Koska a vaihtosäädin Tämä piiri on erittäin tehokas eikä tuhlaa tai hukkaa energiaa, toisin kuin lineaariset säätimet, kuten IC 7812 tai IC LM317 tai IC LM338.
Miksi lineaarisäätimet, kuten 7812, LM317 ja LM338, ovat huonoja step down -muuntimia?
Lineaarisia säätimiä, kuten 7812 ja LM317, pidetään tehottomia alennusmuuntimia niiden toimintaominaisuuksien vuoksi.
Lineaarisessa säätimessä ylimääräinen syöttöjännite häviää lämmön muodossa. Tämä tarkoittaa, että jännitehäviö tulo- ja lähtöliittimien välillä yksinkertaisesti 'poltetaan pois' hukkaan heitettyä energiaa. Lineaarinen säädin toimii muuttuvana vastuksena säätämällä resistanssiaan ylimääräisen energian haihduttamiseksi ja lähtöjännitteen säätelemiseksi.
Tämä hajoamisprosessi johtaa huomattavaan tehohäviöön ja alhaiseen hyötysuhteeseen. Lineaarisen säätimen hyötysuhde määräytyy lähtötehon ja ottotehon suhteen perusteella. Kun tulo-lähtöjännite-ero kasvaa, kasvaa myös lämmönä hajotettu teho, joka on jännite-ero kerrottuna lähtövirralla. Tämän seurauksena hyötysuhde heikkenee tulon ja lähdön välisen jännite-eron kasvaessa.
Esimerkiksi käytettäessä lineaarista säädintä 24 V:n tulon säätämiseen 12 V:iin, ylimääräinen 12 V haihtuu lämpönä. Tämä voi johtaa huomattavaan tehonhukkaan ja vaatia lisäjäähdytysmekanismeja sovelluksissa, joissa käytetään suurta tehoa.
Sitä vastoin vaihtavat säätimet (esim buck-muuntimet ) ovat tehokkaampia asteittain muuntamiseen. Ne käyttävät induktorien, kondensaattoreiden ja kytkimien yhdistelmää jännitteen muuntamiseksi tehokkaasti.
Kytkentäsäätimet varastoivat energiaa kytkentäjakson yhden vaiheen aikana ja toimittavat sen toisen aikana, mikä minimoi energian häviämisen lämmönä. Suunnittelusta riippuen kytkentäsäätimet voivat saavuttaa 80-95 %:n tai jopa korkeamman hyötysuhteen.
Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka lineaariset säätimet, kuten 7812 ja LM317, ovat yksinkertaisia ja kustannustehokkaita, ne eivät ole tehokkain vaihtoehto alennettuun muuntamiseen, kun virrantehokkuus on merkittävä huolenaihe.
Piirin kuvaus
Alla olevassa kuvassa on 24 V - 12 V muuntimen peruskaavio.
Käytetty kytkentäsäädin on Motorolan yleinen malli: µA78S40.
Seuraavassa kuvassa on esitetty tämän integroidun piirin sisäinen rakenne, joka sisältää useita tarvittavia komponentteja kytkentäsäätimelle: oskillaattori, flip-flop, komparaattori, jännitteen referenssilähde, ohjain ja kytkentätransistorit.
Lisäksi on operaatiovahvistin, jota ei tarvita tähän sovellukseen. Virtalähteen suodatus ja tasoitus hoituvat kondensaattoreiden C3-C7 avulla.
Kondensaattori C1 määrittää oskillaattorin taajuuden, kun taas vastukset R1, R5 ja R6 auttavat rajoittamaan muuntimen lähtövirtaa.
Jännite vastuksen R1 yli on verrannollinen muuntimen syöttämään virtaan.
Asettamalla noin 0,3 V:n jännite-eron µA78S40:n nastojen 13 ja 14 välille vastukset R6 ja R7 luovat jännitteenjakajan, mikä mahdollistaa virranrajoituksen tapahtuvan noin 5 A:lla.
Jännitteen referenssilähde, joka on irrotettu kondensaattorilla C2, on saatavilla IC1:n nastassa 8.
Tämä vertailujännite syötetään IC1:n sisäisen komparaattorin ei-invertoivaan tuloon. Invertoiva tulo on asetettu potentiaaliin, joka on verrannollinen muuntimen lähtöjännitteeseen.
Vakiolähtöjännitteen ylläpitämiseksi komparaattori ohjaa IC1:n lähtöastetta.
Komparaattorin molemmat tulot pidetään samassa potentiaalissa ja lähtöjännite saadaan seuraavalla kaavalla:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Säädettävä vastus Aj1 mahdollistaa muuntimen lähtöjännitteen säätämisen välillä +10V - +15V.
Kaksi lähtötransistoria muodostavat Darlington-parin, ja niiden peräkkäistä vaihtoa ohjataan kiikun avulla synkronoituna kondensaattorin C1 värähtelyjen kanssa.
Yhdessä JA-portin kanssa tätä flip-flopia ohjaa komparaattori säätämään µA78S40:n lähtöasteen johtavuusaikaa ja ylläpitämään vakiolähtöjännitettä.
Transistorin T1 kyllästetty tai estetty tila seuraa IC1:n Darlington-parin tilaa. Kun IC1:n lähtöaste on kyllästynyt, transistori T1 on biasoitu ja sen kantavirtaa rajoittaa vastus R2.
Vastus R3 muodostaa yhdessä vastuksen R9 kanssa jännitteenjakajan, joka rajoittaa transistorin T1 VBE-jännitettä kytkentäprosessin alussa.
Transistori T1, joka toimii Darlington-mallina, toimii avoimena tai suljettuna kytkimenä µA78S40:n oskillaattorin taajuudella.
Induktori L1 mahdollistaa jännitteen pudotuksen 24 V:sta 12 V:iin käyttämällä induktanssin ominaisuuksia. Tasaisessa tilassa, kun transistori T1 on kyllästetty, induktorin L1 yli syötetään +12 V jännite.
Tämän vaiheen aikana induktanssi varastoi energiaa, jonka se vapauttaa, kun kohdistettu jännite katoaa. Siten, kun transistori T1 on estetty, kela L1 pyrkii ylläpitämään sen läpi kulkevaa virtaa.
Diodista D1 tulee johtava ja kelan L1 yli tulee -12 V:n vastasähkövoima.
