Като а превключващ регулатор , тази схема е високоефективна и няма да губи или разсейва енергия, за разлика от линейните регулатори като IC 7812 или IC LM317 или IC LM338.
Защо линейните регулатори като 7812, LM317 и LM338 са лоши понижаващи преобразуватели?
Линейните регулатори като 7812 и LM317 се считат за неефективни понижаващи преобразуватели поради техните експлоатационни характеристики.
В линеен регулатор излишното входно напрежение претърпява разсейване под формата на топлина. Това означава, че спадът на напрежението между входните и изходните клеми просто се 'изгаря' като загуба на енергия. Линейният регулатор функционира, като действа като променлив резистор, регулирайки съпротивлението си, за да разсейва излишната енергия и да регулира изходното напрежение.
Този процес на разсейване води до значителна загуба на мощност и ниска ефективност. Ефективността на линейния регулатор се определя от съотношението на изходната към входната мощност. Тъй като разликата в напрежението на входа и изхода се увеличава, мощността, разсейвана като топлина, която е разликата в напрежението, умножена по изходния ток, също се увеличава. Следователно, ефективността намалява с нарастване на разликата в напрежението между входа и изхода.
Например, когато използвате линеен регулатор за регулиране на вход от 24 V до 12 V, излишните 12 V се разсейват като топлина. Това може да доведе до значителни загуби на енергия и да наложи допълнителни охлаждащи механизми в приложения, включващи висока мощност.
За разлика от тях превключващите регулатори (като напр преобразуватели на долара ) са по-ефективни за понижаващо преобразуване. Те използват комбинация от индуктори, кондензатори и превключватели за ефективно преобразуване на напрежението.
Превключващите регулатори съхраняват енергия по време на една фаза от цикъла на превключване и я доставят по време на друга, като по този начин минимизират разсейването на енергия като топлина. В зависимост от конкретния дизайн, превключващите регулатори могат да постигнат ефективност, варираща от 80-95% или дори по-висока.
В обобщение, докато линейните регулатори като 7812 и LM317 са ясни и рентабилни, те не са най-ефективният избор за понижаващо преобразуване, когато енергийната ефективност е сериозен проблем.
Описание на веригата
Фигурата по-долу показва основната диаграма на преобразувателя от 24 V към 12 V.
Използваният превключващ регулатор е общ модел на Motorola: µA78S40.
Следващата фигура представя вътрешната структура на тази интегрална схема, която включва различни необходими компоненти за превключващ регулатор: осцилатор, тригер, компаратор, референтен източник на напрежение, драйвер и превключващи транзистори.
Освен това има операционен усилвател, който не е необходим за това приложение. Филтрирането и изглаждането на захранването се извършват от кондензатори C3 до C7.
Кондензаторът C1 определя честотата на осцилатора, докато резисторите R1, R5 и R6 помагат за ограничаване на изходния ток на преобразувателя.
Напрежението на резистора R1 е пропорционално на тока, подаван от преобразувателя.
Чрез настройване на разлика в напрежението от около 0,3 V между щифтове 13 и 14 на µA78S40, резисторите R6 и R7 създават делител на напрежението, което позволява ограничаване на тока при около 5A.
Източникът на референтно напрежение, отделен от кондензатор C2, е наличен на пин 8 на IC1.
Това референтно напрежение се прилага към неинвертиращия вход на вътрешния компаратор на IC1. Инвертиращият вход е настроен на потенциал, пропорционален на изходното напрежение на преобразувателя.
За да поддържа постоянно изходно напрежение, компараторът управлява изходния етап на IC1.
И двата входа на компаратора се поддържат при един и същ потенциал, а изходното напрежение се дава по следната формула:
Vs = 1.25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Регулируемият резистор Aj1 позволява регулиране на изходното напрежение на преобразувателя в диапазона от +10V до +15V.
Двата изходни транзистора образуват двойка Дарлингтън, като последователното им превключване се управлява от тригера в синхрон с трептенията на кондензатор С1.
Комбиниран с И порта, този тригер се управлява от компаратора, за да регулира времето на провеждане на изходния етап на µA78S40 и да поддържа постоянно изходно напрежение.
Наситеното или блокирано състояние на транзистора Т1 следва състоянието на двойката Дарлингтън на IC1. Когато изходният етап на IC1 е наситен, транзисторът T1 е предубеден и неговият базов ток е ограничен от резистор R2.
Резистор R3, заедно с резистор R9, образува делител на напрежение, ограничаващ VBE напрежението на транзистора T1 в началото на процеса на превключване.
Транзисторът T1, действащ като модел на Дарлингтън, се държи като отворен или затворен ключ на честотата на осцилатора на µA78S40.
Индукторът L1 позволява спад на напрежението от 24V до 12V, използвайки свойствата на индуктивността. В стабилно състояние, когато транзисторът T1 е наситен, напрежение от +12V се прилага към индуктор L1.
По време на тази фаза индуктивността съхранява енергия, която освобождава, когато приложеното напрежение изчезне. По този начин, когато транзисторът T1 е блокиран, индукторът L1 се стреми да поддържа тока, протичащ през него.
Диод D1 става проводим и в индуктора L1 се появява противоелектродвижеща сила от -12 V.
