Lenni kapcsolási szabályozó , ez az áramkör rendkívül hatékony, és nem pazarolja vagy szórja el az energiát, ellentétben az olyan lineáris szabályozókkal, mint az IC 7812, vagy az IC LM317 vagy az IC LM338.
Miért olyan lineáris szabályozók, mint a 7812, LM317 és LM338, rossz lelépésű átalakítók?
Az olyan lineáris szabályozók, mint a 7812 és az LM317, működési jellemzőik miatt nem hatékony lecsökkentő átalakítóknak minősülnek.
A lineáris szabályozóban a többlet bemeneti feszültség hő formájában disszipálódik. Ez azt jelenti, hogy a bemeneti és a kimeneti kapcsok közötti feszültségesés egyszerűen 'leég' elpazarolt energiaként. A lineáris szabályozó változtatható ellenállásként működik, az ellenállását úgy állítja be, hogy eloszlassa a többletenergiát és szabályozza a kimeneti feszültséget.
Ez a disszipációs folyamat jelentős teljesítményveszteséghez és alacsony hatékonysághoz vezet. A lineáris szabályozó hatásfokát a kimeneti teljesítmény és a bemeneti teljesítmény aránya határozza meg. A bemeneti-kimeneti feszültségkülönbség növekedésével a hőként disszipált teljesítmény, azaz a feszültségkülönbség és a kimeneti áram szorzata is növekszik. Következésképpen a hatásfok csökken a bemeneti és kimeneti feszültségkülönbség növekedésével.
Például, ha egy lineáris szabályozót használunk a 24 V-os bemenet 12 V-ra történő szabályozására, a többlet 12 V hőként disszipálódik. Ez jelentős energiaveszteséget eredményezhet, és további hűtési mechanizmusokat tesz szükségessé a nagy teljesítményt igénylő alkalmazásokban.
Ezzel szemben a kapcsoló szabályozók (pl bakkonverterek ) hatékonyabbak a fokozatos átalakításhoz. Induktorok, kondenzátorok és kapcsolók kombinációját használják a feszültség hatékony átalakítására.
A kapcsolási szabályozók a kapcsolási ciklus egyik fázisában tárolják az energiát, a másikban pedig leadják, ezáltal minimalizálják az energia hőként való disszipációját. Az adott kialakítástól függően a kapcsolószabályozók 80-95%-os vagy még magasabb hatásfokot is elérhetnek.
Összefoglalva, bár az olyan lineáris szabályozók, mint a 7812 és az LM317, egyszerűek és költséghatékonyak, nem ezek a leghatékonyabb választás a csökkentett átalakításhoz, amikor az energiahatékonyság jelentős probléma.
Áramkör leírása
Az alábbi ábra a 24 V-tól 12 V-ig terjedő átalakító alaprajzát mutatja.
A használt kapcsolószabályzó a Motorola általános modellje: a µA78S40.
A következő ábra ennek az integrált áramkörnek a belső felépítését mutatja be, amely a kapcsolási szabályozóhoz különféle szükséges alkatrészeket tartalmaz: oszcillátor, flip-flop, komparátor, feszültség referenciaforrás, meghajtó és kapcsolótranzisztorok.
Ezenkívül van egy műveleti erősítő, amelyre nincs szükség ehhez az alkalmazáshoz. A tápellátás szűrését és simítását a C3-C7 kondenzátorok végzik.
A C1 kondenzátor határozza meg az oszcillátor frekvenciáját, míg az R1, R5 és R6 ellenállások segítenek korlátozni az átalakító kimeneti áramát.
Az R1 ellenálláson lévő feszültség arányos az átalakító által szolgáltatott áramerősséggel.
A µA78S40 13. és 14. érintkezője között körülbelül 0,3 V feszültségkülönbség beállításával az R6 és R7 ellenállások feszültségosztót hoznak létre, lehetővé téve az áramkorlátozást 5 A körül.
A C2 kondenzátorral leválasztott feszültség referenciaforrás elérhető az IC1 8. érintkezőjén.
Ezt a referenciafeszültséget az IC1 belső komparátorának nem invertáló bemenetére kapcsoljuk. Az invertáló bemenet a konverter kimeneti feszültségével arányos potenciálra van beállítva.
Az állandó kimeneti feszültség fenntartása érdekében a komparátor vezérli az IC1 kimeneti fokozatát.
A komparátor mindkét bemenetét ugyanazon a potenciálon tartják, és a kimeneti feszültséget a következő képlet adja meg:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Az Aj1 állítható ellenállás lehetővé teszi az átalakító kimeneti feszültségének beállítását +10V és +15V között.
A két kimeneti tranzisztor egy Darlington párt alkot, és egymás utáni kapcsolásukat a flip-flop vezérli a C1 kondenzátor rezgéseivel szinkronban.
Az ÉS kapuval kombinálva ezt a flip-flopot a komparátor vezérli, hogy beállítsa a µA78S40 kimeneti fokozatának vezetési idejét és állandó kimeneti feszültséget tartson fenn.
A T1 tranzisztor telített vagy blokkolt állapota követi az IC1 Darlington-párjának állapotát. Amikor az IC1 kimeneti fokozata telített, a T1 tranzisztor előfeszített, és bázisáramát az R2 ellenállás korlátozza.
Az R3 ellenállás az R9 ellenállással együtt feszültségosztót alkot, korlátozva a T1 tranzisztor VBE feszültségét a kapcsolási folyamat elején.
A T1 tranzisztor, amely Darlington modellként működik, nyitott vagy zárt kapcsolóként viselkedik a µA78S40 oszcillátorának frekvenciáján.
Az L1 induktor lehetővé teszi a feszültségesést 24 V-ról 12 V-ra az induktivitás tulajdonságainak felhasználásával. Állandósult állapotban, amikor a T1 tranzisztor telített, az L1 induktorra +12 V feszültség kerül.
Ebben a fázisban az induktivitás energiát tárol, amelyet a rákapcsolt feszültség megszűnésekor felszabadít. Így, ha a T1 tranzisztor blokkolva van, az L1 tekercs hajlamos fenntartani a rajta átfolyó áramot.
A D1 dióda vezetőképessé válik, és -12 V-os ellenelektromotoros erő jelenik meg az L1 induktoron.
