Руководство для начинающих по импульсным регуляторам
Руководство для начинающих по переключению регуляторов Что не так с линейным регулятором?
Линейные стабилизаторы отлично подходят для питания очень маломощных устройств. Они
просты в использовании и дешевы, поэтому пользуются большой популярностью. Однако из-за
судя по тому, как они работают, они крайне неэффективны.
Линейный регулятор работает, беря разницу между входное и выходное напряжения, и просто сжигая его как отработанное тепло. Чем больше разница между входным и выходным напряжением, тем больше производится тепло. В большинстве случаев линейный регулятор тратит больше энергии. понижение напряжения, чем оно на самом деле подается на целевое устройство!
С типичной эффективностью 40% и достигающей всего 14%,
линейное регулирование напряжения генерирует много отработанного тепла, которое должно быть
рассеивается громоздкими и дорогими радиаторами.
Это также означает снижение
время автономной работы для ваших проектов.
Даже новые регуляторы LDO (с малым падением напряжения) все еще неэффективные линейные регуляторы — они просто дают вам больше гибкости с входное напряжение падает.
Чем импульсный регулятор лучше?
Импульсный регулятор работает, беря небольшие порции энергии, шаг за шагом.
бит, от источника входного напряжения, и перемещение их на выход. Этот
осуществляется с помощью электрического выключателя и контроллера
который регулирует скорость, с которой энергия передается на выходе
(отсюда термин «переключающий регулятор»).
Энергетические потери, связанные с перемещением порций энергии вокруг
таким образом относительно невелики, и в результате переключение
Регулятор обычно может иметь КПД 85%. Поскольку их эффективность
менее зависимы от входного напряжения, могут питать полезные нагрузки от
источники более высокого напряжения.
Импульсные регуляторы используются в таких устройствах, как портативные телефоны, игровые платформы, роботы, цифровые камеры и ваши компьютер.
Импульсные регуляторы представляют собой сложные схемы для проектирования, и в качестве В результате они не очень популярны среди любителей. Однако Dimension Engineering создает импульсные стабилизаторы, которые еще проще использовать, чем линейные регуляторы, потому что они используют ту же 3-контактную форму фактором, но не требуют никаких внешних конденсаторов.
Что могут импульсные регуляторы, чего не могут линейные регуляторы?
При высоком входном напряжении можно управлять нагрузкой более 200 мА с
линейный регулятор становится крайне непрактичным. Большинство людей используют
в этих ситуациях отдельный аккумуляторный блок, поэтому у них один аккумулятор
пакет для высоковольтных устройств и один для низковольтных устройств. Этот
означает, что у вас в два раза больше аккумуляторов, которые нужно не забыть зарядить, и в два раза
хлопот! Импульсный стабилизатор может легко питать большие нагрузки от
высокое напряжение и избавит вас от необходимости тратиться на дополнительный аккумулятор.
Некоторые типы импульсных стабилизаторов также могут повышать напряжение. Линейный регуляторы не могут этого сделать. Всегда.
Как узнать, нужен ли мне импульсный стабилизатор?
Как правило, если ваше линейное напряжение
решение для регулирования тратит менее 0,5 Вт мощности,
импульсный регулятор будет излишним для вашего проекта. Если ваш линейный
регулятор тратит впустую несколько ватт энергии, вы наверняка захотите
замените его переключателем! Вот как рассчитать потери мощности:
Уравнение для потерянной мощности в линейном регуляторе:
Потери мощности = (входное напряжение – выходное напряжение) * ток нагрузки
Например, допустим, у вас есть свинцово-кислотная батарея на 12 В.
батарея, и вы хотите запитать микроконтроллер, который потребляет 5 мА, и
ультразвуковой дальномер, который потребляет 50 мА. И микроконтроллер, и
ультразвуковой дальномер работает от 5В.
Вы используете LM7805 (очень
общий линейный регулятор), чтобы снизить напряжение до 5 В с 12 В.
Потеря мощности = (12 В – 5 В) * (0,050 А + 0,005 А) = 0,385 Вт
0,385 Вт не так уж плохо для потери мощности. LM7805 может обрабатывать это без большого радиатора. Вы могли бы получить больше времени автономной работы, если бы вы используется импульсный регулятор, но в этом случае потребляемая мощность так низко, что срок службы батареи в любом случае будет очень долгим.
Теперь давайте расширим этот пример и добавим два сервопривода. которые потребляют в среднем 0,375 А каждый, а также работают от источника питания 5 В. Сколько энергии сейчас тратится впустую в линейном регуляторе?
Потеря мощности = (12 В – 5 В) * (0,050 А + 0,005 А + 0,375 А + 0,375 А) = 5,635 Вт
5,6 Вт — это много отработанного тепла! Без большого радиатора
LM7805 нагревался бы так, что сам отпаивался бы или плавился.
макет или победить Айсмена.
Даже с радиатором 5.6Вт тоже много
жизни, чтобы высосать из вашей батареи без причины. Переключение
регулятор, такой как DE-SW050,
будет очень полезен в этом случае и снизит потери мощности примерно до 0,5 Вт.
Импульсный регулятор действительно стоит 10+ баксов?
Последнее, что нужно учитывать, это, конечно же, стоимость. Если ваш
проект дешев и достаточно прост, чтобы импульсный регулятор
утроить стоимость всего проекта, то импульсный регулятор может
будет трудно оправдаться. Однако, если вы строите более продвинутого робота,
самолет и т. д., а регулятор переключения добавляет 15% к вашим затратам, но
дает вам на 35% больше времени автономной работы, тогда это хорошая сделка, верно?
Я не дурак. Я знаю, ты просто пытаешься
продавать свою продукцию. Почему я должен купить импульсный регулятор именно у вас
а не от другого?
Наши регуляторы легкие, маленькие, эффективные, имеют широкий
диапазон ввода, имеют четкую маркировку и еще проще в использовании, чем линейный
регулятор.
Они также дешевле, чем другие регуляторы с аналогичным
Характеристики. К тому же, в отличие от других компаний, мы вас не порвем.
от доставки. Мы ненавидим, когда с нами так поступают!
Где я могу найти дополнительную информацию об импульсных регуляторах?
Попробуйте найти
«баксовый преобразователь»,
«повышающий преобразователь» или
«преобразователь постоянного тока»
и вы должны найти несколько хороших учебников.
Обзор типов регуляторов напряжения
Обзор типов регуляторов напряжения (МОП-транзистор или тиристор)
01.06.16
Введение
Приведенный ниже материал представляет собой набор информации, в которой представлен обзор стабилизаторов напряжения как на МОП-транзисторах, так и на тиристорах. Если при использовании стабилизатора напряжения тиристорного типа он выходит из строя, переход на стабилизатор напряжения на основе полевого МОП-транзистора обеспечит более длительный срок службы и лучшую производительность системы зарядки.
Сводка
Регуляторы напряжения на основе MOSFETявляются предпочтительным конструктивным решением для спортивных автомобилей. Накопление тепла является основной причиной отказов регулятора напряжения. Идеальное место установки регулятора напряжения должно обеспечивать поток холодного воздуха и находиться вдали от выхлопной системы или тепла двигателя.
При запуске автомобиля с разряженной аккумуляторной батареей регулятор напряжения будет подавать высокие токи в течение более длительного периода времени. Этот рабочий цикл заставит регулятор напряжения работать сильнее. Поддержание напряжения аккумулятора Shorai LFX выше 13,3 В поможет снизить нагрузку на регулятор напряжения, поскольку время зарядки до 14,4 В будет относительно коротким.
Для полного описания, пожалуйста, продолжайте читать.
Регуляторы напряжения
Регулятор напряжения является важным компонентом электрической системы зарядки и предотвращает перезарядку и повреждение аккумуляторной батареи вашего мотоцикла. В этом разделе содержится информация о распространенных типах регуляторов и информация об устранении неполадок. Существует несколько распространенных типов регуляторов напряжения, используемых на большинстве мотоциклов. Наиболее распространенным является одно- или трехфазный регулятор для систем зарядки с постоянными магнитами. Этот тип используется на большинстве современных уличных мотоциклов. Регулятор другого типа используется в системах с регулируемой катушкой возбуждения, которые можно найти на многих уличных мотоциклах 19-го века.
Регуляторы напряжения с маховиком на постоянных магнитах
Однофазные регуляторы напряжения
Однофазные регуляторы напряжения используются с однофазными статорами в системах зарядки маховиков с постоянными магнитами. Вы можете просмотреть страницы статоров и роторов, чтобы узнать больше об этих типах систем. Однофазный регулятор напряжения выполняет две функции. Во-первых, действовать как выпрямитель (почему их часто называют регуляторами-выпрямителями).
Секция выпрямителя представлена 4 стрелками на схеме выше. Стрелки обозначают внутренние диоды, которые представляют собой электронные компоненты внутри блока, образующие секцию выпрямителя. Диоды — это простой электрический компонент, выполняющий одну функцию. Диоды можно рассматривать как улицы с односторонним движением для электрического тока. Они позволяют току проходить только в одном направлении: положительная полярность. В однофазном выпрямителе каждый конец катушки статора подключен между парой диодов. Диоды отфильтровывают отрицательную часть волны переменного тока, пропуская только ток положительной полярности. После диодного моста электрический ток от статора выпрямляется в постоянный ток, который используется для зарядки аккумулятора.
Регулятор представляет собой отдельный набор компонентов и функций внутри блока. Функция регулятора очень проста (и надежна) в большинстве регуляторов мотоциклов. Схема управления регулятором отслеживает напряжение батареи и сравнивает это измерение с внутренним эталонным напряжением (точкой регулирования).
Регуляторы мотоциклов, как правило, рассчитаны на максимальное напряжение батареи ~ 14,6 В постоянного тока во время зарядки. Когда этот предел напряжения достигнут, схема управления запускает полупроводниковые переключатели, называемые «кремниевыми управляемыми выпрямителями» (SCR). Когда SCR срабатывает, он, по сути, замыкает переключатель, создавая соединение между выходом статора и землей. Это действие шунтирует выход статора на землю, которая рассеивается в виде тепла по всему корпусу регулятора. Вот почему конструкция корпуса регулятора имеет решающее значение. Он не только служит для защиты внутренних компонентов от элементов и вибрации, но и должен эффективно рассеивать тепло, поскольку избыточный ток отводится. Ребра часто используются для обеспечения потока воздуха для охлаждения корпуса.
Трехфазные регуляторы напряжения
Трехфазные регуляторы/выпрямители напряжения работают так же, как описано выше в разделе об однофазных устройствах.
Различия заключаются в том, что выпрямительный мост содержит еще один набор диодов для выпрямления третьей фазы на выходе статора.
Регуляторы ротора полевой катушки
Эти блоки регулятора напряжения относятся к типу, используемому на велосипедах, в которых используется ротор с внутренней катушкой возбуждения вместо маховика с постоянными магнитами. Этот тип системы использовался на многих японских мотоциклах в 70-х и начале 80-х годов, таких как серия Honda CB и серия Yamaha XS. Эти устройства имеют внутренний выпрямитель, который работает так же, как и устройства, описанные выше. Разница с этим типом системы заключается в регулировании. Регулирование в этих системах осуществляется путем изменения тока, протекающего через катушку возбуждения внутри ротора, для изменения магнитного поля, а не путем шунтирования выхода статора (см. Системы с постоянными магнитами выше). Регулятор измеряет напряжение батареи и регулирует ток, подаваемый на катушку возбуждения.
Когда напряжение батареи низкое, регулятор позволяет максимальному току течь через катушку возбуждения, увеличивая магнитное поле в роторе. Это, в свою очередь, увеличивает выходную мощность обмоток статора. Когда измеренное напряжение батареи достигает полного заряда (~ 14,4 В), ток, протекающий через катушку возбуждения, уменьшается или полностью прекращается (в зависимости от конкретной модели), чтобы избежать перезарядки батареи. Эти системы более эффективны, чем системы зарядки с постоянными магнитами, поскольку генерируется не так много бесполезного тока, который необходимо рассеивать, как тепло. Однако в этих системах есть и другие детали, которые изнашиваются, например контактные кольца на роторе или щетки, подающие ток на катушку возбуждения.
Регулировка генератора
Некоторые мотоциклы, особенно уличные модели 80-х годов, использовали систему генератора переменного тока автомобильного типа. В этих агрегатах генератор переменного тока обычно приводится в движение от коленчатого вала.
Генератор имеет внутренний диодный мост для выпрямления переменного тока в постоянный (см. описание выше). Генератор имеет внутреннюю катушку возбуждения, которая управляется отдельным регулятором (также внутренним по отношению к генератору). Регуляторы в этих устройствах могут выйти из строя, и их легко заменить.
Общий регулятор напряжения (регулятор/выпрямитель) Действия по поиску и устранению неисправностей
Блоки регулятора напряжения
обычно выходят из строя из-за перегрева. Большинство регуляторов работают для защиты батареи, рассеивая ненужный зарядный ток в виде тепла. Тепло отводится металлическим корпусом регулятора. На большинстве велосипедов корпус регулятора имеет ребра для воздушного охлаждения и устанавливается в каком-либо месте с приличным потоком воздуха. Если регулятор часто выходит из строя на определенной модели, и регулятор установлен в месте с плохим потоком воздуха (под сиденьем, под обтекателем, рядом с выхлопом и т.
д.), это может помочь переместить и переустановить корпус регулятора где-нибудь на велосипед с очень хорошим воздушным потоком.
Нарушение правил
Функции регулирования блока регулятора напряжения не могут быть легко протестированы. (Мы предлагаем услуги по тестированию на нашем испытательном стенде, где мы можем точно диагностировать неисправность регулятора. Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы организовать услуги по тестированию.) Неисправности регулятора обычно проявляются в чрезмерной зарядке батареи. Это может быть заметно по перегоревшим лампам фар или задних фонарей из-за высокого напряжения или сильному нагреву аккумулятора и кипению кислоты внутри. Это можно легко диагностировать с помощью цифрового мультиметра (DMM).
1: Подключите цифровой мультиметр к клеммам аккумулятора, красный провод цифрового мультиметра к положительной (+) клемме, черный провод цифрового мультиметра к отрицательной (-) клемме.
2: Установите цифровой мультиметр в режим напряжения постоянного тока, диапазон 20 В.
3: Запустите двигатель.
4: Обратите внимание на напряжение аккумулятора на холостом ходу. Оно должно быть в диапазоне 12–13 В постоянного тока на холостом ходу. (см. комментарий ниже)
5: Увеличьте обороты двигателя до 4000-5000 об/мин и проверьте показания цифрового мультиметра.
6: Регулятор должен достигать ~14,4–14,6 В постоянного тока.
Если напряжение продолжает увеличиваться при частоте вращения выше 15 В постоянного тока, функция регулирования работает неправильно. Функция регулирования вообще не работает, необходимо заменить регулятор напряжения. Функции регуляции могут быть прерывистыми и постепенно ухудшаться. Может быть сложно протестировать и быть уверенным в неисправности регулятора, но это самый простой и распространенный способ диагностировать эту неисправность.
Источник — http://racetechelectric.com/ft-751-voltage-regulators.html
Относительно желаемого напряжения на холостом ходу — менее 13,2 В разряжает аккумуляторы LFX, 13,6-14,4 В желательно для всех диапазонов оборотов.
LFX выдерживает напряжение до 15,2 В.
МОП-транзистор
МОП-транзистор – полевой транзистор на основе оксида металла
Наряду с полевым транзистором с соединением (JFET) существует еще один тип полевого транзистора, вход затвора которого электрически изолирован от основного токопроводящего канала и поэтому называется Полевой транзистор с изолированным затвором или IGFET . Наиболее распространенный тип полевого транзистора с изолированным затвором, который используется во многих различных типах электронных схем, называется полевым транзистором на основе оксида металла и полупроводника или MOSFET для краткости.
Источник — http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_6.html
SCR (тиристор)
SCR , или кремниевый управляемый выпрямитель, представляет собой полупроводник или интегральную схему (ИС), которая позволяет управлять током с помощью небольшого тока.
По сути, это простой выключатель света постоянного тока (DC).
Источник — http://www.mikeholt.com/mojonewsarchive/All-HTML/HTML/SCR-what-are-they-and-how-do-they-work~20000126.php
Описание простых тиристорных цепей
автор: Swagatam • отредактировано: Lamar Stonecypher • обновлено: 14.11.2011
В статье представлены технические характеристики SCR и принципы их работы посредством легкого для понимания пошагового объяснения. В статье также предложено несколько интересных проектов SCR, которые можно легко построить и использовать для соответствующих целей.
SCR
или кремниевые управляемые выпрямители являются членами семейства электронных активных компонентов. Их также называют Тиристорами. На рисунке слева показан стандартный электронный символ SCR. На нем показаны три выводных вывода детали, верхний из которых является анодом, нижний — катодом, а центральное удлинение — затвором. Символ очень похож на обычный символ выпрямительного диода с дополнительным выводом со стороны катода.
Хотя тиристоры сильно отличаются от диодов, они также выпрямляют переменный ток в ответ на электрические триггеры постоянного тока на входах затворов.
Как вы можете видеть на реальном изображении SCR справа, он выглядит как транзистор. Внешне они могут выглядеть точно так же, как транзисторы, но совершенно разные по техническим характеристикам.
Оба действуют как переключающие устройства, хотя тиристоры удобно работают с высоким напряжением переменного тока, тогда как транзисторы обычно предназначены для приложений с низким напряжением постоянного тока. Ориентация выводов указывает, что первый вывод справа является затвором, крайний левый вывод — катодом, а центральный вывод — анодом. Затвор и выводы анода всегда работают по отношению к земле; катодный вывод предназначен для соединения с землей и служит общей клеммой отключения для затвора, а также для анода. Нагрузка, которой необходимо управлять, подключается через вход переменного тока и анод тиристора.
Как работают тиристоры
В отличие от транзисторов, которые могут демонстрировать экспоненциально изменяющуюся схему выходного тока, эквивалентную приложенному входному току переключения, тиристоры имеют определенные уровни срабатывания, ниже которых они могут работать некорректно.
Однако, как только уровень срабатывания пересекает оптимальное значение, SCR может переключиться на полную проводимость.
Другим типичным свойством, связанным с SCR, является их «защелкивающееся» поведение с нагрузками, управляемыми постоянным током, когда проводимость анода к катоду через защелки нагрузки фиксируется или «удерживается» даже после блокировки триггера затвора. Однако с нагрузками, работающими на переменном токе, вышеуказанный недостаток или, скорее, преимущество отсутствует, и нагрузка включается или выключается точно в ответ на переключение триггеров затвора тиристора.
Источник — http://www.brighthubengineering.com/diy-electronics-devices/121484-simple-thyristor-circuits-explained/
Сводка
Регуляторы напряжения на основе MOSFET являются предпочтительным конструктивным решением для спортивных автомобилей. Накопление тепла является основной причиной отказов регулятора напряжения. Идеальное место установки регулятора напряжения должно обеспечивать поток холодного воздуха и находиться вдали от выхлопной системы или тепла двигателя.