит реле реверса, включения и принудительной остановки двигателя, схема управления всем этим. И с их переделкой оказалось все куда сложнее:(

Если бы регулятор был со стабилизацией оборотов, то я бы все таки заморочился и переделал схему управления и реверса, либо переделал регулятор под коммутацию + питания. А так можно и переделаю, но уже без энтузиазма и теперь не знаю когда.
Может кому интересно, фото внутренностей моего БП, собирался он лет так около 13-15 назад, почти все время работал без проблем, один раз пришлось заменить реле.

Резюме.
Плюсы
Устройство полностью работоспособно.
Аккуратный внешний вид.
Качественная сборка
В комплект входит все необходимое.

Минусы
Некорректная работа от импульсных блоков питания.
Силовой транзистор без запаса по напряжению
При таком скромном функционале завышена цена (но здесь все относительно).

Мое мнение. Если закрыть глаза на цену устройства, то само по себе оно вполне неплохое, и выглядит аккуратно и работает нормально. Да, присутствует проблема не очень хорошей помехозащищенности, думаю что решить ее несложно, но немного расстраивает. Кроме того рекомендую не превышать входное напряжение выше 25-27 Вольт.
Больше расстраивает то, что я довольно много смотрел варианты всяких готовых регуляторов, но нигде не предлагают решение со стабилизацией оборотов. Возможно кто то спросит, зачем мне это. Объясню, как то попала в руки шлифовальная машинка со стабилизацией, работать гораздо приятнее чем обычной.

На этом все, надеюсь что было интересно:)

Шим регулятор с кнопочным управлением. Шим- регулятор постоянного напряжения на простой логике. Простая схема управления двигателем постоянного тока

При работе с множеством различных технологий часто стоит вопрос: как управлять мощностью, которая доступна? Что делать, если её необходимо понизить или повысить? Ответом на эти вопросы служит ШИМ-регулятор. Что он собой представляет? Где применяется? И как самому собрать такой прибор?

Что такое широтно-импульсная модуляция?

Без выяснения значения этого термина продолжать не имеет смысла. Итак, широтно-импульсная модуляция — это процесс управления мощностью, которая подводится к нагрузке, осуществляемая путём видоизменения скважности импульсов, которая делается при постоянной частоте. Существует несколько типов широтно-импульсной модуляции:

1. Аналоговый.

2. Цифровой.

3. Двоичный (двухуровневый).

4. Троичный (трехуровневый).

Что такое ШИМ-регулятор?

Теперь, когда мы знаем, что такое широтно-импульсная модуляция, можно поговорить и о главной теме статьи. Используется ШИМ-регулятор для того, чтобы регулировать напряжение питания и для недопущения мощных инерционных нагрузок в авто- и мототехнике. Это может звучать слишком сложно и лучше всего пояснить на примере. Допустим, необходимо сделать, чтобы лампы освещения салона меняли свою яркость не сразу, а постепенно. Это же относится к габаритным огням, автомобильным фарам или вентиляторам. Воплотить такое желание можно путём установки транзисторного регулятора напряжения (параметрический или компенсационный). Но при большом токе на нём будет выделяться чрезвычайно большая мощность и потребуется установка дополнительных больших радиаторов или дополнение в виде системы принудительного охлаждения с использованием маленького вентилятора, снятого с компьютерного устройства. Как видите, данный путь влечёт за собой много последствий, которые необходимо будет преодолеть.

Настоящим спасением из данной ситуации стал ШИМ-регулятор, который работает на мощных полевых силовых транзисторах. Они могут коммутировать большие токи (которые достигают 160 Ампер) при напряжении всего в 12-15В на затворе. Следует отметить, что сопротивление у открытого транзистора довольное мало, и благодаря этому можно заметно снизить уровень рассеиваемой мощности. Чтобы создать свой собственный ШИМ-регулятор, понадобится схема управления, которая сможет обеспечить разность напряжения между истоком и затвором в границах 12-15В. Если этого не получится достичь, то сопротивление канала будет сильно увеличиваться и значительно возрастёт рассеиваемая мощность. А это, в свою очередь, может привести к тому, что транзистор перегреется и выйдет из строя.

Выпускается целый ряд микросхем для ШИМ-регуляторов, которые смогут выдержать повышение входного напряжения до уровня 25-30В, при том, что питание будет всего 7-14В. Это позволит включать выходной транзистор в схеме вместе с общим стоком. Это, в свою очередь, необходимо для подключения нагрузки с общим минусом. В качестве примеров можно привести такие образцы: L9610, L9611, U6080B … U6084B. Большинство нагрузок не потребляет ток больше 10 ампер, поэтому они не могут вызвать просадку напряжения. И как результат — использовать можно и простые схемы без доработки в виде дополнительного узла, который будет повышать напряжение. И именно такие образцы ШИМ-регуляторов и будут рассмотрены в статье. Они могут быть построены на основе несимметрического или ждущего мультивибратора. Стоит поговорить про ШИМ-регулятор оборотов двигателя. Об этом далее.

Схема №1

Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы. Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора. Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат — значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И. В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы — доступность и простота элементов. Недостатки — сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Схема №2

Обладает лучшими характеристиками, нежели первый образец, но сложнее в выполнении. Может регулировать эффективное напряжение на нагрузке в диапазоне 0-12В, до которого изменяется с начального значения 8-12В. Максимальный ток зависит от типа полевого транзистора и может достигать значительных значений. Учитывая, что выходное напряжение является пропорциональным входному управляющему, данную схему можно использовать как часть системы регулирования (для поддержки уровня температуры).

Причины распространения

Чем привлекает автолюбителей ШИМ-регулятор? Следует отметить стремление к увеличению КПД, когда проводится построение вторичных для электронной аппаратуры. Благодаря данному свойству можно данную технологию найти также при изготовлении компьютерных мониторов, дисплеев в телефонах, ноутбуках, планшетах и подобной техники, а не только в автомобилях. Также следует отметить значительную дешевизну, которой отличается данная технология при своём использовании. Также, если решите не покупать, а собирать ШИМ-регулятор собственноручно, то можно сэкономить деньги при усовершенствовании своего собственного автомобиля.

Заключение

Что ж, вы теперь знаете, что собой представляет ШИМ-регулятор мощности, как он работает, и даже можете сами собрать подобные устройства. Поэтому, если есть желание поэкспериментировать с возможностями своего автомобиля, можно сказать по этому поводу только одно — делайте. Причем можете не просто воспользоваться представленными здесь схемами, но и существенно доработать их при наличии соответствующих знаний и опыта. Но даже если всё не получится с первого раза, то вы сможете получить очень ценную вещь — опыт. Кто знает, где он может в следующий раз пригодиться и насколько важным будет его наличие.

Наиболее простой метод регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ или PWM). Суть этого метода заключается в том, что напряжение питания подается на двигатель в виде импульсов. При этом частота следования импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться.

ШИМ сигнал характеризуется таким параметром как коэффициент заполнения или Duty cycle. Это величина обратная скважности и равна отношению длительности импульса к его периоду.

D = (t/T) * 100%

На рисунках ниже изображены ШИМ сигналы с различными коэффициентами заполнения.

При таком методе управления скорость вращения двигателя будет пропорциональна коэффициенту заполнения ШИМ сигнала.

Простейшая схема управления двигателем постоянного тока состоит из полевого транзистора, на затвор которого подается ШИМ сигнал. Транзистор в данной схеме выполняет роль электронного ключа, коммутирующего один из выводов двигателя на землю. Транзистор открывается на момент длительности импульса.

Как будет вести себя двигатель в таком включении? Если частота ШИМ сигнала будет низкой (единицы Гц), то двигатель будет поворачиваться рывками. Это будет особенно заметно при маленьком коэффициенте заполнения ШИМ сигнала.
При частоте в сотни Гц мотор будет вращаться непрерывно и его скорость вращения будет изменяться пропорционально коэффициенту заполнения. Грубо говоря, двигатель будет «воспринимать» среднее значение подводимой к нему энергии.

Существует много схем для генерации ШИМ сигнала. Одна из самых простых — это схема на основе 555-го таймера. Она требует минимум компонентов, не нуждается в настройке и собирается за один час.

Напряжение питания схемы VCC может быть в диапазоне 5 — 16 Вольт. В качестве диодов VD1 — VD3 можно взять практически любые диоды.

Если интересно разобраться, как работает эта схема, нужно обратиться к блок схеме 555-го таймера. Таймер состоит из делителя напряжения, двух компараторов, триггера, ключа с открытым коллектором и выходного буфера.

Вывод питания (VCC) и сброса (Reset) у нас заведены на плюс питания, допустим, +5 В, а земляной (GND) на минус. Открытый коллектор транзистора (вывод DISCH) подтянут к плюсу питания через резистор и с него снимается ШИМ сигнал. Вывод CONT не используется, к нему подключен конденсатор. Выводы компараторов THRES и TRIG объединены и подключены к RC цепочке, состоящей из переменного резистора, двух диодов и конденсатора. Средний вывод переменного резистора подключен к выводу OUT. Крайние выводы резистора подключены через диоды к конденсатору, который вторым выводом подключен к земле. Благодаря такому включению диодов, конденсатор заряжается через одну часть переменного резистора, а разряжается через другую.

В момент включения питания на выводе OUT низкий логический уровень, тогда на выводах THRES и TRIG, благодаря диоду VD2, тоже будет низкий уровень. Верхний компаратор переключит выход в ноль, а нижний в единицу. На выходе триггера установится нулевой уровень (потому что у него инвертор на выходе), транзисторный ключ закроется, а на выводе OUT установиться высокий уровень (потому что у него на инвертор на входе). Далее конденсатор С3 начнет заряжаться через диод VD1. Когда она зарядится до определенного уровня, нижний компаратор переключится в ноль, а затем верхний компаратор переключит выход в единицу. На выходе триггера установится единичный уровень, транзисторный ключ откроется, а на выводе OUT установится низкий уровень. Конденсатор C3 начнет разряжаться через диод VD2, до тех пор, пока полностью не разрядится и компараторы не переключат триггер в другое состояние. Далее цикл будет повторяться.

Приблизительную частоту ШИМ сигнала, формируемого этой схемой, можно рассчитать по следующей формуле:

F = 1.44/(R1*C1), [Гц]

где R1 в омах, C1 в фарадах.

При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:

F = 1.44/(50000*0.0000001) = 288 Гц.

Объединим две представленные выше схемы, и мы получим простую схему регулятора оборотов двигателя постоянного тока, которую можно применить для управления оборотами двигателя игрушки, робота, микродрели и т.д.

VT1 — полевой транзистор n-типа, способный выдерживать максимальный ток двигателя при заданном напряжении и нагрузке на валу. VCC1 от 5 до 16 В, VCC2 больше или равно VCC1.

Вместо полевого транзистора можно использовать биполярный n-p-n транзистор, транзистор дарлингтона, оптореле соответствующей мощности.

Регулировать значения уровня напряжение питания можно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество такой настройки состоит в том, что выходной транзистор работает в режиме ключа и может быть только в двух состояниях — открытом или закрытом, что исключает его перегрев, а значит использование большого радиатора и как следствие снижает расходы на электроэнергию.

На VT1 и VT2 построен мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов. Частота следования которых около 7кГц. С коллектора второго транзистора импульсы идут на мощный ключевой транзистор MOSFET N302AP, который и управляет подключенной нагрузкой. Скважность изменяется подстроечным сопротивлением R4. При крайнем левом положении этого сопротивления, смотри верхний рисунок импульсы на выходе узкие, что говорит о минимальной выходной мощности. При крайнем правом положении, устройство работает на максимальную мощность.

В качестве нагрузке к регулятору можно подключить лампы накаливания (в том числе и на 12 вольт), электродвигатели постоянного тока и даже регулировать ток в зарядном устройстве.

Конструкция очень простая, и при правильном монтаже сразу начинают работать. В качестве управляющего ключа, также как и в предыдущем случае применен мощный полевой n- канальный транзистор.

Если вдруг необходимо регулировать напряжение на нагрузке, один из контактов которой подключен к «массе» (такое бывает в автомобиле), то используется схема, в которой к плюсу блока питания подключен сток n -канального полевого транзистора, а нагрузка подключается к истоку.

Широтно — импульсные регуляторы постоянного тока

Для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей коллекторного типа обычно применяют резистор, который включают последовательно с двигателем. Но такой способ включения обеспечивает очень низкий КПД, а самое главное не позволяет осуществлять плавную регулировку оборотов (найти переменный резистор достаточной мощности на несколько десятков Ом совсем не просто). А самый главный недостаток такого способа, это то, что иногда происходит остановка ротора при снижении напряжения питания.

ШИМ-регуляторы , речь о которых пойдет в этой статье, позволяют осуществлять плавную регулировку оборотов без перечисленных выше недостатков. Помимо этого ШИМ-регуляторы так же можно применять и для регулировки яркости ламп накаливания.

На рис.1 приведена схема одного из таких ШИМ-регуляторов . Полевой транзистор VT1 является генератором пилообразного напряжения (с частотой повторения 150 Гц), а операционный усилитель на микросхеме DA1 работает как компаратор, формирующий ШИМ-сигнал на базе транзистора VT2. Частота вращения регулируется переменным резистором R5, изменяющим ширину импульсов. Благодаря тому, что их амплитуда равна напряжению питания, электродвигатель не будет «тормозить», а кроме этого можно добиться более медленного вращения, чем в обычном режиме.

Схема ШИМ регуляторов на рис.2 аналогична предыдущей, но задающий генератор здесь выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1. Этот ОУ функционирует в роли генератора импульсов напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Переменный резистор R7 позволяет осуществлять плавную регулировку вращения.

На рис.3. представлена весьма интересная схема регулятора. Этот ШИМ регулятор выполнен на интегральном таймере NE555 . Задающий генератор имеет частоту повторения 500 Гц. Длительность импульсов, а, следовательно, и частоту вращения ротора электродвигателя можно регулировать в диапазоне от 2 до 98 % периода повторения. Выход генератора ШИМ регулятора на таймере NE555 подключен к усилителю тока, выполненному на транзисторе VT1 и собственно управляет электродвигателем М1.

Главным недостатком схем рассмотренных выше является отсутствие элементов стабилизации частоты вращения вала при изменении нагрузки. А вот следующая схема, показанная на рис.4., поможет решить эту проблему.

Данный ШИМ регулятор как и большинство аналогичных устройств, имеет задающий генератор импульсов напряжения треугольной формы (частота повторения 2 кГц), выполненный на DA1.1.DA1.2, компаратор на DA1.3, электронный ключ на транзисторе VT1, а также регулятор скважности импульсов, а по сути частоты вращения электродвигателя — R6. Особенностью схемы является наличие положительной обратной связи посредством резисторов R12, R11, диода VD1,конденсатора C2, и DA1.4, которая обеспечивает постоянную частоты вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. При подключении ШИМ регулятора к конкретному электродвигателю при помощи резистора R12 производится регулировка глубины ПОС, при которой не возникает автоколебаний частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на вал двигателя.

Элементная база. В приведенных в статье схемах можно использовать следующие аналоги деталей: транзистор КТ117А можно заменить на КТ117Б-Г или как вариант на 2N2646; КТ817Б — КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 на К140УД6, или КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 на С555, или КР1006ВИ1; микросхему TL074 на TL064, или TL084, LM324. Если необходимо подключить к ШИМ-регулятору более мощную нагрузку ключевой транзистор КТ817 необходимо заменить более мощным полевым транзистором, как вариант, IRF3905 или подобным. Указанный транзистор способен пропускать токи до 50А.

Электронный регулятор скорости вращения коллекторного двигателя постоянного тока на основе широтно-импульсного модулятора

Электронный регулятор скорости вращения

коллекторного двигателя постоянного тока на основе

широтно-импульсного модулятора

1. Конструкция 1:

Реостатные схемы регулирования скорости вращения коллекторных двигателей постоянного тока, в том числе с применением силовых транзисторов, на которых падает часть напряжения, обладают низким КПД при малых и

средних оборотах. На балластных транзисторных ключах рассеивается значительная тепловая мощность, что ужесточяет требования к системе их охлаждения. Поэтому разработка системы регули- рования скорости вращения от нулевой до максимальной была проведена на основе импульсной схемы с изменением ширины прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на обмотку двигателя (широтно-импульсная модуляция — ШИМ).

На рис. 1 приведена принципиальная схема регулятора, на рис. 2 показан внешний вид печатной платы.

Рис.1. Схема принциапиальная регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока

На операционных усилителях (ОУ) DA1, DA2 собран генератор треугольного напряжения частотой около 5 кГц. ОУ DA3 включен по схеме компаратора, сравнивающего треугольное напряжение с опорным напряжением, снимаемым с движка потенциометра R7, служащего в качестве задатчика скорости вращения. В момент, когда треугольное напряжение становится меньше опорного, положительный сигнал с выхода компаратора открывает ключ VT1VT2, и на обмотки коллекторного двигателя подается полное напряжение питания (в данном случае 27 вольт). Когда треугольное напряжение больше опорного, ключ VT1VT2 закрыт, и напряжение на двигатель не поступает. При этом диод VD1 выполняет роль демпфирующего, поддерживая ток в обмотках двигателя. Цепочка стабилитронов VS1VS2, подключенная через балластный резистор R1 к источнику питания, служит для обеспечения питания ОУ двухполярным напряжением со средней точкой. По аналогичной схеме могут быть построены ШИМ-регуляторы на другие напряжения питания.

Рис. 2. Внешний вид печатной платы регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока. Размер платы 70 х 100 мм2.

2. Конструкция 2:

Не менее простая схема приведена на втором рисунке. Она содержит в основе очень широко распространённый интегральный таймер NE555N (КР1006ВИ1), нагруженный на затвор полевого транзистора.

Схема содержат микросхему с большим выходным током, что позволяет использовать практически любые полевые транзисторы с любой паразитной ёмкостью затвора. При токе нагрузки до 0,1А нагрузку можно включать непосредственно на выходы микросхем, не используя полевые транзисторы. Как было указано на предыдущих страницах, для полного открытия канала силового полевого транзистора на его затворе должно быть напряжение не менее 12 … 15 В, поэтому напряжение питания всех ранее рассмотренных схем не должно быть меньше 12 … 15 В. Если требуется регулировать меньшее напряжение, например 0 … 6 В для регулировки яркости переносных фонарей, вместо полевых транзисторов можно использовать биполярные NPN транзисторы, предназначенные для работы в ключевых схемах и имеющие очень малое падение напряжения в открытом состоянии. При токах нагрузки до 1А хорошо подходит транзистор КТ630А, а при больших токах ( до 10А, 30В) просто идеален КТ863А, В. В цепь базы транзисторов необходимо включить токоограничительный резистор сопротивлением 150 … 510 Ом. Все схемы , описанные в разделе, позволяют регулировать напряжение значительно большее 12 В. Для этого требуется обеспечить напряжение 12 … 15 В для питания ШИМ схемы регулирования, а полевой транзистор выбрать соответственно требуемому напряжению и току нагрузки.

3. Конструкция 3:

Простая схема на операционном усилителе и однопереходном транзисторе:

Ссылки:

1.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — М.: Мир, 1982. — 512 с., ил.

1.»Широтно-импульсные регуляторы постоянного тока», http://kravitnik.narod.ru/switch/switch5.html

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенные схемы годятся (практически) только для слабосильных

электродвигателей.

Для более мощных требуется отдельная разработка схемы управления.

Что такое шим регулятор оборотов. ШИМ-регулятор. Широтно-импульсная модуляция. Схема. Двухканальный регулятор для мотора

Сам принцип широтно-импульсного моделирования (ШИМ) известен уже давно, но применяться в различных схемах он стал относительно недавно. Он является ключевым моментом для работы многих устройств, используемых в различных сферах: источники бесперебойного питания различной мощности, частотные преобразователи, системы регулирования напряжения, тока или оборотов, лабораторные преобразователи частоты и т.д. Он прекрасно показал себя в автомобилестроении и на производстве в качестве элемента для управления работой как сервисных, так и мощных электродвигателей. ШИМ-регулятор хорошо зарекомендовал себя при работе в различных цепях.

Давайте рассмотрим несколько практических примеров, показывающих, как можно регулировать скорость вращения электродвигателя с помощью электронных схем, в состав которых входит ШИМ-регулятор. Предположим, что вам необходимо изменить обороты электродвигателя в системе отопления салона вашего автомобиля. Достаточно полезное усовершенствование, не правда ли? Особенно в межсезонье, когда хочется регулировать температуру в салоне плавно. Двигатель постоянного тока, установленный в этой системе, позволяет изменять обороты, но необходимо повлиять на его ЭДС. С помощью современных электронных элементов эту задачу легко выполнить. Для этого в двигателя включается мощный полевой транзистор. Управляет им, как вы уже догадались, ШИМ- С его помощью можно менять обороты электродвигателя в широких пределах.

Каким образом работает ШИМ-регулятор в цепях В этом случае используется несколько иная схема регулирования, но принцип работы остается тем же. В качестве примера можно рассмотреть работу частотного преобразователя. Такие устройства широко применяются на производстве для регулирования скорости двигателей. Для начала трехфазное напряжение выпрямляется с помощью моста Ларионова и частично сглаживается. И только после этого подается на мощную двуполярную сборку или модуль на базе полевых транзисторов. Управляет же им собранный на базе микроконтроллера. Он и формирует контрольные импульсы, их ширину и частоту, необходимую для формирования определенной скорости электродвигателя.

К сожалению, помимо хороших эксплуатационных характеристик, в схемах, где используется ШИМ-регулятор обычно появляются сильные помехи в силовой цепи. Это связано с наличием индуктивности в обмотках электродвигателей и самой линии. Борются с этим самыми разнообразными схемными решениями: устанавливают мощные сетевые фильтры в цепях переменного тока или ставят обратный диод параллельно двигателю в цепях постоянного электропитания.

Такие схемы отличаются достаточно высокой надежностью в работе и являются инновационными в сфере управления электроприводами различной мощности. Они достаточно компактны и хорошо управляемы. Последние модификации таких устройств широко применяются на производстве.

ШИМ или PWM (широтно-импульсная модуляция, по-английски pulse-width modulation) – это способ управления подачей мощности к нагрузке. Управление заключается в изменении длительности импульса при постоянной частоте следования импульсов. Широтно-импульсная модуляция бывает аналоговой, цифровой, двоичной и троичной.

Применение широтно-импульсной модуляции позволяет повысить КПД электрических преобразователей, особенно это касается импульсных преобразователей, составляющих сегодня основу вторичных источников питания различных электронных аппаратов. Обратноходовые и прямоходовые однотактные, двухтактные и полумостовые, а также мостовые импульсные преобразователи управляются сегодня с участием ШИМ, касается это и резонансных преобразователей.

Широтно-импульсная модуляция позволяет регулировать яркость подсветки жидкокристаллических дисплеев сотовых телефонов, смартфонов, ноутбуков. ШИМ реализована в , в автомобильных инверторах, в зарядных устройствах и т. д. Любое зарядное устройство сегодня использует при своей работе ШИМ.

В качестве коммутационных элементов, в современных высокочастотных преобразователях, применяются биполярные и полевые транзисторы, работающие в ключевом режиме. Это значит, что часть периода транзистор полностью открыт, а часть периода — полностью закрыт.

И так как в переходных состояниях, длящихся лишь десятки наносекунд, выделяемая на ключе мощность мала, по сравнению с коммутируемой мощностью, то средняя мощность, выделяемая в виде тепла на ключе, в итоге оказывается незначительной. При этом в замкнутом состоянии сопротивление транзистора как ключа очень невелико, и падение на нем напряжения приближается к нулю.

В разомкнутом же состоянии проводимость транзистора близка к нулю, и ток через него практически не течет. Это позволяет создавать компактные преобразователи с высокой эффективностью, то есть с небольшими тепловыми потерями. А резонансные преобразователи с переключением в нуле тока ZCS (zero-current-switching) позволяют свести эти потери к минимуму.

В ШИМ-генераторах аналогового типа, управляющий сигнал формируется аналоговым компаратором, когда на инвертирующий вход компаратора, например, подается треугольный или пилообразный сигнал, а на неинвертирующий — модулирующий непрерывный сигнал.

Выходные импульсы получаются , частота их следования равна частоте пилы (или сигнала треугольной формы), а длительность положительной части импульса связана с временем, в течение которого уровень модулирующего постоянного сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход компаратора, оказывается выше уровня сигнала пилы, который подается на инвертирующий вход. Когда напряжение пилы выше модулирующего сигнала — на выходе будет отрицательная часть импульса.

Если же пила подается на неинвертирующий вход компаратора, а модулирующий сигнал — на инвертирующий, то выходные импульсы прямоугольной формы будут иметь положительное значение тогда, когда напряжение пилы выше значения модулирующего сигнала, поданного на инвертирующий вход, а отрицательное — когда напряжение пилы ниже сигнала модулирующего. Пример аналогового формирования ШИМ — микросхема TL494, широко применяющаяся сегодня при построении импульсных блоков питания.

Цифровая ШИМ используются в двоичной цифровой технике. Выходные импульсы также принимают только одно из двух значений (включено или выключено), и средний уровень на выходе приближается к желаемому. Здесь пилообразный сигнал получается благодаря использованию N-битного счетчика.

Цифровые устройства с ШИМ работают также на постоянной частоте, обязательно превосходящей время реакции управляемого устройства, этот подход называется передискретизацией. Между фронтами тактовых импульсов, выход цифрового ШИМ остается стабильным, или на высоком, или на низком уровне, в зависимости от текущего состояния выхода цифрового компаратора, который сравнивает уровни сигналов на счетчике и приближаемый цифровой.

Выход тактуется как последовательность импульсов с состояниями 1 и 0, каждый такт состояние может сменяться или не сменяться на противоположное. Частота импульсов пропорциональна уровню приближаемого сигнала, а единицы, следующие друг за другом могут сформировать один более широкий, более продолжительный импульс.

Получаемые импульсы переменной ширины будут кратны периоду тактования, а частота будет равна 1/2NT, где T – период тактования, N – количество тактов. Здесь достижима более низкая частота по отношению к частоте тактования. Описанная схема цифровой генерации — это однобитная или двухуровневая ШИМ, импульсно-кодированная модуляция ИКМ.

Эта двухуровневая импульсно-кодированная модуляция представляет собой по сути серию импульсов с частотой 1/T, и шириной Т или 0. Для усреднения за больший промежуток времени применяется передискретизация. Высокого качества ШИМ позволяет достичь однобитная импульсно-плотностная модуляция (pulse-density-modulation), называемая также импульсно-частотной модуляцией.

При цифровой широтно-импульсной модуляции прямоугольные подимпульсы, которыми оказывается заполнен период, могут приходиться на любое место в периоде, и тогда на среднем за период значении сигнала сказывается только их количество. Так, если разделить период на 8 частей, то комбинации импульсов 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 и т. д. дадут одинаковое среднее значение за период, тем не менее, отдельно стоящие единицы утяжеляют режим работы ключевого транзистора.

Корифеи электроники, повествуя о ШИМ, приводят такую аналогию с механикой. Если при помощи двигателя вращать тяжелый маховик, то поскольку двигатель может быть либо включен, либо выключен, то и маховик будет либо раскручиваться и продолжать вращаться, либо станет останавливаться из-за трения, когда двигатель выключен.

Но если двигатель включать на несколько секунд в минуту, то вращение маховика будет поддерживаться, благодаря инерции, на некоторой скорости. И чем дольше продолжительность включения двигателя, тем до более высокой скорости раскрутится маховик. Так и с ШИМ, на выход приходит сигнал включений и выключений (0 и 1), и в результате достигается среднее значение. Проинтегрировав напряжение импульсов по времени, получим площадь под импульсами, и эффект на рабочем органе будет тождественен работе при среднем значении напряжения.

Так работают преобразователи, где переключения происходят тысячи раз в секунду, и частоты достигают единиц мегагерц. Широко распространены специальные ШИМ-контроллеры, служащие для управления балластами энергосберегающих ламп, блоками питания, и т. д.

Отношение полной длительности периода импульса ко времени включения (положительной части импульса) называется скважностью импульса. Так, если время включения составляет 10 мкс, а период длится 100 мкс, то при частоте в 10 кГц, скважность будет равна 10, и пишут, что S = 10. Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения импульса, по-английски Duty cycle, или сокращенно DC.

Так, для приведенного примера DC = 0.1, поскольку 10/100 = 0.1. При широтно-импульсной модуляции, регулируя скважность импульса, то есть варьируя DC, добиваются требуемого среднего значения на выходе электронного или другого электротехнического устройства, например двигателя.

Что такое широтно-импульсная модуляция?

1. Аналоговый.

2. Цифровой.

3. Двоичный (двухуровневый).

4. Троичный (трехуровневый).

Что такое ШИМ-регулятор?

Схема №1

Схема №2

Причины распространения

Заключение

Классическая схема широтно-импульсного модуля управления 12-ти вольтовой нагрузкой, схема собрана на основе таймера 555 и полевого транзистора.

Для небольшого настольного станка с 12 В питанием, что купил недавно на Али, понадобился модуль регулятора скорости вращения двигателя. В общем решил сделать свою собственную схему, так как снова заказывать этот блок не хотелось, до и дорого будет готовый брать.

Схема ШИМ контроллера 12В

Поразмыслив пришёл к выводу, что нужна схема для регулятора скорости мотора постоянного тока в виде ШИМ-контроллера. Он может сделать гораздо больше, чем просто изменять скорость двигателя. Данная схема имеет выход 12 вольт с различной скважностью и её можно использовать в качестве многих других целей:

Регулятор скорости мотора;
Светодиодный диммер подсветки;
Регулятор тепла для нагреваемого провода;
Регулятор напряжения для электролитического травления и т. д.

Все запчасти могут куплены за копейки, или выпаяны со старых плат с деталями. Далее список радиодеталей для сборки схемы:

Детали для регулятора

1 х 0,01 мкФ керамический конденсатор
1 х 0.1 мкФ керамический конденсатор
2 х 1N4001 выпрямительные диоды
1 х 1N4004 выпрямительный диод
1 х IRF530 100 В 14 А полевой транзистор
1 х 100 Ом резистор
1 х 1 кОм резистор
1 х NE555 таймер
1 x 8-контактный разъем под м/с
1 х 100 кОм потенциометр
1 х 70 х 100 односторонняя ПП

На этой картинке показана печатная монтажная плата для сборки ШИМ регулятора, но вы можете разработать свой вариант. При пайке обратите внимание на расположение таймера 555. Все остальные детали вполне понятны куда чего.

Есть 3 перемычки на плате: от GND к С1, с контакта 7 555 на D1 и GND к IRF530.

Также на плате есть сквозное отверстие под транзистор IRF530 — это на теплоотвод.

При подключении мотора, нужно проверить направление вращения двигателя, прежде чем переходить к окончательной сборке, хотя электромотор будет исправно работать в любом направлении. Ну вот и вся конструкция, проверенная и 100% рабочая — успехов вам в её самостоятельной сборке!

Диагностика автомобильных ШИМ-регуляторов напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «APRIORI. CЕРИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»

УДК 621.317.2

ДИАГНОСТИКА АВТОМОБИЛЬНЫХ

ШИМ-РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Мускатиньев Александр Валентинович

канд. техн. наук Кульков Евгений Александрович

студент

Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, Саранск

Аннотация. В статье рассматриваются два типа автомобильных регуляторов напряжения: релейного типа и ШИМ-регуляторы. Предлагается устройство диагностики ШИМ-регуляторов на основе простой электрической схемы, в которой регулятор выполняет функцию стабилизации напряжения бортовой сети. Контроль работоспособности регулятора осуществляется по величине напряжения сети.

Ключевые слова: регулятор напряжения; генератор; ШИМ-регулятор; ток возбуждения.

THE METHOD OF MEASURING THE BARRIER CAPACITY OF THE POWER SEMICONDUCTOR DEVICES

Muskatinyev Alexander Valentinovich

candidate of technical sciences Kulykov Evgeny Alexandrovich

student

Mordovian state university of N.P. Ogaryov, Saransk

Abstract. This article discusses two types of automotive voltage regulators: relay type and PWM-regulators. An apparatus diagnostic PWM- regulators on the basis of a simple electric circuit, which control the function of stabilizing the voltage on-board network. Control regulator performance is carried out on the value of the supply voltage.

Key words: voltage regulator; generator; PWM controller; excitation current.

Введение

В современных автомобилях, в основном, применяется генератор переменного тока с обмоткой возбуждения, расположенной на роторе. Вращающаяся обмотка возбуждения соединяется с внешней электрической цепью при помощи контактных колец на роторе и графитовых щеток, располагающихся неподвижно на крышке генератора, или интегрированных с регулятором напряжения. Такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомобильных генераторах переменного тока, которые работают с параллельной обмоткой возбуждения [1].

Напряжение генератора определяется тремя факторами — частотой вращения ротора п, силой тока !н, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока Ф.

Электродвижущая сила (ЭДС) Ег генератора является функцией двух переменных: частоты вращения ротора и тока в обмотке возбуждения !в. То-есть [2]:

Er = f (П, 1в) = С Ф П, (1)

где С — постоянный конструктивный коэффициент. Магнитный поток Ф в генераторе формируется магнитодвижущей силой, определяемой как:

Fв = W и, (2)

где W — число витков обмотки возбуждения.

При работе генератора без нагрузки его напряжение иг равно электродвижущей силе Ег. Напряжение генератора под нагрузкой током !н меньше ЭДС Ег на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении Rr генератора, т.е. можно записать:

Ег = и + = и (I + Р) (3)

где Р = 1н Rr/ Ег — коэффициент нагрузки. Выражение (3) с учетом (1) примет вид:

иг = п С Ф/ (1 + Р) (4)

Данное уравнение показывает, что при разных частотах п вращения ротора генератора и при изменяющейся нагрузке Р, постоянство напряжения иг генератора может быть получено только соответствующим изменением магнитного потока Ф или, в конечном счете, тока 1в обмотки возбуждения. Все регуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение генератора в нужные пределы.

Разновидности регуляторов напряжения Структурная схема регулятора напряжения представлена на рис. 1 [3].

Рис. 1. Структурная схема автомобильного регулятора напряжения

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий элемент 4. Измерительный элемент воспринимает выходное напряжение и генератора 2 и преобразует его в сигнал иизм., который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением иэт. Если величина иизм. отличается от эталонной величины иэт, на выходе сравнивающего элемента появляется сигнал и0, который воздействует на регулирующий элемент. Он изменяет ток 1в в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

В генераторах применяются электронные транзисторные регуляторы релейного типа и регуляторы с широтно-импульсной модуляцией, которые вытесняют первые. Принцип работы релейного регулятора напряжения можно рассмотреть на примере упрощенной схемы (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема релейного автомобильного регулятора напряжения

К стабилитрону VD1 прикладывается напряжение с выхода генератора (клемма Д) через делитель напряжения на резисторах К1, К2. Пока напряжение генератора мало, стабилитрон закрыт, транзистор VII тоже закрыт. Ток через резистор R6 открывает пару транзисторов УТ2 — УТ3, соединенных по схеме Дарлингтона. При этом обмотка возбуждения генератора через переход эмиттер-коллектор VT3 подключена к цепи питания. В схеме на рис. 2 диод VD2 обеспечивает путь протекания тока возбуждения при разомкнутом состоянии составной пары транзисторов VT2, VT3. Сопротивление R3 обеспечивает положительную обратную связь в регуляторе напряжения, превращая его в триггер Шмита, обла-

дающего гистерезисными свойствами и улучшенными характеристиками переключения транзисторов УТ1 — УТ3.

Если напряжение генератора возросло, например, за счет увеличения частоты вращения ротора или из-за уменьшения нагрузки по току в бортовой сети автомобиля, то стабилитрон VD1 пробивается, транзистор УТ1 открывается, а транзисторы VT2, VТЗ закрываются, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения снижается, напряжение генератора уменьшается. Стабилитрон VD1 снова закрывается, и процесс повторяется.

Таким образом, регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно за счет относительного изменения времени подключения 1вкл и времени отключения 1выкл. обмотки возбуждения от цепи питания. При этом форма тока в обмотке возбуждения показана на рис. 3. При большей частоте вращения среднее значение тока возбуждения 1В2 и параметр 1вкл уменьшается, а 1выкл увеличивается. При меньшей частоте вращения или большей нагрузки указанные параметры изменяются противоположным образом.

/В

к /ш 1 Л/ 1яык. 1 *2

А (ека 1

/ ‘ V к Л /

¡в, т, N Г

1Вз г2 г -►

Рис. 3. Форма токов 1В в обмотке возбуждения при различных частотах вращения п (п2 > п1) ротора генератора

В релейном регуляторе период изменения тока возбуждения Т — величина переменная. То-есть частота переключения регулятора зависит от режима работы генератора и изменяется в пределах 25-200 герц.

В регуляторах напряжения с ШИМ частота переключения постоянна и равна примерно 20 кГц. Упрощенная функциональная схема такого регулятора показана на рис. 4. Включение его в бортовую сеть автомобиля с напряжением ис осуществляется через контакты К1-К3. Причем пара контактов К2-К3 представляет собой графитовые щетки, подключаемые к ротору генератора. Нагрузка сети имитируется резистором Кн.

Рис. 4. Функциональная схема регулятора напряжения с ШИМ

Регулятор содержит стандартные для подобных устройств блоки. Генератор формирует тактовые импульсы для управления КБ-триггером по Б входу, устанавливая его в единичное состояние в начале каждого периода работы. В этот момент ключевой транзистор VI включается, и через обмотку возбуждения ОВ генератора начинает протекать нарастающий ток. Напряжение ис в бортовой сети начинает увеличиваться. Усиленная разность между опорным напряжением иоп и напряжением

сети ис сравнивается в компараторе (рис.4) с напряжением пилообразной формы. В момент их равенства компаратор сбрасывает триггер, транзистор VI выключается, и ток возбуждения уменьшается, замыкаясь через диод VD (рис. 4). В следующий период тактовых импульсов процессы в схеме повторяются. Длительность открытого состояния транзистора VI будет тем больше, чем меньше напряжение бортовой сети относительно опорного напряжения.

Решение задачи

В специализированных торговых сетях возникает необходимость осуществления входного контроля регуляторов напряжения разных производителей. В авторемонтных предприятиях подобную задачу решают на дорогостоящих специальных стендах, содержащих генератор с электроприводом. Однако проверку регулятора можно провести проще, используя методы диагностики без применения электрических машин.

Рис. 5. Принципиальная схема для испытания регуляторов

напряжения с ШИМ

На рис. 5 показана одна из принципиальных схем, предназначенная для испытания регуляторов напряжения с ШИМ. Назначение элементов в

схеме следующее. Накопительный конденсатор С выполняет роль аккумулятора цепи, который заряжается от источника Е (ЭДС генератора) через сопротивление КЗ (внутреннее сопротивление генератора). Транзистор УТ2 и резистор К6 имитируют импульсную нагрузку автомобильной сети для конденсатора С. Транзистор УТ2 управляется сигналом с коллектора ключа VII, входящего в состав регулятора, который подключается к испытательной схеме с помощью трех контактов К1-К3. По показаниям вольтметра V можно сделать вывод об исправности регулятора.

В установившемся режиме работа схемы происходит следующим образом.2 принудительно меняются установкой триггера, и процессы в схеме повторяются. Таким образом, стабилизация напряжения сети около 14 В выполняется импульсным способом с помощью ШИМ, в отличие, например, от линейного [4,5], где регулирующий элемент работает в активном режиме.

Номиналы элементов схемы следующие: КЗ = 47 Ом, К4 = К5 = 1 кОм, К6 = 100 Ом, С = 3,3 мкФ. Транзистор VT2 — КТ972.

Список использованных источников

1. Принципы построения автомобильных генераторов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// avto-barmashova.ru/avtotronoe_ oborudovanie/prinzip_postroeni_avto_generatorov/index.html

2. Регуляторы напряжения автомобильных генераторов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://avto-barmashova.ru/avtotronoe_ oborudovanie/regul_naprag_avto_g eneratorov/i ndex.html

3. Принцип действия регулятора напряжения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://principact.ru/content/view/156/81

4. Патент на полезную модель 49281 RU, МПК7001 R 31/26. Устройство для измерения токов утечки силовых полупроводниковых приборов / А.А. Мускатиньев (RU), А.В. Мускатиньев (RU). № 2005121204/22; заявлено 06.07.2005; опубл. 10.11.2005, Бюл. № 31. 2 с.

5. Мускатиньев А.В., Мускатиньев А.А. Особенности измерения токов утечки в силовых полупроводниковых приборах в состоянии низкой проводимости // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014. № 3 (19). С. 157-163.

Регуляторы напряжения

Rev Up Управление вентилятором на основе ШИМ

Простейшая из схем управления вентилятором — двухпозиционный переключатель — проста, но неэффективна, поскольку большую часть времени обеспечивает большее охлаждение, чем необходимо. Когда он включен, полностью включенный вентилятор, управляемый переключателем, также генерирует максимальное количество шума. В последнее время использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ) повысило эффективность и регулирование контроллеров вентиляторов, но ШИМ также не является идеальным решением. Однако есть две альтернативы прямому использованию сигналов ШИМ для управления скоростью 3-проводных вентиляторов.Один из них представляет собой недорогой «пуленепробиваемый» метод, основанный на линейном регуляторе, а другой — более эффективный подход, в котором используется импульсный стабилизатор.

Типичные ИС контроллера вентилятора обеспечивают выход ШИМ для регулирования скорости вентилятора. Обычно этот низкочастотный сигнал (от ~ 30 Гц до 100 Гц) регулирует скорость вращения вентилятора в минуту путем включения и выключения двигателя вентилятора с помощью регулируемого рабочего цикла. К сожалению, отключение питания 3-проводного вентилятора (источник питания, земля и выход тахометра) подавляет сигнал тахометра, который обеспечивает обратную связь с контроллером вентилятора, поскольку отключение сигнала во время низких частей рабочего цикла влияет на контур управления.Некоторые контроллеры вентиляторов пытаются компенсировать этот эффект, но с ограниченным успехом. Включение / выключение цикла также может производить нежелательный щелчок.

Одним из решений этих проблем является сглаживание сигнала ШИМ с помощью фильтра нижних частот и использование этого напряжения для управления линейным драйвером. Для вентилятора 12 В результирующее управляющее напряжение обычно составляет от 5 до 12 В, и вы можете использовать недорогой линейный регулятор напряжения для управления вентилятором. В противном случае такие схемы вводят RC-фильтр для сглаживания выходного сигнала ШИМ, который затем буферизуется операционным усилителем и усиливается внешним транзистором.Такой подход является функциональным, но без дополнительных схем защиты он может выйти из строя. Закороченный вентилятор может вызвать повреждение цепи.

Популярный линейный стабилизатор напряжения хорошо подходит для привода вентилятора. Он сочетает в себе операционный усилитель, проходной транзистор, ограничитель тока, защиту от короткого замыкания и защиту от перегрева в одном корпусе по разумной цене. Что еще более важно, типичная ИС линейного регулятора может подавать ток от 0,5 А до 1,5 А, что подходит для большинства современных приложений управления вентиляторами.

В типичном приложении контроллер подает сигнал ШИМ с частотой 100 Гц на базу проходного транзистора, который регулирует скорость вращения вентилятора в соответствии с рабочим циклом ШИМ, путем включения и выключения тока двигателя вентилятора. Схема (рис. 1) также управляет вентилятором с помощью ШИМ-сигнала 100 Гц, генерируемого выходным сигналом с открытым стоком U1 (MAX6639, двухканальный датчик температуры с двойным автоматическим ШИМ-регулятором скорости вращения вентилятора).

Однако вместо управления включением / выключением проходного транзистора сигнал ШИМ в рис.1 управляет уровнем выходного напряжения линейного регулятора напряжения (U2). Выход PWM U1 сглаживается RC-цепью, состоящей из эквивалента Thevenin R1, R2A и R2B, умноженного на значение C2.

U2 регулирует свой выход для поддержания 1,25 В между выводами V _OUT и ADJ. Временно игнорируя влияние U1, выходное напряжение U2 (V _OUT) составляет 1,25 В × (1 + R2 / R1), где R2 = R2A + R2B. Чтобы учесть управляющее влияние U1, обратите внимание, что R2A устанавливает минимальное выходное напряжение.Когда бит PWM-полярности U1 установлен на положительный рабочий цикл, рабочий цикл 0% дает низкий сигнал PWM, который постоянно включает выход с открытым стоком, удаляя R2B путем короткого замыкания. Показанное значение R2A (3,3 кОм) обеспечивает минимальное выходное напряжение 4,7 В, что достаточно мало, чтобы минимизировать энергопотребление вентилятора, обеспечивая при этом действительный сигнал тахометра от вентилятора.

Сумма R2B и R2A устанавливает максимальное значение V _OUT. При 100% рабочем цикле выход с открытым стоком открыт (выключен), поэтому полное значение R2B присутствует в цепи делителя.Значение R2B, равное 7,5 кОм, обеспечивает максимальное напряжение V _OUT, равное 12,5 В. C1 и C4 — типичные входные-обходные конденсаторы, а C3 — выходной конденсатор U2, который сглаживает выходное напряжение и подает переменный ток пульсаций на вентилятор.

Торговая простота ради эффективности

Схема линейного регулятора, описанная ранее, обеспечивает нормальную работу тахометра вместе с защитой от перегрева и коротких замыканий, но это происходит за счет рассеивания мощности.Для маломощных вентиляторов это дополнительное рассеивание может не быть проблемой, но, безусловно, для больших вентиляторов. При падении примерно на 7 В (с 12 В до 5 В) при токе 500 мА в стабилизаторе или проходном транзисторе рассеивается 3,5 Вт. Тем не менее, вентилятор предназначен для охлаждения других элементов схемы, а не самого контроллера вентилятора.

Сейчас самое время, как и для других схем управления питанием, которые стремятся к повышению эффективности и меньшему рассеянию мощности, рассмотреть импульсный стабилизатор. Как и линейный регулятор, описанный выше, он должен сглаживать и сдвигать уровень низкочастотного ШИМ-сигнала контроллера вентилятора.И снова, контроллер, выбранный в этом примере, представляет собой 2-канальный датчик температуры с двойным автоматическим ШИМ-управлением скоростью вращения вентилятора (MAX6639). Что касается линейного регулятора, мы предпочитаем популярную деталь, такую как LM317.

Выбрать импульсный стабилизатор сложнее, потому что существует множество вариантов, топологий и производителей. Однако в этом случае выбор значительно сокращается из-за требуемого типа переключателя: он должен быть понижающим типом, который снижает напряжение батареи ноутбука или внешнего источника питания с 12 В до 5 В.Он также должен обеспечивать ограничение тока для закороченного вентилятора, работу с умеренно высоким напряжением (25 В или выше) для прямой работы при подключении к зарядному устройству, встроенные управляющие транзисторы и простую обратную связь в режиме напряжения. Эти критерии управляли выбором U2, показанного на рис. 2 (MC33063A).

U2 выполнен в виде классического понижающего регулятора. Поскольку в схеме используются внутренние транзисторы, мы должны поддерживать их пиковые токи ниже указанного предела 1,5 А. Пиковый ток для ступенчатой конфигурации составляет I _PK = 2I _OUT, поэтому мы должны ограничить I _OUT _MAX до менее 750 мА.R3 устанавливает предел пикового тока: R3 = 0,3 В / I _PK. При R3 = 0,5 Ом, как показано, предел пикового тока составляет 600 мА, что позволяет использовать катушку индуктивности с более низким номинальным током и 1-А шоттки для рециркуляционного диода D1.

Чтобы избежать слышимого шума, C1 устанавливает частоту генератора ШИМ в ультразвуковую область (50 кГц). Эта частота обеспечивает хороший КПД, не требуя необоснованно большой индуктивности. Исходя из минимального выходного напряжения 5 В, значение L1 было установлено на 47 мкГн.

Выходное напряжение, подаваемое на вентилятор, составляет V _OUT = 1,25 В × (1 + R2 / R1), где R1 — это параллельная комбинация R1A и R1B. ШИМ-выход U1 представляет собой сигнал с открытым стоком частотой 100 Гц. При 100% рабочем цикле выход ШИМ представляет собой выключенный транзистор с открытым стоком, который эффективно отключает R1B от схемы.

Напряжение вентилятора тогда равно В _OUT = 1,25 В × (1 + 3,6 кОм / 1,2 кОм) = 5 В. При рабочем цикле 0% выход ШИМ фактически представляет собой потенциал земли. Тогда R1 представляет собой параллельную комбинацию R1A (1.2 кОм) и R1B (600 Ом) или 400 Ом. Таким образом, напряжение вентилятора составляет:

На практике фактическое выходное напряжение немного ниже. Выход ШИМ U1 не привязан к истинному заземлению. Вместо этого он находится на напряжении, создаваемом значением выходного транзистора R _DS _ON, умноженном на 2 мА (то есть опорное напряжение 1,25 В на выводе 5 U2, деленное на R1B = 600 Ом). Как объяснялось ранее, рабочий цикл 0% дает 12,5 В, а коэффициент заполнения 100% дает 5 В. Обычно вы бы предпочли противоположное (большее охлаждение при увеличении рабочего цикла), что легко достигается путем инвертирования выходной полярности сигнал ШИМ через бит конфигурации.

В промежуточных рабочих циклах выход ШИМ сглаживается C4. Более высокое значение емкости снизит пульсации за счет времени отклика. Таким образом, 1 мкФ был выбран как хороший компромисс между временем отклика и снижением пульсаций.

Гистерезисная обратная связь

U2 просто отключает выход, когда напряжение на выводе 5 превышает 1,25 В. Поскольку мы используем простой фильтр (эквивалентная Тевенину комбинация R1A, R1B и R2, умноженная на C4), выход может отключаться при промежуточные рабочие циклы, когда напряжение C4 превышает опорное напряжение U2.Этот эффект можно компенсировать, задав для выходного конденсатора (C2) значение, превышающее необходимое. C2 обеспечивает время «прохождения», которое питает вентилятор во время выключенных частей рабочего цикла. Чтобы найти правильное значение, необходимо поэкспериментировать, поскольку оно зависит от таких переменных, как минимальное напряжение для правильной работы тахометра, минимальный рабочий цикл и соображения шума вентилятора.

Значение C2 470 мкФ было выбрано для вентилятора в Рис. 2 (который потребляет 175 мА при 12 В) на основе 1 В выходного пульсирующего напряжения при минимальном рабочем цикле (10% в данном случае) .Можно использовать большее значение; единственные штрафы — это стоимость и размер. Поскольку большинство вентиляторов легко переносят некоторую пульсацию, основная задача заключается в том, чтобы не снижать напряжение привода вентилятора до значения, при котором нормальная работа тахометра не гарантируется, или до уровня, при котором модуляция напряжения вентилятора вызывает щелчки или другие нежелательные вентиляторы. шум.

Наконец, обратите внимание, что цель схемы рис. 2 заключалась в регулировании скорости вращения вентилятора с большей эффективностью, чем у схемы рис. 1 .Это преимущество легко проиллюстрировано графиком сравнения эффективности двух схем ( рис. 3, ).

Генераторы с широтно-импульсной модуляцией

В 1980-х годах компания Chrysler представила систему генератора переменного тока, в которой использовался регулятор напряжения

как часть модуля управления трансмиссией (PCM). Затем Ford

и GM выпустили свою собственную версию «умного» генератора в 90-е годы

, а также большинство других производителей.Эти интеллектуальные генераторы помогли

снизить нагрузку на двигатель, что, в свою очередь, позволило использовать двигатели меньшего объема

, сохраняя при этом высокую производительность.

В приложениях GM и Ford все еще есть регулятор напряжения внутри

кожуха генератора (генераторы Chrysler не используют внутренний регулятор).

Их всех объединяет то, как регулируется текущий поток.

контролируется.Сигнал с широтно-импульсной модуляцией, генерируемый PCM, используется для включения и выключения тока катушек возбуждения ротора. PCM, в свою очередь, включает и выключает рабочий цикл по мере необходимости на основе рабочих стратегий, запрограммированных в его рабочую логику. Такие вещи, как напряжение аккумуляторной батареи, температура аккумуляторной батареи, нагрузка на электрическую систему, нагрузку на двигатель, все принимаются во внимание в отношении того, сколько и когда генератор переменного тока должен вырабатывать энергию.

Современные регуляторы могут считывать температуру, они знают, насколько горячая или холодная батарея.Эти изменения температуры могут повлиять на настройки напряжения и выходную мощность генератора. Как правило, «установленное» напряжение (предварительно определенный уровень напряжения, предварительно установленный в регуляторе) выше при низких температурах, чем при более высоких температурах. Это позволяет более равномерно заряжать аккумулятор зимой и снижает вероятность перезарядки в жаркие летние месяцы.

По мере изменения рабочего цикла генератора изменяется и выходная мощность генератора.

Примеры различных стратегий:

Режим зарядки — увеличивает напряжение зарядки, когда батарея разряжена или когда в системе есть необычно высокие нагрузки.

Режим экономии топлива — снижает выходную мощность зарядки до 13 В, чтобы снизить нагрузку генератора на двигатель.

Режим снижения напряжения — снижает мощность зарядки, когда аккумулятор полностью заряжен и электрические нагрузки низкие.

Режим запуска — мгновенно фиксирует выходное напряжение зарядки на постоянном уровне 14,5 В в течение 30 секунд после запуска двигателя.

Режим удаления льда с лобового стекла — увеличивает мощность зарядки при включенных обогревателях.

Battery Sulfation Mode — Повышает зарядное напряжение через 45 минут, если батарея разряжена.

В некоторых из этих систем, которые используют модуль управления кузовным оборудованием (BCM) в качестве основного модуля управления модулем, BCM сигнализирует PCM, когда требуется более или менее выходная мощность зарядки, и PCM реагирует изменением рабочего цикла на регулятор напряжения. в генераторе. Это многоступенчатый процесс, который включает обратную связь от сигнальной цепи рабочего цикла генератора переменного тока и ввод от датчика тока батареи, подключенного к отрицательному или положительному кабелю батареи на батарее.В других приложениях GM с «Автономным регулятором напряжения» (SARVC) модуль управления кузовным оборудованием не контролирует зарядку. Скорее, отдельный модуль на отрицательном кабеле аккумулятора выполняет эту функцию вместе с измерением напряжения аккумулятора, нагрузки и температуры.

В 2004 году GM начала использовать интеллектуальный подход к зарядке под названием «Регулируемое управление напряжением» (RVC) на некоторых своих легковых и грузовых автомобилях. Было использовано несколько версий РВК. В приложениях GM с регулируемым напряжением управления модуль управления кузовом фактически контролирует систему зарядки и определяет наилучшую скорость зарядки для различных режимов работы.

Операционная стратегия систем SARVC и RVC заключается в поддержании заряда батареи на уровне 80 процентов или выше, изменяя при этом уровень заряда для оптимизации экономии топлива. Ford, Chrysler и другие автопроизводители используют аналогичную стратегию работы со своими системами зарядки. То, как они это делают, будет зависеть от конструкции системы зарядки, года выпуска и марки / модели автомобиля.

Что еще более важно с точки зрения механики, индикатор заряда на приборной панели не подключен напрямую к генератору переменного тока, как это было в старых системах.Сегодня система CAN (адаптируемая сеть контроллеров) отслеживает и распределяет необходимые сигналы между различными компонентами автомобиля. Это означает, что процедуры тестирования несколько изменились по сравнению с предыдущими типами систем зарядки.

Эксплуатационная теория

Во-первых, регулятор использует «широтно-импульсную модуляцию» для включения и выключения тока обмоток возбуждения ротора. Увеличивая рабочий цикл, регулятор увеличивает мощность зарядки.PCM, в свою очередь, сообщает регулятору, какой рабочий цикл требуется, на основе его запрограммированной логики работы, напряжения батареи, температуры батареи и нагрузки на электрическую систему. Это позволяет компьютеру изменять мощность зарядки мгновенно или постепенно, в зависимости от ситуации.

Несмотря на то, что тесты выходной мощности генератора в основном одинаковы, проверка влияния PCM на генератор — совсем другое дело. Для этого механику потребуется изучить информацию производителя, чтобы выяснить, как именно этот автомобиль получает информацию о PCM.Осциллограф чрезвычайно полезен для просмотра реальных сигналов PCM, хотя хороший сканер также может дать вам значения.

По сути, PCM отправляет серию потоков данных на генератор переменного тока для включения регулятора напряжения. Регулятор, в свою очередь, отправляет серию команд данных, передаваемых обратно в PCM, в качестве подтверждения того, что он заряжается. В большинстве случаев «отправленная» информация не является непрерывной, а отправляется каждые несколько секунд. (Я обнаружил, что Ford отправляет свои пакеты данных примерно каждые пять секунд.) На некоторых моделях эти возвращаемые данные составляют примерно половину выходного напряжения. Обратное напряжение (данные) имеет разброс примерно на 2 вольта вверх или вниз от выходного напряжения, которое PCM использует, чтобы определить, следует ли выключить индикатор заряда или установить сервисный код. Примечание. Это только «общий» обзор процесса. Проверьте информацию производителя о фактическом процессе.

Тестирование системы генератора переменного тока

По большей части тесты выходной мощности ничем не отличаются.Проверить диапазоны напряжения и силы тока можно с помощью того же оборудования, которое мы использовали ранее. Кроме того, чтобы быть уверенным в точности результатов, перед нагрузочным тестом аккумулятор должен быть заряжен не менее чем на 75 процентов. Аккумулятор, который тестируется плохо, необходимо заменить, прежде чем продолжить, а также проверить кабели аккумулятора и качество соединения. Большая разница в том, «когда» вы проверяете выходную мощность генератора, поскольку основной (или более высокий) уровень заряда будет в течение короткого промежутка времени сразу после запуска.Возможный объем заряда после этого будет зависеть от уровня заряда батареи, температуры и любых включенных аксессуаров. Даже при включенном обогревателе лобового стекла, если уровень заряда батареи полный, а температура находится в пределах диапазона, фактическая мощность может не совпадать с фактической выходной мощностью при других условиях.

Быстрый тест выходной мощности генератора

Одним из преимуществ этих новых конструкций генератора переменного тока является возможность работы генератора без использования PCM. В основном, на генераторах типа GM и Ford вы можете отсоединить небольшой разъем, чтобы проверить, может ли сам генератор создавать выходное напряжение или нет.(Генераторы Chrysler не используют внутренний регулятор. Весь ток возбуждения напрямую контролируется PCM. Отсоединение небольшой 2-проводной вилки на этих генераторах не приведет к отключению выходного сигнала.)

Генераторы переменного тока, управляемые GM PCM, будут заряжаться по умолчанию. приблизительно от 13,2 до 13,8 вольт при отключенном регуляторе. Генераторы с управлением от Ford PCM будут заряжаться по умолчанию от 13,5 до 13,7 вольт, но только если частота вращения двигателя превышает 4500 об / мин в течение 3 секунд. Если эти генераторы заряжаются со скоростью по умолчанию, сохраненный код неисправности является результатом проблемы вне генератора (в большинстве случаев).

Установка вторичного аккумулятора

Одним из недостатков является установка второго аккумулятора для прицепа или использование аккумулятора, не соответствующего спецификациям производителя. PCM не может отличить дополнительную батарею от оригинальной. Если к датчику температуры батареи подключена только одна батарея, результатом может быть непреднамеренное снижение или даже остановка выхода генератора переменного тока для обеих батарей.

Поскольку большинство генераторов этого типа вырабатывают около 14,2 В при холодном двигателе, но снижается до 13,2 В при нагревании двигателя, вторичные батареи или батарея, не соответствующая спецификациям производителя, такая как батарея типа AGM, может не получает достаточного напряжения для поддержания разумной скорости заряда.

DC to DC Buck Converter Учебное пособие

Введение

Выключатель питания был ключом к практичным переключателям регуляторов.До изобретения переключателя питания с вертикальным металлооксидным полупроводником (VMOS) переключение источников питания, как правило, было непрактичным.

Основная функция индуктора — ограничивать скорость нарастания тока с помощью переключателя питания. Это действие ограничивает пиковый ток, который в противном случае ограничивался бы только сопротивлением переключателя. Ключевым преимуществом использования индуктора в импульсных регуляторах является то, что он накапливает энергию. Эта энергия может быть выражена в Джоулях как функция тока следующим образом:

E = ½ × L × I²

Линейный регулятор использует резистивное падение напряжения для регулирования напряжения, теряя мощность (падение напряжения, умноженное на ток) в виде тепла.Катушка индуктивности импульсного регулятора имеет падение напряжения и соответствующий ток, но ток сдвинут по фазе на 90 градусов с напряжением. Благодаря этому энергия сохраняется и может быть восстановлена в фазе разряда цикла переключения. Это приводит к гораздо более высокой эффективности и меньшему тепловыделению.

Что такое импульсный регулятор?

Импульсный стабилизатор — это схема, в которой для передачи энергии от входа к выходу используется переключатель мощности, индуктор и диод.

Основные компоненты схемы переключения могут быть преобразованы в понижающий (понижающий) преобразователь, повышающий (повышающий) преобразователь или инвертор (обратный ход).Эти конструкции показаны на рисунках , , 2, , 3, и 4 соответственно, где рисунки 3 и 4 одинаковы, за исключением полярности трансформатора и диода. Схемы обратной связи и управления могут быть аккуратно вложены в эти схемы, чтобы регулировать передачу энергии и поддерживать постоянный выходной сигнал в нормальных рабочих условиях.

Рис. 1. Топология понижающего преобразователя.	Рисунок 2.Простой повышающий преобразователь.
Рисунок 3. Инвертирующая топология.	Рис. 4. Топология обратного хода трансформатора.

Зачем нужен импульсный регулятор?

Импульсные регуляторы имеют три основных преимущества по сравнению с линейными регуляторами. Во-первых, эффективность переключения может быть намного лучше. Во-вторых, поскольку при передаче теряется меньше энергии, требуются компоненты меньшего размера и меньшее тепловое управление.В-третьих, энергия, запасенная катушкой индуктивности в импульсном регуляторе, может быть преобразована в выходное напряжение, которое может быть больше, чем входное (повышающее), отрицательное (инвертор), или даже может передаваться через трансформатор для обеспечения гальванической развязки по отношению к вход (рисунок 4).

Учитывая преимущества импульсных регуляторов, можно задаться вопросом, где можно использовать линейные регуляторы? Линейные регуляторы обеспечивают более низкий уровень шума и более широкую полосу пропускания; их простота иногда может предложить менее дорогое решение.

Правда, у импульсных регуляторов есть свои недостатки. Они могут быть шумными и требуют управления энергопотреблением в виде контура управления. К счастью, решение этих проблем управления интегрировано в современные микросхемы контроллера переключения режимов.

Регуляторы наддува

Фаза зарядки

Базовая конфигурация наддува изображена на рис. 5 . Предполагая, что переключатель был разомкнут в течение длительного времени и что падение напряжения на диоде отрицательное, напряжение на конденсаторе равно входному напряжению.Когда переключатель замыкается, входное напряжение + V _IN подается на катушку индуктивности, и диод предотвращает разряд конденсатора + V _OUT на землю. Поскольку входное напряжение является постоянным, ток через катушку индуктивности линейно возрастает со временем со скоростью, пропорциональной входному напряжению, деленному на индуктивность.

Рис. 5. Фаза зарядки: когда переключатель замыкается, ток через индуктор нарастает.

Фаза разряда

На рисунке 6 показана фаза разряда.Когда переключатель снова размыкается, ток индуктивности продолжает течь в выпрямительный диод для зарядки выхода. По мере увеличения выходного напряжения наклон тока di / dt, хотя катушка индуктивности меняется на противоположную. Выходное напряжение повышается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие или:

В _L = L × di / dt

Другими словами, чем выше напряжение индуктора, тем быстрее падает ток индуктора.

Рисунок 6. Фаза разряда: при размыкании переключателя ток течет к нагрузке через выпрямительный диод.

В установившемся режиме работы среднее напряжение на катушке индуктивности за весь цикл переключения равно нулю. Это означает, что средний ток через катушку индуктивности также находится в установившемся состоянии. Это важное правило, регулирующее все топологии коммутации на основе катушек индуктивности. Сделав еще один шаг вперед, мы можем установить, что для заданного времени заряда t _ON, заданного входного напряжения и при условии, что схема находится в равновесии, существует конкретное время разряда, t _OFF, для выходного напряжения.Поскольку среднее напряжение на катушке индуктивности в установившемся режиме должно быть равно нулю, мы можем рассчитать для цепи повышения:

V _IN × t _ВКЛ = t _ВЫКЛ × V _L

И потому что:

V _OUT = V _IN + V _L

Затем мы можем установить связь:

V _OUT = V _IN × (1 + t _ON / t _OFF)

Используя соотношение для рабочего цикла (D):

t _ВКЛ / (t _ВКЛ + t _ВЫКЛ) = D

Затем для цепи повышения:

В _ВЫХ = В _ВХОД / (1-D)

Аналогичные выводы можно сделать для понижающей схемы:

В _ВЫХ = В _ВХОД × D

А для схемы инвертора (обратноходовой):

В _ВЫХ = В _ВХОД × D / (1-D)

Методы управления

Из результатов для повышения, понижения и инвертора (обратного хода) можно увидеть, что изменение рабочего цикла управляет установившимся выходом по отношению к входному напряжению.Это ключевая концепция, регулирующая все коммутационные цепи на основе индукторов.

ШИМ в режиме напряжения

Наиболее распространенный метод управления, показанный на рис. 7 , — это широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Этот метод берет образец выходного напряжения и вычитает его из опорного напряжения, чтобы установить небольшой сигнал ошибки (V _ERROR). Этот сигнал ошибки сравнивается с сигналом линейного изменения генератора. Компаратор выдает цифровой выход (ШИМ), который управляет переключателем питания.Когда напряжение на выходе схемы изменяется, V _ERROR также изменяется и, таким образом, вызывает изменение порогового значения компаратора. Следовательно, ширина выходного импульса (PWM) также изменяется. Это изменение рабочего цикла затем перемещает выходное напряжение, чтобы уменьшить сигнал ошибки до нуля, тем самым завершая контур управления.

Рис. 7. Сигнал переменной ошибки генерирует сигнал переключения с широтно-импульсной модуляцией.

Рисунок 8 показывает практическую схему, использующую повышающую топологию, сформированную с помощью MAX1932.Эта ИС представляет собой интегрированный контроллер со встроенным программируемым цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). ЦАП устанавливает выходное напряжение в цифровом виде через последовательный канал. R5 и R8 образуют делитель, измеряющий выходное напряжение. R6 фактически отключен от цепи, когда напряжение ЦАП совпадает с опорным напряжением (1,25 В). Это связано с тем, что на R6 имеется нулевое напряжение и нулевой ток. Когда выход ЦАП равен нулю (земля), R6 фактически параллелен R8. Эти два условия соответствуют минимальному и максимальному диапазону регулировки выхода 40 В и 90 В соответственно.

Рис. 8. MAX1932 представляет собой интегральную схему повышения напряжения с управлением в режиме напряжения.

Затем сигнал делителя вычитается из внутреннего опорного напряжения 1,25 В и затем усиливается. Этот сигнал ошибки затем выводится на вывод 8 в качестве источника тока. Это вместе с парой дифференциальных входов образует усилитель крутизны. Такое расположение используется потому, что выход усилителя ошибки имеет высокий импеданс (источник тока), что позволяет регулировать усиление схемы путем изменения R7 и C4.Эта компоновка также дает возможность обрезать усиление контура для получения приемлемого запаса устойчивости. Затем сигнал ошибки на контакте 8 направляется в компаратор и выводится для включения переключателя питания. R1 — это резистор, измеряющий ток, который измеряет выходной ток. Когда ток недопустимо высок, схема ШИМ отключается, тем самым защищая схему.

Тип переключения (топология) на рисунках 7 и 8 классифицируется как контроллер режима напряжения (VMC), поскольку обратная связь регулирует выходное напряжение.Для анализа мы можем предположить, что если коэффициент усиления контура бесконечен, выходное сопротивление для идеального источника напряжения равно нулю.

ШИМ токового режима

Другой широко используемый тип управления — это управление в режиме тока (CMC). Этот метод регулирует выходной ток, и при бесконечном усилении контура выходной сигнал является источником с высоким импедансом. В CMC токовая петля вложена в более медленную петлю напряжения, как показано на рис. 9 ; рампа создается крутизной тока катушки индуктивности и сравнивается с сигналом ошибки.Таким образом, когда выходное напряжение проседает, CMC подает больший ток на нагрузку. Преимущество CMC — способность управлять током катушки индуктивности. В VMC ток индуктора не измеряется. Это становится проблемой, потому что катушка индуктивности вместе с конденсатором выходного фильтра образует резонансный резервуар, который может звенеть и даже вызывать колебания. Управление текущим режимом определяет ток катушки индуктивности для исправления несоответствий. Хотя это сложно сделать, тщательно подобранные компоненты компенсации могут эффективно подавить этот резонанс в VCM.

Рисунок 9. Широтно-импульсная модуляция в токовом режиме.

Повышающие регуляторы точки нагрузки (POL)

Схема на рис. 10 использует CMC с контроллером MAX668. Эта схема повышения аналогична рисункам 7 и 8, за исключением того, что резистор R1 определяет ток катушки индуктивности для CMC. R1 и некоторые внутренние компараторы обеспечивают ограничение тока. R5 в сочетании с C9 фильтрует шум переключения на резисторе считывания, чтобы предотвратить ложное срабатывание ограничения тока.Внутренний порог ограничения тока MAX668 является фиксированным; изменяя резистор R1, регулируется уставка ограничения тока. Резистор R2 устанавливает рабочую частоту. MAX668 — это универсальная интегральная схема, которая может обеспечивать широкий диапазон преобразований постоянного тока в постоянный.

Внешние компоненты MAX668 могут иметь высоковольтные характеристики, что обеспечивает большую гибкость для приложений с большой мощностью.

Рис. 10. MAX668 для схемы повышения с управлением по току.

Для портативных устройств с низким входным напряжением, требующих меньшей мощности, рекомендуются MAX1760 и MAX8627 (выходной ток 1A).Эти последние устройства используют внутренние полевые транзисторы и измеряют ток, используя сопротивление полевых транзисторов для измерения тока катушки индуктивности (чувствительный резистор не требуется).

Преобразователь nanoPower Boost

Повышающие преобразователи

широко используются в бытовой электронике для повышения и стабилизации проседания напряжения литий-ионных аккумуляторов под нагрузкой. Новым и растущим потребительским рынком является Интернет вещей (IoT), «облачная» сеть беспроводных взаимосвязанных устройств, которые часто включают аудио, видео, приложения для умного дома и носимые устройства.Тенденция к Интернету вещей в сочетании с зеленой энергией (стремление к сокращению потерь энергии и переходу к возобновляемым формам производства энергии) требует, чтобы небольшие устройства работали автономно в течение длительных периодов времени при небольшом потреблении энергии. Синхронный повышающий преобразователь MAX17222 nanoPower отвечает всем требованиям. MAX17222 предлагает входной диапазон от 400 мВ до 5,5 В, ограничение пикового тока катушки индуктивности 0,5 А и выходное напряжение, которое выбирается с помощью одного стандартного резистора 1%. Новый режим True Shutdown ^™ обеспечивает токи утечки в диапазоне наноампер, что делает это устройство поистине наноэнергетическим!

На рисунке 11 показаны основные элементы MAX17222 в отношении токов отключения и покоя.

Рисунок 11. MAX17222 Токи отключения и покоя

Функция True Shutdown отключает выход от входа без прямого или обратного тока, что приводит к очень низкому току утечки. Входной ток покоя (I _QINT) для MAX17222 составляет 0,5 нА (разрешить открытие после запуска), а выходной ток покоя (I _QOUT) составляет 300 нА.

Понижающие регуляторы

На рисунке 12 показана упрощенная версия архитектуры Maxim Quick-PWM ™.Чтобы проанализировать эту понижающую схему, мы начнем с сигнала обратной связи ниже порога регулирования, определенного опорным сигналом. Если ошибок прямого тока нет, то однократный таймер t _ON, который вычисляет время включения для DH, включается немедленно вместе с DH. Этот расчет t _ON основан на делении выходного напряжения на входное, что приблизительно соответствует времени включения, необходимому для поддержания фиксированной частоты переключения, определяемой константой K. Как только истечет время однократного таймера t _ON, DH выключен, а DL включен.Затем, если напряжение все еще ниже порога регулирования, DH немедленно включается. Это позволяет току индуктора быстро нарастать в соответствии с требованиями нагрузки. После достижения равновесия с нагрузкой среднее напряжение катушки индуктивности должно быть равно нулю. Поэтому мы рассчитываем:

Рис. 12. Упрощенная блок-схема управления Maxim Quick-PWM.

t _ВКЛ × (V _IN — V _OUT) = t _ВЫКЛ × V _ВЫХ

Перестановка:

V _OUT / (V _IN — V _OUT) = t _ON / t _OFF

Добавление 1 к обеим сторонам и сбор условий:

V _OUT / V _IN = t _ON / (t _ON + t _OFF)

Поскольку коэффициент заполнения равен D:

t _ВКЛ / (t _ВКЛ + t _ВЫКЛ) = D

Для понижающей схемы:

D = V _ВЫХ / V _IN

Запатентованный компанией Maxim метод управления Quick-PWM имеет некоторые преимущества перед PWM.Управление Quick-PWM генерирует новый цикл, когда выходное напряжение падает ниже порога регулирования. Следовательно, тяжелые переходные процессы вынуждают выходную мощность падать, немедленно запуская новый цикл. Это действие приводит к ответу на скачок нагрузки 100 нс. Также важно отметить, что в отличие от понижающей схемы на рисунке 1, на рисунке 12 для разрядного тракта вместо диода используется полевой МОП-транзистор (Q2). Такая конструкция снижает потери, связанные с падением диода; сопротивление в открытом состоянии канала MOSFET удваивается как измерение тока.Поскольку для стимулирования схемы к переключению требуются пульсации выходного напряжения, для поддержания стабильности требуется конденсатор выходного фильтра с некоторым ESR. Архитектура Quick-PWM также может быстро реагировать на изменения линейного входа, напрямую подавая сигнал входного напряжения на вычислитель времени включения. Другие методы должны подождать, пока выходное напряжение не упадет или не взлетит, прежде чем предпринимать какие-либо действия, а это часто бывает слишком поздно.

Контроллер понижающего блока питания памяти DDR

Практическое применение Quick-PWM можно найти в Рис. 13 .MAX8632 — это встроенный блок питания памяти DDR. Наряду с понижающей схемой Quick-PWM (VDDQ), MAX8632 объединяет высокоскоростной линейный стабилизатор (VTT) для управления переходными процессами шины, обнаруженными в системах памяти DDR. Линейный регулятор имеет определенные преимущества перед переключателями: линейные регуляторы не имеют индуктора для ограничения скорости нарастания тока, поэтому очень быстрая скорость нарастания тока может обслуживать переходные процессы нагрузки. Для более медленных схем потребуются конденсаторы большой емкости для обеспечения тока нагрузки до тех пор, пока источник питания не сможет нарастить ток для обслуживания нагрузки.

Более подробное изображение (PDF, 76kB)
Рис. 13. MAX8632 использует архитектуру Quick-PWM от Maxim и линейный регулятор для обеспечения полной системы питания DDR. Устройство может использоваться как основной графический процессор или как стандартный источник питания базовой логики.

КПД

Один из самых больших факторов потерь мощности для коммутаторов — это выпрямительный диод. Рассеиваемая мощность — это просто прямое падение напряжения, умноженное на ток, проходящий через него.Обратное восстановление кремниевых диодов также может привести к потерям. Эти потери мощности снижают общую эффективность и требуют управления температурой в виде радиатора или вентилятора.

Чтобы свести к минимуму эти потери, в импульсных регуляторах можно использовать диоды Шоттки, которые имеют относительно низкое падение прямого напряжения и хорошее обратное восстановление. Однако для максимальной эффективности вы можете использовать переключатель MOSFET вместо диода. Эта конструкция известна как «синхронный выпрямитель» (см. рисунки, 12, 13 и 14, ).Выключатель синхронного выпрямителя разомкнут, когда главный выключатель замкнут, и то же самое верно и наоборот. Для предотвращения перекрестной проводимости (и верхний, и нижний переключатели включены одновременно) схема переключения должна быть прерывистой перед включением. По этой причине диод по-прежнему должен работать в течение интервала между размыканием главного переключателя и замыканием переключателя синхронного выпрямителя (мертвое время). Когда полевой МОП-транзистор используется в качестве синхронного переключателя, ток обычно течет в обратном направлении (исток — сток), и это позволяет встроенному корпусному диоду проводить ток в течение мертвого времени.Когда переключатель синхронного выпрямителя замыкается, ток течет через канал MOSFET. Из-за очень низкого сопротивления канала для силовых полевых МОП-транзисторов стандартное прямое падение выпрямительного диода может быть уменьшено до нескольких милливольт. Синхронное выпрямление может обеспечить КПД значительно выше 90%.

Рисунок 14. Синхронное выпрямление для понижающей цепи. Обратите внимание на встроенный диод в корпусе MOSFET.

Режим пропуска повышает эффективность легкой нагрузки

Функция, предлагаемая во многих современных контроллерах переключения, — это режим пропуска.Режим пропуска позволяет регулятору пропускать циклы, когда они не нужны, что значительно повышает эффективность при малых нагрузках. Для стандартной понижающей схемы (рис. 1) с выпрямительным диодом отказ от инициирования нового цикла просто позволяет току индуктора или энергии индуктора разрядиться до нуля. В этот момент диод блокирует любой обратный ток через индуктивность, и напряжение на катушке индуктивности падает до нуля. Это называется «прерывистый режим» и показан на Рис. 15 . В режиме пропуска новый цикл инициируется, когда выходное напряжение падает ниже порога регулирования.В режиме пропуска и прерывистой работе частота коммутации пропорциональна току нагрузки. С синхронным выпрямителем, к сожалению, несколько сложнее. Это связано с тем, что ток катушки индуктивности может измениться в переключателе MOSFET, если затвор остается включенным. MAX8632 включает в себя компаратор, который определяет, когда ток через катушку индуктивности меняет направление, и размыкает переключатель, позволяя внутреннему диоду полевого МОП-транзистора блокировать обратный ток.

Рисунок 15.В прерывистом режиме индуктор полностью разряжается, а затем напряжение на индукторе остается на нуле.

Рисунок 16 показывает, что режим пропуска обеспечивает повышенную эффективность при малой нагрузке, но за счет шума, поскольку частота переключения не фиксирована. Техника управления с принудительной ШИМ поддерживает постоянную частоту переключения и изменяет отношение цикла заряда к циклу разряда при изменении рабочих параметров. Поскольку частота переключения является фиксированной, спектр шума относительно узок, что позволяет использовать простые методы фильтрации нижних частот или режекторного фильтра для значительного снижения напряжения пульсаций от пика к пику.Поскольку шум может быть помещен в менее чувствительную полосу частот, ШИМ популярен в телекоммуникационных и других приложениях, где шумовые помехи являются проблемой.

Рисунок 16. Эффективность с режимом пропуска и без него.

Понижающий преобразователь точки нагрузки высокой мощности

Переключатели питания MOSFET теперь интегрированы с контроллерами, образуя однокристальные решения, такие как схема MAX1945, показанная на , рис. 17, . Этот чип имеет металлическую заглушку на нижней стороне, которая отводит тепло от кристалла, поэтому 28-контактный корпус TSSOP может рассеивать более 1 Вт, позволяя схеме подавать более 10 Вт на свою нагрузку.При частоте коммутации 1 МГц размер выходной катушки индуктивности и конденсаторов фильтра можно уменьшить, что дополнительно сэкономит ценное пространство и количество компонентов. По мере того, как технологии переключения мощности MOSFET продолжают совершенствоваться, производительность в режиме переключения будет расти, что еще больше снизит стоимость, размер и проблемы управления температурой.

Рис. 17. MAX1945 — это внутреннее устройство переключения на 6 А с уменьшенным количеством деталей и небольшой занимаемой площадью для экономии места на плате.

Понижающий преобразователь POL с низким энергопотреблением

Высокоэффективные понижающие (понижающие) преобразователи MAX1836 / MAX1837 имеют предустановку 3.Выходное напряжение 3 В или 5 В при напряжении питания до 24 В. Используя внешние резисторы обратной связи, выходное напряжение можно регулировать от 1,25 В до VIN. Внутренний переключающийся полевой МОП-транзистор с ограничением по току обеспечивает ток нагрузки до 125 мА (MAX1836) или 250 мА (MAX1837). Уникальная схема управления с ограничением тока, работающая с рабочими циклами до 100%, сводит к минимуму падение напряжения (120 мВ при 100 мА). Кроме того, эта схема управления снижает ток питания при легких нагрузках до 12 мкА. Высокие частоты переключения позволяют использовать крошечные катушки индуктивности и выходные конденсаторы для поверхностного монтажа.Понижающие преобразователи MAX1836 / MAX1837 с внутренними переключаемыми полевыми МОП-транзисторами доступны в 6-контактных корпусах SOT23 и 3 мм x 3 мм TDFN, что делает их идеальными для недорогих, маломощных и компактных приложений.

Понижающий преобразователь nanoPower

MAX3864xA / B — это семейство nanoPower сверхмалых понижающих (понижающих) DC-DC преобразователей тока 330 нА, работающих от 1,8 В до 5,5 В входного напряжения и поддерживающих токи нагрузки до 175 мА, 350 мА, 700 мА с повышенным пиковым КПД. до 96%. В выключенном состоянии ток выключения составляет всего 5 нА.Устройства обеспечивают сверхнизкий ток покоя, малый общий размер решения и высокую эффективность во всем диапазоне нагрузок. MAX3864xA / B идеально подходят для аккумуляторных приложений, где длительное время автономной работы является обязательным. Семейство MAX3864xA / B использует уникальную схему управления, которая обеспечивает сверхнизкий ток покоя и высокую эффективность в широком диапазоне выходного тока. Устройства MAX3864xA / B предлагаются в компактном 6-контактном корпусе на уровне пластины (WLP) 1,42 мм x 0,89 мм (2x 3 выступа, шаг 0,4 мм), а также в 6-контактном корпусе μDFN 2 мм x 2 мм. .

Резюме

Хотя методы переключения сложнее реализовать, коммутационные схемы почти полностью заменили линейные источники питания в широком диапазоне портативных и стационарных конструкций. Это связано с тем, что схемы переключения обеспечивают более высокую эффективность, меньшие размеры компонентов и меньше проблем с терморегулированием.

Импульсные регуляторы напряжения на базе Arduino: 6 шагов (с изображениями)

Два эскиза были написаны для Arduino Uno. Чтобы адаптировать его для других чипов, таких как ATtiny, вы можете обратиться к их таблицам данных.Эскиз «one_stage_converter» предназначен для понижающего, повышающего и инвертирующего пониженно-повышающего преобразователей. Эскиз «two_stage_converter» для неинвертирующего повышающего преобразователя. Любой из контактов 6, 5, 9, 10, 11 и 3 ШИМ может использоваться для одноступенчатых преобразователей, обеспечивая шесть выходов. Для двухкаскадного преобразователя каждый выход должен использовать один и тот же таймер с выводами OCxA для понижающего каскада и выводами OCxB для повышающего каскада, что позволяет использовать три выхода. Поскольку предварительный делитель для таймера 0 изменен, функции millis () и delay () будут в 64 раза быстрее, а их значения должны быть в 64 раза больше.Я включил только один выход. Вы можете повторно включить другие выходы, раскомментировав их в функции setup ().

На рисунках вы можете настроить частоту ШИМ таймера 1, напряжение обратной связи и максимальные рабочие циклы для каждого выхода с помощью следующих параметров:

TIMER_TOP_1 — устанавливает выходную частоту таймера 1. f = 16MHz / TIMER_TOP_1
requiredFeedbackVoltage — устанавливает напряжение обратной связи от 0 до 1100 мВ
MAX_DUTY_nx — устанавливает максимальные рабочие циклы (только для одноступенчатого преобразователя)
MAX_BUCK_DUTY_n — устанавливает максимальный рабочий цикл для понижающих ступеней (двухступенчатый только преобразователь)
MAX_BOOST_DUTY_n — устанавливает максимальный рабочий цикл для ступеней повышения (только двухступенчатый преобразователь)

Более высокая частота позволяет использовать меньшие индуктивности.Это позволяет более высокие номинальные токи, потому что, когда катушки индуктивности включены параллельно, они имеют более высокий номинальный ток и более низкую комбинированную индуктивность. Только частота таймера 1 может быть изменена с двумя доступными выходами. Чтобы изменить его для других таймеров, обратитесь к таблице данных. Вы можете использовать следующий калькулятор для выбора индукторов и других деталей: https://learn.adafruit.com/diy-boost-calc/the-cal ….

Методы регулирования

Линейный регулятор

Инжир.1 показана эквивалентная схема последовательного регулятора. Напряжение постоянного тока Vin подается на серию из регулятора напряжения Rs и нагрузки Rc. Выходное напряжение поддерживается постоянным, контролируя падение напряжения на Rs. Блок регулирования включает силовой транзистор с драйвером и цепь обратной связи. КПД последовательного регулятора низкий, от 30% до 50%, из-за потери мощности проходным транзистором. Он также используется в качестве пострегулирующего этапа.

Рис.1: линейный регулятор

Регулятор переключения

Очень низкий КПД линейных регуляторов определил успех импульсных источников питания в электронном оборудовании. Импульсные регуляторы обычно работают на частотах от 20 кГц до 1 МГц, они намного меньше, а их эффективность может достигать 95%. Основные технологические усилия прилагаются для дальнейшего снижения потерь мощности. На рис.2 показан принцип работы, где среднее значение Vout определяется «рабочим циклом» управляющего сигнала TR1.Доступно множество топологий в зависимости от номинальной мощности и напряжения питания. Ниже описаны наиболее часто используемые.

Рис.2: импульсный регулятор

Преобразователи постоянного тока в постоянный

Базовые конфигурации: понижающий, повышающий и обратноходовой. В них используются одни и те же элементы, но они расположены по-разному. Коммутационный транзистор управляется схемой ШИМ (широтно-импульсной модуляции), а выходной сигнал регулируется в соответствии с сигналом обратной связи.
Метод понижающего преобразования позволяет создавать регуляторы напряжения с широким диапазоном входного напряжения и очень высоким КПД (обычно более 90%).
Конфигурация форсирования увеличивает входное напряжение и очень полезна для стадии предварительного регулирования с коррекцией PFC. Его КПД тоже очень высокий (более 90%).

Рис. 3: понижающий преобразователь

Рис.4: повышающий преобразователь

Обратный преобразователь

На рис.5 показана топология автономного типа. Когда Q1 проводит, энергия накапливается в первичной обмотке трансформатора. Когда Q1 выключен, возникает так называемый момент «обратного хода», полярность трансформатора меняется на противоположную, в результате чего D1 проводит проводимость, а накопленная энергия передается на выход. В обратном преобразователе первичный и вторичный токи никогда не бывают одновременными.Регулировка выходного напряжения достигается с помощью схемы ШИМ. Соотношение между временем включения и выключения Q1 варьируется, чтобы контролировать количество энергии, хранящейся в трансформаторе. Чем больше накопленной энергии, тем выше выходное напряжение. Не менее популярным методом является автоколебательный обратный ход, когда выходное напряжение регулируется путем изменения частоты переключения. Обратное преобразование имеет более длительное переходное время отклика и более высокую пульсацию на выходе, чем другие методы. С другой стороны, благодаря меньшему количеству используемых компонентов он дешевле и надежнее до 100 Вт.

Рис.5: Обратный преобразователь

Прямой преобразователь

Этот метод широко используется для мощности от 100 Вт до 300 Вт. В этой топологии обмотки трансформатора имеют одинаковую полярность, а энергия накапливается в катушке индуктивности L1. Когда Q1 проводит, энергия передается на выход через T1, D1 и L1. Когда Q1 запрещен, полярность трансформатора меняется на обратную, вызывая запрет D1, в то время как D2 смещается в прямом направлении, позволяя L1 продолжать подавать энергию на выход.Конструкция должна позволять полный сброс магнитопровода до начала следующего цикла. В схеме управления используется метод ШИМ с выходным напряжением, пропорциональным времени включения Q1. Преобразователь этого типа генерирует меньше пульсаций, меньше электромагнитных помех и имеет более короткое время отклика на переходный процесс, чем преобразователь обратного хода, благодаря тому факту, что L1 подает энергию на выход во время обоих циклов. Этот метод часто используется для изолированных преобразователей постоянного тока в постоянный с большим разбросом входного напряжения.

Рис.6: прямой преобразователь

Двухтактный преобразователь

Двухтактный преобразователь является продолжением прямого преобразователя. Он автоматически обеспечивает сброс сердечника через чередующиеся полупериоды, но циклы должны быть очень симметричными, чтобы избежать насыщения сердечника.

Рис.7: двухтактный преобразователь

Полумостовой преобразователь

Этот преобразователь аналогичен прямому, с тем же процессом передачи энергии.Два переключающих транзистора попеременно подключают первичную обмотку трансформатора к двум входным конденсаторам. Первичные токи и напряжения симметричны. Прямоугольная волна вторичного напряжения выпрямляется диодами и сглаживается L1 и C1. Полумостовой преобразователь используется в источниках питания мощностью от 150 до 600 Вт.

Рис.8: полумостовой преобразователь

Полный мостовой преобразователь

Полный мостовой преобразователь является расширением полумоста с более высокой мощностью.Операция переключения выполняется парами Q1-Q3 и Q2-Q4. Первичное напряжение трансформатора вдвое больше, чем у полумоста, поэтому он потребляет половину тока при той же мощности. По этой причине он используется в БП средней и большой мощности.

Рис.9: мостовой преобразователь

Руководство покупателя — нужен ли мне контроллер заряда солнечной энергии с ШИМ или MPPT?

Зачем нужен контроллер солнечного заряда

Посмотреть все контроллеры заряда от солнечных батарей: Щелкните здесь

Контроллер заряда солнечной батареи (часто называемый регулятором) похож на обычное зарядное устройство, т.е.е. он регулирует ток, протекающий от солнечной панели в батарею, чтобы избежать перезарядки батарей. (Если вам не нужно понимать причины, прокрутите до конца простую блок-схему) . Как и в случае с обычным качественным зарядным устройством, используются различные типы аккумуляторов, можно выбрать напряжение поглощения, напряжение холостого хода, а иногда также можно выбрать периоды времени и / или остаточный ток. Они особенно подходят для литий-железо-фосфатных батарей, поскольку после полной зарядки контроллер остается на установленном плавающем или удерживающем напряжении около 13.6 В (3,4 В на элемент) до конца дня.

Наиболее распространенный профиль заряда — это та же основная последовательность, что и на качественном сетевом зарядном устройстве, то есть объемный режим> режим абсорбции> плавающий режим. Вход в режим оптовой заправки происходит по адресу:

восход утром
, если напряжение батареи падает ниже определенного напряжения в течение более установленного периода времени, например 5 секунд (повторный вход)

Этот повторный вход в режим большой емкости хорошо работает со свинцово-кислотными аккумуляторами, поскольку падение и падение напряжения хуже, чем для литиевых аккумуляторов, которые поддерживают более высокое и стабильное напряжение на протяжении большей части цикла разряда.

Литиевые батареи (LiFePO4) не получают выгоды от повторного входа в объемный режим в течение дня, так как внутреннее сопротивление литиевых батарей увеличивается при высоком (и низком) состоянии заряда, как показано оранжевыми вертикальными линиями в таблице ниже и необходимо только время от времени балансировать ячейки, что может быть сделано только вокруг напряжения поглощения. Связанная с этим причина состоит в том, чтобы избежать быстрого и большого изменения напряжения, которое будет происходить в этих регионах при включении и выключении больших нагрузок.

Литиевые батареи

не имеют определенного «напряжения холостого хода», и поэтому «напряжение холостого хода» контроллера должно быть установлено равным или чуть ниже «напряжения колена заряда» (как указано в таблице ниже) заряда LiFePO4. профиль, т.е. 3,4 В на элемент или 13,6 В для аккумулятора 12 В. Контроллер должен поддерживать это напряжение в течение оставшейся части дня после полной зарядки аккумулятора.

Разница между контроллерами заряда солнечной энергии PWM и MPPT

Суть различия:

С ШИМ-контроллером ток выводится из панели чуть выше напряжения батареи, тогда как
С контроллером MPPT ток выводится из панели на панели «максимальное напряжение питания» (подумайте о контроллере MPPT как о «интеллектуальном преобразователе постоянного тока в постоянный»)

Вы часто видите лозунги типа «вы получите 20% или более энергии, собираемой контроллером MPPT».Эта дополнительная плата на самом деле значительно различается, и ниже приводится сравнение, предполагая, что панель находится на полном солнце, а контроллер находится в режиме большой зарядки. Игнорирование падений напряжения и использование простой панели и простой математики в качестве примера:

Максимальный ток питания панели (Имп.) = 5,0 А

Максимальное напряжение питания панели (Vmp) = 18 В

Напряжение аккумулятора = 13 В (напряжение аккумулятора может варьироваться от 10,8 В до 14,4 В в режиме абсорбционной зарядки).При 13 В усилитель панели будет немного выше, чем максимальный усилитель мощности, скажем, 5,2 А

С контроллером PWM потребляемая мощность панели составляет 5,2 А * 13 В = 67,6 Вт. Это количество энергии будет потребляться независимо от температуры панели, при условии, что напряжение панели остается выше напряжения батареи.

С контроллером MPPT мощность панели составляет 5,0 А * 18 В = 90 Вт, т.е. на 25% больше. Однако это слишком оптимистично, поскольку напряжение падает с ростом температуры; Таким образом, если предположить, что температура панели повышается, скажем, на 30 ° C выше температуры стандартных условий испытаний (STC), составляющей 25 ° C, и напряжение падает на 4% на каждые 10 ° C, т.е.е. всего 12%, тогда мощность, потребляемая MPPT, будет 5 А * 15,84 В = 79,2 Вт, то есть на 17,2% больше мощности, чем у ШИМ-контроллера.

Таким образом, наблюдается увеличение сбора энергии с помощью контроллеров MPPT, но процентное увеличение сбора значительно варьируется в течение дня.

Различия в работе ШИМ и MPPT:

ШИМ:

Контроллер ШИМ (широтно-импульсной модуляции) можно рассматривать как (электронный) переключатель между солнечными панелями и батареей:

Переключатель находится в положении ВКЛ, когда режим зарядки находится в режиме объемной зарядки
Переключатель «щелкает» ВКЛ и ВЫКЛ по мере необходимости (широтно-импульсная модуляция) для удержания напряжения батареи на уровне напряжения поглощения
Переключатель ВЫКЛ в конце поглощения, в то время как напряжение батареи падает до плавающего напряжения
Переключатель снова включается и выключается по мере необходимости (широтно-импульсная модуляция), чтобы удерживать напряжение батареи на уровне плавающего напряжения.

Обратите внимание, что когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, напряжение панели будет равным напряжению холостого хода (Voc), а когда переключатель включен, напряжение панели будет равно напряжению батареи + напряжение между панелью и контроллером будет падать.

Лучшее соответствие панели для ШИМ-контроллера:

Лучшая панель для ШИМ-контроллера — это панель с напряжением, которое чуть выше, чем требуется для зарядки аккумулятора, и с учетом температуры, как правило, панель с Vmp (максимальное напряжение питания) около 18 В для зарядки аккумулятора. Аккумулятор 12 В. Их часто называют панелями на 12 В, хотя их напряжение в напряжении около 18 В.

MPPT:

Контроллер MPPT можно рассматривать как «интеллектуальный преобразователь постоянного тока в постоянный», т.е.е. он понижает напряжение панели (следовательно, можно использовать «домашние панели») до напряжения, необходимого для зарядки аккумулятора. Ток увеличивается в той же пропорции, что и падение напряжения (без учета потерь на нагрев в электронике), как в обычном понижающем преобразователе постоянного тока в постоянный.

«Умный» элемент в преобразователе постоянного тока в постоянный — это контроль точки максимальной мощности панели, которая будет меняться в течение дня в зависимости от силы света и угла наклона, температуры панели, затенения и состояния панели (ей).Затем «умные устройства» регулируют входное напряжение преобразователя постоянного тока в постоянный — на «инженерном языке» он обеспечивает согласованную нагрузку на панель.

Лучшее соответствие панели для контроллера MPPT:

Для согласования панели с контроллером MPPT рекомендуется проверить следующее:

Напряжение холостого хода панели (Voc) должно быть ниже допустимого напряжения.
Voc должен быть выше «пускового напряжения», чтобы контроллер «сработал».
Максимальный ток короткого замыкания панели (Isc) должен находиться в пределах указанного диапазона
Максимальная мощность массива — некоторые контроллеры допускают «завышение размера», например.g Redarc Manager 30 может иметь подключенную мощность до 520 Вт

Выбор подходящего солнечного контроллера / регулятора

ШИМ — хороший недорогой вариант:

• для небольших систем

• где эффективность системы не критична, например, капельная зарядка.

• для солнечных панелей с максимальным напряжением питания (Vmp) до 18 В для зарядки аккумулятора 12 В (36 В для аккумулятора 24 В и т. Д.).

Контроллер MPPT лучший:

• Для более крупных систем, где целесообразно использование дополнительных 20% * или более энергии

• Когда напряжение солнечной батареи существенно выше, чем напряжение батареи e.грамм. с помощью домашних панелей, для зарядки аккумуляторов 12В

* Контроллер MPPT даст более высокую отдачу по сравнению с контроллером PWM при увеличении напряжения панели. Т.е. панель eArche мощностью 160 Вт, использующая 36 обычных монокристаллических ячеек с максимальной мощностью 8,4 А, будет обеспечивать около 8,6 А при 12 В; в то время как панель 180 Вт, имеющая еще 4 ячейки, будет обеспечивать такую же силу тока, но 4 дополнительных ячейки увеличивают напряжение панели на 2 В. Контроллер PWM не будет собирать дополнительную энергию, но контроллер MPPT будет собирать дополнительные 11.1% (4/36) от панели 180 Вт.

По тому же принципу для всех панелей, использующих элементы SunPower с более чем 32 ячейками, требуется контроллер заряда MPPT, в противном случае контроллер PWM будет собирать ту же энергию с панелей с 36, 40, 44 ячейками, что и с панели с 32 ячейками.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы увидеть продукты

Характеристики и опции солнечного контроллера заряда

Smart Bluetooth

Контроллеры

Victron SmartSolar имеют встроенный Bluetooth для удаленного мониторинга MPPT путем сопряжения его со смартфоном или другим устройством через приложение Victron.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы увидеть продукты

Контроллеры Boost MPPT

Контроллеры заряда

Genasun «Boost» MPPT позволяют заряжать батареи, которые имеют более высокое напряжение, чем панель.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы увидеть продукты

Комбинированное зарядное устройство MPPT и DC-DC

Функция MPPT является естественным дополнением к функции зарядного устройства DC-DC, и есть несколько качественных брендов, которые предоставляют ее, но в стадии разработки.
Один блок можно использовать отдельно, поскольку он автоматически переключается между зарядкой генератора и зарядкой от солнечной энергии. Для более крупных систем мы предпочитаем использовать отдельный контроллер MPPT для фиксированных панелей на крыше и использовать комбинированный MPPT / DC-DC с переносными панелями. В этом случае разъем Андерсона размещается на внешней стороне автофургона, который затем подключается к солнечному входу блока MPPT / DC-DC.

Обратите внимание, что емкость аккумулятора должна быть достаточной, чтобы суммарный зарядный ток от одновременной зарядки от генератора переменного тока и солнечных панелей на крыше не превышал максимальный зарядный ток, рекомендованный производителями.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы увидеть продукты

Варианты дешевле

Дешевые контроллеры могут быть помечены как MPPT, но тестирование показало, что некоторые из них на самом деле являются контроллерами PWM.
Дешевые контроллеры могут не иметь защиты аккумулятора от перенапряжения, что может привести к перезарядке аккумулятора и потенциальному повреждению аккумулятора, поэтому покупатель будет осторожен.

Несколько солнечных зарядных устройств

При правильном подключении можно добавить несколько солнечных зарядных устройств (любая комбинация типа и мощности) для зарядки аккумулятора.Правильная проводка означает, что каждое солнечное зарядное устройство в идеале подключается отдельно и непосредственно к клеммам аккумулятора. Этот идеальный случай означает, что каждый контроллер «видит» напряжение батареи и на него не влияет ток, исходящий от других контроллеров заряда. Контроллеры, очевидно, не будут иметь идентичных зарядных характеристик и могут иметь разные настройки; и они будут заряжаться в соответствии со своими запрограммированными характеристиками. Эта ситуация ничем не отличается от зарядки аккумулятора от сети / генератора одновременно с зарядкой от солнечной батареи.В современных контроллерах ток не будет течь обратно от батареи к контроллеру (за исключением очень небольшого тока покоя).

Простая блок-схема

Мне нужен контроллер солнечного заряда

Vmp солнечной панели больше:
— 19 В для батареи 12 В
— 34 В для батареи 24 В
— 49 В для батареи 36 В
— 64 В для батареи 48 В

Vmp солнечной панели находится в пределах:
— 17-19 В для батареи 12 В
— 30-34 В для батареи 24 В
— 43-49 В для батареи 36 В
— 56-64 В для батареи 48 В

Vmp солнечной панели меньше:
— 13 В для батареи 12 В
— 26 В для батареи 24 В
— 41 В для батареи 36 В
— 43 В для батареи 48 В

Щелкните ссылки для получения дополнительной информации о том, как выбирать между брендами.

Различные типы регуляторов напряжения и принцип работы

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Различные типы регуляторов напряжения и принцип работы

22.04.2020 Автор / Редактор: Эммануэль Одунладе / Erika Granath

Регуляторы напряжения — это интегральные схемы, предназначенные для регулирования напряжения на их входе до постоянного, фиксированного напряжения на их выходе, независимо от изменений тока нагрузки или входного напряжения.

Связанные компании

Регулятор напряжения — это система, предназначенная для автоматического поддержания постоянного уровня напряжения.

(Источник: Adobe Stock)

Электронные конструкции / устройства обычно состоят из различных электронных компонентов, которые иногда работают на разных уровнях напряжения. Таким образом, для надежного удовлетворения требований к питанию конкретной конструкции или различных компонентов конструкции в блоке питания обычно используются регуляторы напряжения для регулирования напряжения в основном источнике до уровня, необходимого для различных секций устройства. .

При проектировании блока питания для любого устройства всегда приходится принимать массу решений. Одним из этих решений, хотя и трудным, является выбор регуляторов напряжения, поскольку они бывают разных «форм и размеров» с разными «прибамбасами», которые делают их отличным выбором при использовании в одной цепи, но катастрофой в другие схемы.

В результате выбор правильного регулятора для вашего проекта (и его ограничений) требует тщательного понимания возможных вариантов, и сегодняшняя статья будет посвящена именно этому.Мы оценим различные типы регуляторов напряжения, их принципы работы и определим, когда имеет смысл использовать один перед другим.

Типы регуляторов напряжения

Регуляторы напряжения можно разделить на категории в зависимости от различных факторов, таких как их области применения, напряжения, при которых они работают, механизмы преобразования мощности и многие другие.

В этой статье мы сосредоточимся на активных регуляторах напряжения и классифицируем их на две большие категории в зависимости от механизма, который они используют для регулирования.Эти две категории включают:

1. Линейные регуляторы напряжения

2. Импульсные регуляторы напряжения

1. Линейные регуляторы напряжения

Линейные регуляторы напряжения используют принципы делителей напряжения для преобразования напряжения на их входе в желаемое напряжение на их выходе. Они используют контур обратной связи, который автоматически изменяет сопротивление в системе, чтобы противостоять влиянию изменений импеданса нагрузки и входного напряжения, и все это для обеспечения постоянного выходного напряжения.

Типичные реализации линейных регуляторов напряжения включают использование полевых транзисторов в качестве одной стороны делителя напряжения с петлей обратной связи, подключенной к затвору транзистора, управляя им по мере необходимости для обеспечения согласованности выходного напряжения.

Хотя такое использование транзисторов в качестве резисторов помогает упростить конструкцию и реализацию линейных регуляторов, оно в значительной степени способствует неэффективности, связанной с регуляторами. Причина этого в том, что транзисторы преобразуют избыточную электрическую энергию (разницу напряжений между входным и выходным напряжением) в тепло, что приводит к потере мощности в результате нагрева транзисторов.

В ситуациях, когда напряжение на входе или ток нагрузки на выходе слишком высоки, регуляторы могут выделять тепло, которое может привести к его выходу из строя. Чтобы смягчить это, разработчики обычно используют радиаторы, размер которых определяется величиной тока (мощности), проходящего через регулятор.

Еще один момент, о котором стоит поговорить в отношении линейных регуляторов, — это необходимость в том, чтобы напряжение на входе было больше, чем напряжение на выходе, на минимальное значение, называемое напряжением падения.Это значение напряжения (обычно около 2 В) варьируется в зависимости от регулятора и иногда является серьезным источником беспокойства для разработчиков, работающих с приложениями с низким энергопотреблением, из-за потери мощности. Чтобы обойти это, используйте тип линейных регуляторов напряжения, называемых стабилизаторами LDO (с низким падением напряжения), поскольку они разработаны с возможностью работы при разнице между входным и выходным напряжением всего 100 мВ.

Некоторые популярные примеры линейных регуляторов напряжения включают регуляторы напряжения серии 78xx (например, L7805 (5 В), L7809 (9 В)).

Плюсы и минусы линейного регулятора напряжения LM7805

Плюсы

Некоторые преимущества линейных регуляторов напряжения включают:

1. Простота и легкость разработки и реализации

2. Создает меньшее количество электромагнитных помех и шума

3. Быстрое время отклика на изменения тока нагрузки или условий входного напряжения

4. Низкое напряжение пульсаций на выходе

Минусы

Некоторые недостатки линейных регуляторов напряжения включают:

1.Низкий КПД из-за того, что большое количество электроэнергии тратится впустую в виде тепла

2. Требование отпускаемого напряжения делает их плохим выбором для приложений с низким энергопотреблением. в качестве тепла

5. Требование отпускаемого напряжения делает их плохим выбором для приложений с низким энергопотреблением

6. Занимают больше места на печатных платах из-за необходимости в радиаторах

2.Импульсные регуляторы напряжения

Хотя они имеют более сложную конструкцию и требуют большего количества сопутствующих компонентов для работы, импульсные регуляторы напряжения являются сверхэффективными регуляторами, используемыми в сценариях, где потери мощности, как в линейных регуляторах, недопустимы.

Механизм регулирования напряжения в импульсных регуляторах напряжения включает быстрое переключение элемента, последовательно соединенного с компонентом накопителя энергии (конденсатором или катушкой индуктивности), для периодического прерывания протекания тока и преобразования напряжения из одного значения в другое.Как это делается, зависит от управляющего сигнала от механизма обратной связи, подобного тому, который используется в линейных регуляторах.

В отличие от линейных регуляторов напряжения переключающий элемент находится либо в полностью проводящем, либо в выключенном состоянии. Он не рассеивает мощность и позволяет регулятору достичь высокого уровня эффективности по сравнению с линейными регуляторами.

В базовой реализации импульсного регулятора напряжения используется «проходной транзистор», работающий либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения, в качестве переключающего элемента.Когда проходной транзистор находится в состоянии отсечки, через него не протекает ток, как таковая мощность не рассеивается, но когда он находится в состоянии насыщения, на нем появляется незначительное падение напряжения, сопровождающееся рассеиванием небольшого количества энергии. с максимальным током, передаваемым на нагрузку. В результате переключающего действия и экономии энергии в состоянии отключения КПД переключаемых регуляторов обычно составляет около 70%.

Управление на основе переключения и ШИМ дает довольно большую гибкость, что позволяет переключать регуляторы напряжения для работы в разных режимах и существовать в различных типах, в том числе: / Регуляторы повышающего переключения

1.Понижающие импульсные регуляторы напряжения

Понижающие импульсные регуляторы, также известные как понижающие регуляторы, преобразуют высокое напряжение на своих входных клеммах в более низкое напряжение на своих выходных клеммах. Эта операция аналогична работе линейных регуляторов, за исключением того факта, что понижающие регуляторы работают с более высокой степенью эффективности. Изображение, иллюстрирующее расположение компонентов понижающих регуляторов, приведено ниже.

2. Повышающие импульсные регуляторы напряжения

Повышающие импульсные регуляторы, также известные как повышающие регуляторы, могут преобразовывать низкое напряжение на входе в более высокое напряжение на выходе.Их конфигурация является одним из основных различий между линейными регуляторами и импульсными регуляторами, поскольку регулирование не происходит, если напряжение на входе линейных регуляторов напряжения больше, чем напряжение, требуемое на их выходе. Схема, иллюстрирующая повышающие импульсные регуляторы напряжения, представлена ниже.

3. Понижающий / повышающий переключающий регулятор напряжения

Понижающий / повышающий стабилизатор сочетает в себе характеристики двух регуляторов, описанных выше. Он может обеспечивать фиксированное выходное напряжение независимо от разницы (+ или -) между входным и выходным напряжениями.Они очень полезны в аккумуляторных приложениях, где напряжение на входе, которое может быть выше, чем выходное напряжение в начале, со временем снижается до уровня ниже выходного напряжения. Схема, иллюстрирующая импульсный стабилизатор напряжения, представлена ниже:

Плюсы и минусы

Минусы

Какими бы эффективными и совершенными ни казались импульсные регуляторы напряжения, они имеют недостатки, некоторые из которых включают:

2. Требуется больше дополнительных компонентов

4.Высокие уровни электромагнитных помех и генерации шума, которые могут повлиять на сертификацию продукта при неправильном управлении

5. Высокая пульсация выходного напряжения

6. Более медленное переходное время восстановления по сравнению с линейными регуляторами

Плюсы

Применение импульсных регуляторов может перевесить их недостатки. Вот некоторые из преимуществ:

3. Они могут обеспечивать выходное напряжение, которое больше или меньше входного напряжения

4.Подходит для приложений с низким энергопотреблением

7. Они могут обеспечивать выходное напряжение, которое больше или меньше входного напряжения

8. Подходит для приложений с низким энергопотреблением

Выбор правильного регулятора напряжения для вашего проекта

Выбор подходящего регулятора напряжения для вашего проекта обычно не является проблемой выбора между линейным или импульсным стабилизатором напряжения. Выбор между ними можно сделать, просто рассмотрев их плюсы и минусы и решив, какой из них лучше всего подходит вам.Однако необходимо проверить другие специфические свойства регулятора (переключающие или линейные), чтобы убедиться, что он идеально подходит для вашего проекта. Пять из этих основных свойств описаны ниже:

1. Выходное напряжение (или диапазон напряжений)

Это, вероятно, первое, на что следует обратить внимание при работе с регулятором. Убедитесь, что выходное напряжение (или диапазон напряжений) регулятора соответствует требуемому значению для вашего приложения. Для некоторых регуляторов могут потребоваться внешние компоненты для поддержания постоянного выходного напряжения на желаемом уровне напряжения.Все это необходимо подтвердить, прежде чем штамповать регулятор для вашего проекта.

2. Выходной ток

Регуляторы напряжения разработаны с учетом конкретных номинальных значений тока. Подключение их к нагрузке с требованиями по току, превышающими их номинальный ток, может привести к повреждению регулятора или неисправности нагрузки. Это еще более важно в случае линейных регуляторов напряжения, поскольку ток оказывает прямое влияние на потери мощности.

Всегда следите за тем, чтобы выбранный вами регулятор выдерживал предполагаемый ток нагрузки.

3. Диапазон входного напряжения

Это относится к допустимому диапазону входных напряжений, поддерживаемых регулятором. Обычно это указывается в техническом описании, и как разработчику важно убедиться, что возможное входное напряжение для вашего приложения находится в пределах этого диапазона. Одна из ошибок, которые делают большинство молодых разработчиков по этому поводу, заключается в том, что они сосредотачиваются только на максимальном входном напряжении, забывая, что входное напряжение ниже указанного минимального напряжения может привести к ошибкам регулирования, особенно в случае линейных регуляторов.Знание этих значений поможет вам оценить условия, при которых регулятор выйдет из строя либо из-за чрезмерного тепловыделения в случае линейных регуляторов, либо из-за неисправностей в случае импульсных регуляторов.

4. Диапазон рабочих температур

Диапазон рабочих температур, определяемый в большинстве технических описаний как температура окружающей среды (Ta) или температура перехода, — это диапазон температур, в котором регулятор функционирует должным образом. Говоря более конкретно, температура перехода обычно относится к максимальной рабочей температуре транзистора.Напротив, температура окружающей среды относится к температуре окружающей среды вокруг устройства. Оба значения важны, особенно для линейных регуляторов, поскольку они способствуют процессу выбора идеального радиатора для регулятора.

5. Падение напряжения

Это важно при выборе линейных регуляторов напряжения. Как объяснялось ранее, падение напряжения относится к величине, на которую входное напряжение должно быть больше, чем выходное напряжение, чтобы произошло регулирование.Хотя это может быть неважным фактором для большинства приложений, для приложений, где важны эффективность и низкая мощность, имеет смысл использовать регуляторы напряжения с низким падением напряжения.

Другие факторы, такие как эффективность, размер корпуса, переходная характеристика и потенциальные электромагнитные помехи / шум, также должны быть приняты во внимание.

В заключение, простой способ решить, какой регулятор использовать, — это сначала решить, будет ли линейный или импульсный регулятор напряжения лучшим выбором, исходя из их плюсов и минусов.