Biti sklopni regulator , ovaj je sklop vrlo učinkovit i neće rasipati niti rasipati energiju, za razliku od linearnih regulatora kao što su IC 7812 ili IC LM317 ili IC LM338.
Zašto su linearni regulatori poput 7812, LM317 i LM338 loši silazni pretvarači?
Linearni regulatori kao što su 7812 i LM317 smatraju se neučinkovitim silaznim pretvaračima zbog svojih radnih karakteristika.
U linearnom regulatoru, prekomjerni ulazni napon se rasipa u obliku topline. To implicira da se pad napona između ulaznih i izlaznih priključaka jednostavno 'spaljuje' kao izgubljena energija. Linearni regulator funkcionira tako da djeluje kao promjenjivi otpornik, prilagođavajući svoj otpor da rasprši višak energije i regulira izlazni napon.
Ovaj proces disipacije dovodi do značajnog gubitka snage i niske učinkovitosti. Učinkovitost linearnog regulatora određena je omjerom izlazne i ulazne snage. Kako se razlika ulazno-izlaznog napona povećava, snaga koja se rasipa kao toplina, što je razlika napona pomnožena s izlaznom strujom, također se povećava. Posljedično, učinkovitost se smanjuje kako razlika napona između ulaza i izlaza raste.
Na primjer, kada koristite linearni regulator za regulaciju ulaza od 24 V na 12 V, višak od 12 V se rasipa kao toplina. To može dovesti do značajnog gubitka energije i zahtijevati dodatne mehanizme hlađenja u aplikacijama koje uključuju veliku snagu.
Nasuprot tome, sklopni regulatori (kao što je buck pretvarači ) učinkovitiji su za silaznu konverziju. Oni koriste kombinaciju induktora, kondenzatora i prekidača za učinkovitu pretvorbu napona.
Preklopni regulatori pohranjuju energiju tijekom jedne faze ciklusa preklapanja i isporučuju je tijekom druge, čime se smanjuje rasipanje energije kao topline. Ovisno o specifičnom dizajnu, sklopni regulatori mogu postići učinkovitost u rasponu od 80-95% ili čak i više.
Ukratko, iako su linearni regulatori kao što su 7812 i LM317 jednostavni i isplativi, oni nisu najučinkovitiji izbor za pretvorbu s nižim stupnjem kada je energetska učinkovitost značajan problem.
Opis strujnog kruga
Donja slika prikazuje osnovnu shemu pretvarača 24 V na 12 V.
Preklopni regulator koji se koristi je uobičajeni model tvrtke Motorola: µA78S40.
Sljedeća slika prikazuje unutarnju strukturu ovog integriranog kruga, koji uključuje različite potrebne komponente za sklopni regulator: oscilator, flip-flop, komparator, izvor referentnog napona, pokretački program i sklopne tranzistore.
Dodatno, postoji operacijsko pojačalo koje nije potrebno za ovu aplikaciju. Filtriranje i ujednačavanje napajanja obavljaju kondenzatori C3 do C7.
Kondenzator C1 određuje frekvenciju oscilatora, dok otpornici R1, R5 i R6 pomažu u ograničavanju izlazne struje pretvarača.
Napon na otporniku R1 proporcionalan je struji koju dovodi pretvarač.
Postavljanjem razlike napona od oko 0,3 V između pinova 13 i 14 µA78S40, otpornici R6 i R7 stvaraju razdjelnik napona, dopuštajući da se dogodi ograničenje struje na oko 5 A.
Izvor referentnog napona, odvojen kondenzatorom C2, dostupan je na pinu 8 IC1.
Ovaj referentni napon primjenjuje se na neinvertirajući ulaz internog komparatora IC1. Invertirajući ulaz postavljen je na potencijal proporcionalan izlaznom naponu pretvarača.
Za održavanje konstantnog izlaznog napona, komparator kontrolira izlazni stupanj IC1.
Oba ulaza komparatora održavaju se na istom potencijalu, a izlazni napon je dan sljedećom formulom:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Podesivi otpornik Aj1 omogućuje podešavanje izlaznog napona pretvarača u rasponu od +10V do +15V.
Dva izlazna tranzistora tvore Darlingtonov par, a njihovim uzastopnim preklapanjem upravlja flip-flop sinkronizirano s oscilacijama kondenzatora C1.
U kombinaciji s AND vratima, ovim flip-flopom upravlja komparator za podešavanje vremena provođenja izlaznog stupnja µA78S40 i održavanje konstantnog izlaznog napona.
Zasićeno ili blokirano stanje tranzistora T1 slijedi stanje Darlingtonovog para IC1. Kada je izlazni stupanj IC1 zasićen, tranzistor T1 je prednapon, a njegova bazna struja ograničena je otpornikom R2.
Otpornik R3, zajedno s otpornikom R9, čini razdjelnik napona, ograničavajući VBE napon tranzistora T1 na početku procesa preklapanja.
Tranzistor T1, koji djeluje kao Darlingtonov model, ponaša se kao otvoreni ili zatvoreni prekidač na frekvenciji oscilatora µA78S40.
Induktor L1 omogućuje pad napona od 24V do 12V koristeći svojstva induktiviteta. U stabilnom stanju, kada je tranzistor T1 zasićen, na induktor L1 primjenjuje se napon od +12 V.
Tijekom ove faze, induktivitet pohranjuje energiju, koju oslobađa kada nestane primijenjeni napon. Dakle, kada je tranzistor T1 blokiran, induktor L1 nastoji održati struju koja teče kroz njega.
Dioda D1 postaje vodljiva, a na induktoru L1 pojavljuje se protuelektromotorna sila od -12 V.
