Шесть основных вопросов о стабилизаторах напряжения

Автоматический стабилизатор напряжения выдает фиксированное выходное напряжение с постоянной заданной амплитудой независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.

Автоматические стабилизаторы используют активные (биполярные транзисторы или MOSFET) проходные элементы (последовательно или параллельно), управляемые дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с прецизионным источником опорного напряжения и регулирует проходной элемент для поддержания постоянного выходного напряжения.

Автоматические стабилизаторы преобразуют входное постоянное напряжение в коммутирующее напряжение, которое подается на силовой MOSFET или биполярный транзистор. Отфильтрованное выходное напряжение силового ключа подается обратно в схему, которая управляет временем включения и выключения силового ключа, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или тока нагрузки.

1. Какие существуют топологии автоматических стабилизаторов?

Существует три распространенные топологии: понижающий, повышающий и понижающе-повышающий. Другие топологии включают обратноходовой, SEPIC, Cuk, двухтактный, прямоходовой, полномостовой и полумостовой.

2. Как частота переключения влияет на проектирование стабилизатора? Более высокие частоты переключения означают, что регулятор может использовать индукторы и конденсаторы меньшего размера. Это также означает более высокие потери при переключении и больший уровень шума в цепи.

3. Какие потери возникают в автоматическом регуляторе?

Мощность, необходимая для включения и выключения MOSFET, вызывает потери и связана с драйвером затвора MOSFET. Аналогично, переключение из проводящего состояния в непроводящее занимает определенное время, что приводит к рассеиванию мощности MOSFET. Кроме того, энергия, необходимая для зарядки и разрядки емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора, также вызывает потери.

4. Каковы некоторые распространенные области применения автоматических регуляторов?

При заданных входном и выходном напряжениях рассеиваемая мощность автоматического регулятора пропорциональна выходному току, поэтому типичная эффективность может составлять 50% или меньше. Путем оптимизации устройства автоматические регуляторы могут достигать эффективности 90%. Однако уровень шума автоматического регулятора значительно ниже, чем у автоматического регулятора с теми же требованиями к выходному напряжению и току. В целом, автоматический регулятор может работать с более высокими токовыми нагрузками, чем обычный автоматический регулятор.

5. Как автоматический регулятор управляет своим выходным напряжением?

Автоматическому регулятору необходим способ изменения выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения. Один из подходов — использование ШИМ для управления входом соответствующего силового ключа, тем самым контролируя время его включения/выключения (коэффициент заполнения). В процессе работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно на ШИМ-контроллер для управления коэффициентом заполнения. Если отфильтрованное выходное напряжение изменяется, обратная связь, подаваемая на ШИМ-контроллер, изменяет коэффициент заполнения для поддержания постоянного выходного напряжения.

6. Какие проектные характеристики важны для микросхем регуляторов?

К основным параметрам относятся входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток. В зависимости от конкретного применения могут быть важны и другие параметры, такие как пульсации выходного напряжения, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важные параметры для автоматических регуляторов включают падение напряжения, PSRR (коэффициент подавления помех источника питания) и выходной шум.