هنگام انتخاب یک تنظیم کننده سوئیچینگ، راندمان مهم ترین معیار است. دستگاه های جمع و جور مدرن باید به توان قابل اطمینان در یک فضای کوچک دست یابند. توانایی تولید ولتاژهای پایدار در حین تامین جریان قابل توجه، یک نیاز اساسی در طراحی قطعات الکترونیکی است. رگولاتورهای سوئیچینگ وسایل ضروری برای تولید ولتاژهای تغذیه پایدار و افزایش ولتاژ بالا یا پایین هستند. رگولاتورهای سوئیچینگ با نام های مختلفی شناخته می شوند: مبدل یا سوئیچ، منبع تغذیه سوئیچ حالت (SMPS) و رگولاتور یا مبدل DC/DC. محبوبیت آنها به دلیل مزایایی مانند برآوردن الزامات راندمان تبدیل توان بالا، انعطاف پذیری در استخراج خروجی های پایدار از یک منبع ولتاژ ورودی واحد، و سازگاری با پیکربندی های چند خروجی با قطبیت های متفاوت همچنان در حال افزایش است. رایج ترین انواع مبدل های سوئیچینگ عبارتند از:

نوع تقویت:ولتاژ ورودی را افزایش می دهد و خروجی تنظیم شده را ارائه می دهد.

نوع باک:ولتاژ ورودی را کاهش می دهد و خروجی تنظیم شده را ارائه می دهد.

باک بوست:ولتاژ ورودی را با قطبیت منفی اختیاری بالا یا پایین می کند.

نوع فلای بک:یک نوع باک بوست که عایق الکتریکی را فراهم می کند.

تنظیم کننده های ولتاژ خطی ولتاژ ثابت و قابل تنظیم

برای سال‌ها، طرح‌های منبع تغذیه بر تنظیم‌کننده‌های خطی تکیه داشتند. رگولاتورهای خطی در ارائه ولتاژهای خروجی پیوسته و ثابت برتری دارند. علاوه بر این، تنظیم کننده های خطی دیگر (به عنوان مثال، LM317) قابلیت تنظیم را ارائه می دهند. انواع معمول تنظیم کننده ولتاژ خروجی ثابت و خطی شامل سری 78xx (خروجی مثبت) و سری 79xx (خروجی منفی) است. این رگولاتورها خروجی های پایداری در محدوده 5 ولت تا 24 ولت ارائه می دهند. رگولاتورهای خطی منبع تغذیه حالت سوئیچ نیستند. از مزایای آنها می توان به سادگی، هزینه کم، نویز کم و ریپل کم اشاره کرد. با این حال، توان خروجی آنها معمولاً زیر 10 وات است و راندمان آنها اغلب پایین است که منجر به تولید گرما می شود. تنظیم‌کننده‌های خطی فقط می‌توانند تنظیم کاهنده را انجام دهند، در حالی که SMPS می‌تواند از توپولوژی‌های buck، boost یا buck-boost برای افزایش ولتاژ، پایین یا معکوس کردن قطب‌ها استفاده کند.

سیستم های منبع تغذیه حالت سوئیچ

اکثر تلویزیون‌های مدرن، رایانه‌های شخصی، درایورهای موتور DC و تقویت‌کننده‌های برق به دستگاه‌های پیشرفته و با کارایی بالا SMPS نیاز دارند. این دستگاه ها از فناوری سوئیچینگ نیمه هادی به جای روش های خطی مرسوم برای ارائه ولتاژ خروجی استفاده می کنند. یک مبدل سوئیچینگ پایه شامل یک مرحله سوئیچینگ قدرت و یک مدار کنترل است. SMPS با کار کردن ترانزیستورهای داخلی (یا MOSFET های قدرت) در حالت‌های اشباع "روشن" و قطع "خاموش"، اتلاف توان کمتر و راندمان بالاتری را ارائه می‌دهد.

رگولاتورهای سوئیچینگ باک

سری LM2596x از SLKOR نیمه هادی مبدل های باک DC/DC با راندمان بالا را ارائه می دهد و آنها را به یک راه حل فشرده برای کاربردهایی که نیاز به تبدیل توان کارآمد دارند، مانند طرح های خودرویی و صنعتی تبدیل می کند. LM2596x یک نوسان ساز فرکانس ثابت و ماژول جبران فرکانس را ادغام می کند.

سادگی طراحی آن به حداقل اجزای خارجی نیاز دارد. این تراشه همچنین دارای قابلیت فعال سازی داخلی با پسماند، حفاظت در برابر دمای بیش از حد، حفاظت در برابر جریان بیش از حد و حفاظت در برابر جریان اضافی ثانویه است. در طول رویدادهای اضافه جریان ثانویه، تراشه فرکانس کاری را از 150 کیلوهرتز به 50 کیلوهرتز کاهش می دهد. یک مثال رگولاتور سوئیچینگ باک LM2596S-ADJ است (شکل 1).

شکل 1: LM2596S-ADJ رگولاتور سوئیچینگ باک ولتاژ خروجی پایدار را ارائه می دهد. (اعتبار تصویر: SLKOR نیمه هادی)

رگولاتور سوئیچینگ باک LM2596SX-12 (شکل 2) یک مبدل DC/DC PWM با فرکانس ثابت 150 کیلوهرتز است. دارای قابلیت درایو جریان خروجی 3A با راندمان بالا، ریپل کم و تنظیم خط/بار عالی است. با استفاده از مدولاسیون PWM، تراشه از محدوده چرخه وظیفه خطی 0-100٪ پشتیبانی می کند.

این دستگاه نه تنها پاسخ گذرا عالی را ارائه می دهد، بلکه حداقل سطح PCB را نیز اشغال می کند. بسته جمع و جور و چگالی توان بالا آن را برای نمایشگرهای LCD، تلویزیون، قاب عکس دیجیتال، ست تاپ باکس، مودم، دستگاه های مخابراتی و تجهیزات شبکه ایده آل کرده است.

شکل 2: LM2596SX-12 رگولاتور سوئیچینگ باک نیازهای ولتاژ پایین را برآورده می کند. (اعتبار تصویر: SLKOR نیمه هادی)

رگولاتورهای سوئیچینگ را تقویت کنید

SL2733 یک مبدل تقویت کننده DC/DC است که برای ارائه جریان ثابت دقیق برای رانندگی چندین LED طراحی شده است. با فرکانس سوئیچینگ ثابت 1 مگاهرتز، SL2733 را می توان با خازن ها و سلف های کوچک سرامیکی خارجی جفت کرد. جریان خروجی از طریق یک مقاومت خارجی (R1) قابل تنظیم است و دستگاه را قادر می سازد چندین LED را به صورت سری هدایت کند. SL2733 برای رانندگی LEDهای یکسان، پشتیبانی از 32 LED سفید به صورت سری یا حداکثر ولتاژ درایو 23 ولت مناسب است. روشنایی LED را می توان با استفاده از ولتاژ DC، سیگنال منطقی، یا سیگنال مدولاسیون عرض پالس (PWM) تنظیم کرد. پین خاموش کردن (SHDW) به دستگاه اجازه می دهد تا در حالت خاموشی جریان کم-سکون کار کند. علاوه بر حفاظت حرارتی و محدودیت جریان اضافه بار، تراشه در هنگام خطاهای مدار باز LED وارد حالت بسیار کم مصرف می شود. این در یک بسته جمع و جور SOT5-XNUMX قرار دارد.

کوچکتر بهتر است

با استفاده از SL2188 تعداد اجزای خارجی را کاهش می‌دهد. این دستگاه از اجزای خارجی فشرده پشتیبانی می‌کند در حالی که ویژگی شروع نرم آن جریان هجومی را به حداقل می‌رساند. این دستگاه طیف گسترده‌ای از بارهای جریانی را مدیریت می‌کند و یک MOSFET قدرت را در خود جای داده است که قادر به پشتیبانی از جریان‌های سوئیچینگ پیک بیش از 1 آمپر، با ولتاژ خروجی تا 3.6 ولت است. این طراحی همه کاره، پرقدرت و جمع و جور برای محصولات باتری لیتیومی تک سلولی، از جمله سیستم های باتری قلیایی دو و سه سلولی، NiMH یا NiCd ایده آل است. تقویت مبدل هایی مانند SL2188 برای لوازم جانبی بی سیم، لوازم جانبی بازی، دستگاه های پزشکی شخصی و پخش کننده های رسانه ای قابل حمل ایده آل هستند. پیشرفت های سریع فناوری همچنان عوامل شکل کوچکتر را هدایت می کند. در مقایسه با SOP-J8، SL23 بسته بندی شده با SOT2188 به طور قابل توجهی سطح PCB مورد نیاز را کاهش می دهد.

شکل 3: با کوچک شدن طراحی اجزا، بسته های کوچک شده (مثلا SOT23) ضروری می شوند. (اعتبار تصویر: SLKOR نیمه هادی)

به حداکثر رساندن راندمان در عین کاهش مصرف برق

تقاضا برای کوچک سازی، در کنار نیاز به حفظ قابلیت اطمینان و بهره وری انرژی، یک نیروی محرکه باقی می ماند. تنظیم کننده سوئیچینگ باک SY8120B (شکل 4) طراحی جمع و جور با خروجی قابل تنظیم و تحویل توان قابل اعتماد ارائه می دهد.

شکل 4: SY8120B یک تنظیم کننده سوئیچینگ باک است که به طور قابل اعتماد قدرت را در یک طراحی کوچکتر و فشرده تر ارائه می دهد. (اعتبار تصویر: SLKOR نیمه هادی)

برخی ممکن است تصور کنند کوچک سازی قابلیت بارگذاری یا تحویل توان قابل اعتماد را قربانی می کند، اما اینطور نیست. SY8120B به راندمان تبدیل بالایی دست می یابد و در عین حال مصرف برق را کاهش می دهد (شکل 5). با ارائه جریان آماده به کار کم، دستگاه های باتری دار مصرف انرژی در حالت بیکار را به حداقل می رساند. علاوه بر این، کنترل ثابت به موقع، عملکرد کارآمد با بار سبک را ممکن می کند.

 
شکل 5: طراحان به دنبال مبدل های باک DC/DC با راندمان بالا هستند که توان را به طور قابل اعتماد ارائه کنند. (اعتبار تصویر: SLKOR نیمه هادی)

مبدل های Flyback برای برنامه های AC/DC و DC/DC

مبدل فلای بک یک توپولوژی باک بوست است که یک ترانسفورماتور فلای بک را در خود جای داده است. برای تبدیل AC/DC و DC/DC مناسب است و عایق الکتریکی بین ورودی و خروجی را فراهم می کند. همچنین مزایای ضرب نسبت ولتاژ و جداسازی را ارائه می دهد. مبدل های قدرت ایزوله از دو طرح کنترل استفاده می کنند: کنترل حالت ولتاژ و کنترل حالت جریان. برای عملکرد پایدار، معمولاً کنترل حالت جریان ترجیح داده می شود.

مبدل های DC/DC Buck-Boost

مبدل باک بوست یک مبدل DC/DC کلاسیک است که مقدار ولتاژ خروجی آن می تواند بیشتر یا کمتر از ولتاژ ورودی باشد. همچنین می تواند ولتاژ منفی ایجاد کند. مشابه مبدل فلای بک، از یک سلف به جای ترانسفورماتور استفاده می کند. به طور خاص، مبدل باک بوست شامل دو توپولوژی مجزا است که قادر به تولید ولتاژهای خروجی از بالای ولتاژ ورودی تا صفر است. منابع تغذیه DC/DC، که گاهی اوقات "چاپپر" نامیده می شود، شامل یک مدار باک بوست است که بسته به چرخه کار، به عنوان مبدل تقویت کننده یا باک عمل می کند.

نتیجه

تبدیل توان با راندمان بالا در طرح های مدرن خودرو و صنعتی به تنظیم کننده های سوئیچینگ متکی است. همانطور که طرح ها به طور فزاینده ای جمع و جور می شوند، تقاضا برای دستگاه های همه کاره و با راندمان بالا که قادر به حفظ سطوح توان پایدار هستند هرگز بیشتر نبوده است. اگرچه رگولاتورهای سوئیچینگ ممکن است با نام‌های مختلفی شناخته شوند - SMPS، رگولاتورهای سوئیچینگ DC/DC، مبدل‌ها یا رگولاتورها.SLKOR طیف گسترده ای از راه حل های فشرده را برای برنامه هایی که نیاز به تبدیل توان کارآمد دارند ارائه می دهد.

رگولاتورهای سوئیچینگ ارزش قابل توجهی در طراحی سیستم الکترونیکی دارند و تبدیل توان پایدار و کارآمد را با کوچک‌سازی و چند کارکردی فراهم می‌کنند. آنها به طور گسترده در زمینه های متعدد مورد استفاده قرار می گیرند. از طریق این مقاله، ما به درک عمیق تری از مفاهیم اساسی و انواع رگولاتورهای سوئیچینگ، تفاوت بین تنظیم کننده های خطی و SMPS و SLKORمحصولات تنظیم کننده سوئیچینگ با راندمان بالا و کاربردهای آنها. 

تجربیات یا سوالات شما در مورد طراحی و برنامه های تنظیم کننده سوئیچینگ چیست؟ نظرات خود را در نظرات به اشتراک بگذارید!