Olles a lülitusregulaator , on see vooluahel väga tõhus ega raiska ega hajuta energiat, erinevalt lineaarsetest regulaatoritest nagu IC 7812 või IC LM317 või IC LM338.
Miks on lineaarsed regulaatorid, nagu 7812, LM317 ja LM338, halvad muundurid?
Lineaarseid regulaatoreid, nagu 7812 ja LM317, peetakse nende tööomaduste tõttu ebaefektiivseteks alandatud muunduriteks.
Lineaarses regulaatoris hajub liigne sisendpinge soojuse kujul. See tähendab, et pingelang sisend- ja väljundklemmide vahel lihtsalt 'põletakse maha' raisatud energiana. Lineaarne regulaator toimib muutuva takistina, reguleerides oma takistust üleliigse energia hajutamiseks ja väljundpinge reguleerimiseks.
See hajutamisprotsess toob kaasa märkimisväärse võimsuskadu ja madala efektiivsuse. Lineaarse regulaatori efektiivsuse määrab väljundvõimsuse ja sisendvõimsuse suhe. Sisend-väljundpinge erinevuse suurenedes suureneb ka soojusena hajuv võimsus, mis on pinge erinevus korrutatuna väljundvooluga. Järelikult väheneb efektiivsus, kui sisendi ja väljundi vaheline pinge erinevus suureneb.
Näiteks kui kasutate lineaarset regulaatorit 24 V sisendi reguleerimiseks 12 V-ni, hajub üleliigne 12 V soojusena. See võib kaasa tuua märkimisväärse võimsuse raiskamise ja suure võimsusega rakendustes vajada täiendavaid jahutusmehhanisme.
Seevastu lülitusregulaatorid (nt taala muundurid ) on madalamaks teisendamiseks tõhusamad. Nad kasutavad pinge tõhusaks muundamiseks induktiivpoolide, kondensaatorite ja lülitite kombinatsiooni.
Lülitusregulaatorid salvestavad energiat lülitustsükli ühes faasis ja edastavad selle teise faasi ajal, minimeerides seeläbi energia hajumist soojusena. Sõltuvalt konkreetsest konstruktsioonist võivad lülitusregulaatorid saavutada efektiivsuse vahemikus 80–95% või isegi rohkem.
Kokkuvõtteks võib öelda, et kuigi lineaarsed regulaatorid, nagu 7812 ja LM317, on lihtsad ja kulutõhusad, ei ole need kõige tõhusam valik madalamaks muundamiseks, kui energiatõhusus on oluline probleem.
Vooluahela kirjeldus
Alloleval joonisel on näidatud 24 V kuni 12 V muunduri põhiskeem.
Kasutatav lülitusregulaator on Motorola tavaline mudel: µA78S40.
Järgmisel joonisel on toodud selle integraallülituse sisemine struktuur, mis sisaldab erinevaid lülitusregulaatori jaoks vajalikke komponente: ostsillaator, klapp, komparaator, pinge etalonallikas, draiver ja lülitustransistorid.
Lisaks on operatsioonivõimendi, mida selle rakenduse jaoks pole vaja. Toiteallika filtreerimise ja silumisega tegelevad kondensaatorid C3 kuni C7.
Kondensaator C1 määrab ostsillaatori sageduse, samas kui takistid R1, R5 ja R6 aitavad piirata muunduri väljundvoolu.
Takisti R1 pinge on võrdeline muunduri poolt tarnitava vooluga.
Seades µA78S40 tihvtide 13 ja 14 vahel pinge erinevuseks umbes 0,3 V, loovad takistid R6 ja R7 pingejaguri, võimaldades voolu piiramist umbes 5A juures.
Võrdluspinge allikas, mis on lahti ühendatud kondensaatoriga C2, on saadaval IC1 kontaktis 8.
See võrdluspinge rakendatakse IC1 sisemise komparaatori mitteinverteerivale sisendile. Inverteeriv sisend seatakse potentsiaalile, mis on proportsionaalne muunduri väljundpingega.
Konstantse väljundpinge säilitamiseks juhib komparaator IC1 väljundastet.
Komparaatori mõlemad sisendid hoitakse samal potentsiaalil ja väljundpinge saadakse järgmise valemiga:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Reguleeritav takisti Aj1 võimaldab reguleerida muunduri väljundpinget vahemikus +10V kuni +15V.
Kaks väljundtransistorit moodustavad Darlingtoni paari ja nende järjestikust ümberlülitamist juhib klapp sünkroonis kondensaatori C1 võnkumistega.
Koos AND-väravaga juhib seda flip-flopi komparaator, et reguleerida µA78S40 väljundastme juhtivusaega ja säilitada konstantset väljundpinget.
Transistori T1 küllastunud või blokeeritud olek järgib IC1 Darlingtoni paari olekut. Kui IC1 väljundaste on küllastunud, on transistor T1 kallutatud ja selle baasvool on piiratud takistiga R2.
Takisti R3 koos takistiga R9 moodustab pingejaguri, piirates transistori T1 VBE pinget lülitusprotsessi alguses.
Transistor T1, mis toimib Darlingtoni mudelina, käitub µA78S40 ostsillaatori sagedusel avatud või suletud lülitina.
Induktiivpool L1 võimaldab induktiivsuse omadusi kasutades langetada pinget 24V-lt 12V-le. Püsiseisundis, kui transistor T1 on küllastunud, rakendatakse induktiivpoolile L1 pinge +12 V.
Selles faasis salvestab induktiivsus energiat, mille see vabastab, kui rakendatud pinge kaob. Seega, kui transistor T1 on blokeeritud, kipub induktiivpool L1 säilitama seda läbivat voolu.
Diood D1 muutub juhtivaks ja induktiivpoolile L1 ilmub vastuelektromootor -12 V.
