בחירת הרגולטור למיתוג המתאים ליישום שלך

כוח הוא חלק חשוב בכל פרויקט / מכשיר אלקטרוניקה. ללא קשר למקור, בדרך כלל יש צורך לבצע משימות ניהול צריכת חשמל כמו שינוי מתח / שינוי קנה מידה והמרה (AC-DC / DC-DC) בין היתר. בחירת הפיתרון הנכון לכל אחת מהמשימות הללו יכולה להיות המפתח להצלחה (או כישלון) של המוצר. אחת המשימות הנפוצות ביותר לניהול צריכת חשמל כמעט בכל סוגי המכשירים היא ויסות / קנה המידה של מתח DC-DC. זה כרוך בשינוי ערך מתח DC בכניסה לערך גבוה או נמוך יותר ביציאה. הרכיבים / המודולים המשמשים להשגת משימות אלה מכונים בדרך כלל וסת מתח. בדרך כלל יש להם את היכולת לספק מתח יציאה קבוע שהוא גבוה או נמוך יותר מאשר מתח הכניסה והם משמשים בדרך כלל לאספקת חשמל לרכיבים בעיצובים שבהם יש לך חלקים במתח שונה. הם משמשים גם באספקת חשמל מסורתית.

ישנם שני סוגים עיקריים של וסת מתח;

1. רגולטורים לינאריים
2. החלפת רגולטורים

וסתי מתח לינאריים הם בדרך כלל רגולטורים מדורגים והם משתמשים בבקרת עכבה כדי ליצור הפחתה לינארית של מתח הכניסה ביציאה. הם בדרך כלל זולים מאוד אך לא יעילים מכיוון שאנרגיה רבה הולכת לאיבוד לחום במהלך הוויסות. מווסת מיתוג לעומת זאת מסוגל להגביר או למטה את המתח המופעל בכניסה בהתאם לארכיטקטורה. הם משיגים ויסות מתח באמצעות תהליך הפעלה / כיבוי של טרנזיסטור השולט במתח הזמין ביציאת הרגולטורים. בהשוואה לווסתים ליניאריים, הרגולטורים למיתוג בדרך כלל יקרים יותר ויעילים בהרבה.

עבור המאמר של היום, אנו נתמקד במיתוג הרגולטורים וככל שהכותרת נמסרה, נבחן גורמים שיש לקחת בחשבון בעת ​​בחירת וסת מיתוג לפרויקט.

בשל מורכבותם של חלקים אחרים בפרויקט (פונקציות הליבה, RF וכו '), בחירת הרגולטורים לאספקת החשמל היא בדרך כלל אחת הפעולות שנותרו עד לסוף תהליך התכנון. המאמר של היום ינסה לספק למעצב המוגבל בזמן, טיפים למה לחפש במפרט של וסת מיתוג, כדי לקבוע אם זה מתאים למקרה השימוש הספציפי שלך. כמו כן יימסרו פרטים על פירוש הדרכים השונות בהן יצרנים שונים מציגים מידע על פרמטרים כמו טמפרטורה, עומס וכו '.

סוגי רגולטורים מיתוג

למעשה ישנם שלושה סוגים של מווסת מיתוג והגורמים שיש לקחת בחשבון תלוי באיזה מהסוגים ישמש ליישום שלך. שלושת הסוגים הם;

1. רגולטורי באק
2. הרגולטורים להגביר
3. רגולטורי באק בוסט

1. רגולטורי באק

רגולטורי באק, המכונים גם רגולטורים מדורגים או ממירי באק הם ללא ספק הרגולטורים למיתוג הפופולריים ביותר. יש להם את היכולת להוריד את המתח המופעל בכניסה למתח פחות ביציאה. לפיכך, מתח הכניסה המדורג שלהם גבוה בדרך כלל ממתח היציאה המדורג שלהם. שרטוטים בסיסיים עבור ממיר באק מוצגים להלן.

תפוקת הווסת נובעת מההפעלה והכיבוי של הטרנזיסטור וערך המתח הוא בדרך כלל פונקציה של מחזור החובה של הטרנזיסטור (כמה זמן הטרנזיסטור היה פעיל בכל מחזור שלם). מתח היציאה ניתן על ידי המשוואה שלמטה ממנה אנו יכולים להסיק כי מחזור החובה לעולם לא יכול להיות שווה לאחד וכך מתח המוצא תמיד יהיה נמוך יותר מאשר מתח הכניסה. לכן משתמשים בווסתים של באק כאשר נדרשת הפחתה במתח האספקה ​​בין שלב אחד של התכנון לשני. תוכל ללמוד עוד על יסודות העיצוב והיעילות של וסת הכסף כאן, עוד ללמוד כיצד לבנות מעגל ממיר באק.

2. הרגולטורים להגביר

וסתים מגבירים או ממירי דחיפה פועלים באופן הפוך ישירות מווסתים. הם מספקים מתח גבוה יותר מאשר מתח הכניסה, בתפוקה שלהם. כמו וסתים, הם משתמשים בפעולת טרנזיסטור מיתוג כדי להגביר את המתח ביציאה, והם מורכבים בדרך כלל מאותם רכיבים המשמשים בווסתים, כאשר ההבדל היחיד הוא סידור הרכיבים. סרטוט פשוט עבור רגולטור הדחיפה מוצג למטה.

תוכל ללמוד עוד על יסודות העיצוב והיעילות של רגולטור Boost כאן, תוכל לבנות ממיר Boost אחד על ידי ביצוע מעגל ממיר Boost זה.

3. ויסות באק-בוסט

אחרון חביב הם הרגולטורים להגברת הכסף. מהשם שלהם קל להסיק שהם מספקים גם את הדחיפה וגם את אפקט הכסף למתח הכניסה. ממיר buck-הדחיפה מייצר מתח מוצא הפוך (שלילי) אשר יכול להיות גדול או פחות מתח הכניסה המבוסס על מחזור העבודה. מעגל אספקת החשמל הבסיסי של מתג באק-בוסט מוגדר להלן.

ממיר הדחיפה הוא וריאציה של מעגל ממיר הדחיפה בו הממיר ההפוך מספק רק את האנרגיה המאוחסנת על ידי המשרן, L1, לעומס.

הבחירה בכל אחד משלושת סוגי הרגולטורים המיתוגיים, תלויה אך ורק במה שנדרש על ידי המערכת המתוכננת. ללא קשר לסוג הרגולטור שיש להשתמש בו, חשוב לוודא שהמפרט של הרגולטורים עומד בדרישות התכנון.

גורמים שיש לקחת בחשבון בבחירת רגולטור מיתוג

תכנון רגולטור מיתוג תלוי במידה רבה בכוח המשמש עבורו, ולכן רוב הגורמים שיש לקחת בחשבון יהיו המפרט של כוח הכוח המשמש. חשוב להבין את המפרט של Power IC ומה הם מסמנים כדי להבטיח שתבחר את המתאים ליישום שלך.

ללא קשר ליישום שלך, הפעלת בדיקה על הגורמים הבאים תעזור לך לצמצם את זמן ההשקעה בבחירה.

1. טווח מתח כניסה

זה מתייחס לטווח נסבל של מתח כניסה הנתמך על ידי IC. בדרך כלל זה מוגדר בגליון הנתונים וכמעצב, חשוב לוודא שמתח הכניסה ליישום שלך ייפול בתחום מתח הכניסה שצוין עבור ה- IC. בעוד שגיליונות נתונים מסוימים עשויים לציין רק את מתח הקלט המרבי, עדיף לבדוק את דף הנתונים כדי לוודא שאין איזור טווח הקלט המינימלי לפני שתניח הנחות כלשהן. כאשר מפעילים מתח גבוה ממתח הכניסה המקסימלי, ה- IC בדרך כלל מטוגן אך בדרך כלל הוא מפסיק לפעול או פועל בצורה חריגה כאשר מפעילים מתח נמוך ממתח הכניסה המינימלי, הכל בהתאם לאמצעי ההגנה במקום. אחד מאמצעי ההגנה המופעלים בדרך כלל למניעת נזק למעגלים קרובים כאשר מתח מחוץ לטווח מסופק בכניסה הוא נעילת מתח תחתונה (UVLO),בדיקה אם זה זמין עשויה גם לעזור להחלטות העיצוב שלך.

2. טווח מתח יציאה

לוויסות מיתוג יש בדרך כלל יציאות משתנות. טווח מתח המוצא מייצג את טווח המתחים שאליו ניתן לכוון את מתח המוצא הנדרש. במכשירי IC ללא אפשרות פלט משתנה, לרוב זהו ערך יחיד. חשוב לוודא שמתח המוצא הנדרש שלך נמצא בטווח שצוין עבור ה- IC ועם גורם בטיחות טוב כהבדל בין טווח מתח המוצא המרבי לבין מתח המוצא שאתה זקוק לו. ככלל לא ניתן לכוון את מתח המוצא המינימלי לרמת מתח נמוכה ממתח הייחוס הפנימי. בהתאם ליישום שלך (באק או דחיפה), טווח הפלט המינימלי יכול להיות גדול ממתח הכניסה (דחיפה) או פחות ממתח הכניסה (באק).

3. זרם פלט

מונח זה מתייחס לדירוג הנוכחי עבורו תוכנן ה- IC. זה בעצם אינדיקציה לכמה זרם ה- IC יכול לספק בתפוקתו. עבור חלק ממכשירי IC, רק זרם המוצא המרבי מוגדר כמדד לבטיחות וכדי לעזור למעצב להבטיח כי הרגולטור יוכל לספק את הזרם הנדרש ליישום. עבור מכשירי IC אחרים, הדירוג המינימלי והמקסימלי ניתנים. זה יכול להיות שימושי מאוד בתכנון טכניקות ניהול כוח ליישום שלך.

בבחירת הרגולטור המבוסס על זרם היציאה של ה- IC, חשוב לוודא שקיים מרווח בטיחות בין הזרם המרבי הנדרש ליישום שלך לבין זרם המוצא המרבי של הרגולטור. חשוב לוודא שזרם היציאה המקסימלי של הרגולטור גבוה מ 10 עד 20% מזרם היציאה הנדרש, מכיוון שה- IC עשוי לייצר כמות חום גבוהה כאשר הוא פועל ברמות מקסימליות ברציפות ועלול להיפגע מהחום.. כמו כן יעילות ה- IC מפחיתה בעת פעולה מקסימאלית.

4. טווח טמפרטורות פעולה

מונח זה מתייחס לטווח הטמפרטורות שבתוכו הרגולטור פועל כראוי. זה מוגדר במונחים של טמפרטורת הסביבה (Ta) או טמפרטורת הצומת (Tj). טמפרטורת TJ מתייחסת לטמפרטורת ההפעלה הגבוהה ביותר של הטרנזיסטור, ואילו טמפרטורת הסביבה מתייחסת לטמפרטורת הסביבה סביב המכשיר.

אם טווח טמפרטורת הפעולה מוגדר במונחי טמפרטורת הסביבה, אין זה אומר בהכרח שניתן להשתמש בווסת בטווח הטמפרטורות המלא. חשוב להקפיד על גורם הבטיחות וגם לפקטור זרם העומס המתוכנן והחום הנלווה, שכן השילוב בין זה לטמפרטורת הסביבה הוא זה שמרכיב את טמפרטורת הצומת שגם אין לחרוג ממנה. הישארות בטווח הטמפרטורה של ההפעלה היא קריטית לפעולה תקינה ומתמשכת של הווסת, מכיוון שחום מוגזם עלול להוביל לפעולה חריגה ולכשל קטסטרופלי של הווסת.לכן חשוב לשים לב לחום הסביבתי בסביבה בה ישתמש המכשיר ולקבוע גם את כמות החום האפשרית שתיווצר על ידי המכשיר כתוצאה מזרם העומס לפני שתקבע אם טמפרטורת הפעולה שצוינה. של הרגולטור עובד בשבילך. חשוב לציין כי רגולטורים מסוימים עלולים להיכשל גם בתנאים קרים במיוחד וכדאי לשים לב לערכי הטמפרטורה המינימליים אם היישום ייפרס בסביבה קרה.

5. תדר מיתוג

תדר מיתוג מתייחס לקצב שבו טרנזיסטור הבקרה מופעל ונכבה בווסת מיתוג. בווסתים מבוססי אפנון רוחב דופק, התדר הוא קבוע בדרך כלל בזמן אפנון תדרים דופק.

תדר המיתוג משפיע על הפרמטרים של הרגולטור כמו אדווה, זרם המוצא, היעילות המרבית ומהירות התגובה. התכנון של תדר המיתוג כולל תמיד שימוש בערכי השראות תואמים, כך שהביצועים של שני וסתים דומים בעלי תדר מיתוג שונה יהיו שונים. אם לוקחים בחשבון שני וסתים דומים בתדרים שונים, יתגלה כי הזרם המרבי למשל יהיה נמוך עבור הרגולטור הפועל בתדר נמוך בהשוואה לזה של הרגולטור בתדר גבוה. כמו כן, פרמטרים כמו אדווה יהיו גבוהים ומהירות התגובה של הרגולטור תהיה נמוכה בתדירות נמוכה, ואילו האדווה תהיה נמוכה ומהירות התגובה, גבוהה בתדירות גבוהה.

6. רעש

פעולת המיתוג הקשורה לוויסות מיתוג מייצרת רעש והרמוניות קשורות העלולות להשפיע על ביצועי המערכת הכוללת, במיוחד במערכות עם רכיבי RF ואותות שמע. אמנם ניתן להפחית את הרעש באמצעות פילטר וכו ', אך הוא באמת יכול להפחית את יחס האות לרעש (SNR) במעגלים הרגישים לרעש. לכן חשוב להיות בטוחים שכמות הרעש שנוצר על ידי הרגולטור לא תשפיע על הביצועים הכוללים של המערכת.

7. יעילות

יעילות היא גורם חשוב שיש לקחת בחשבון בתכנון של כל פתרון כוח כיום. זהו למעשה היחס בין מתח המוצא למתח הכניסה. תיאורטית, היעילות של ווסת מיתוג היא מאה אחוז, אך בדרך כלל זה לא נכון בפועל שכן ההתנגדות של מתג FET, ירידת מתח דיודה ו- ESR של המשרן וקבל המוצא מפחיתה את היעילות הכוללת של הווסת. בעוד שרוב הרגולטורים המודרניים מציעים יציבות בטווח פעולה רחב, היעילות משתנה עם השימוש, למשל מופחתת מאוד ככל שהזרם הנובע מהתפוקה עולה.

8. ויסות עומסים

ויסות עומס הוא מדד ליכולתו של וסת מתח לשמור על מתח קבוע ביציאה ללא קשר לשינויים בדרישת העומס.

9. אריזה וגודל

אחת המטרות המקובלות במהלך תכנון פתרון חומרה כלשהו בימינו היא להקטין את הגודל ככל האפשר. זה כולל למעשה צמצום גודל רכיב האלקטרוניקה ותמיד הפחתת מספר הרכיבים המרכיבים כל קטע במכשיר. מערכת חשמל בגודל קטן לא רק מסייעת בהפחתת הגודל הכללי של הפרויקט, אלא גם מסייעת ביצירת מקום שאליו ניתן לצמצם תכונות מוצר נוספות. בהתאם ליעדי הפרויקט שלך, וודא את גורם הצורה / גודל החבילה שאתה הולך איתו. ישתלב בתקציב החלל שלך. תוך כדי בחירות המבוססות על גורם זה, חשוב גם לקחת בחשבון את גודל הרכיבים ההיקפיים הנדרשים על ידי הרגולטור לתפקוד. לדוגמא, השימוש במכשירי IC בתדירות גבוהה מאפשר שימוש בקבלים פלט בעלי קיבול נמוך ומשרנים, וכתוצאה מכך גודל רכיבים מופחת ולהיפך.

זיהוי כל זה והשוואה לדרישות העיצוב שלך יעזור לך במהירות לקבוע איזה רגולטור צריך לעבור ואיזה צריך להופיע בעיצוב שלך.

האם שתף איזה גורם אתה חושב שהחמצתי וכל הערות אחרות באמצעות סעיף ההערות.

עד הפעם הבאה.