Būdamas a perjungimo reguliatorius , ši grandinė yra labai efektyvi ir nešvaistys arba neišsklaidys energijos, skirtingai nei linijiniai reguliatoriai, tokie kaip IC 7812 arba IC LM317 arba IC LM338.
Kodėl tiesiniai reguliatoriai, tokie kaip 7812, LM317 ir LM338, yra blogi keitikliai?
Tiesiniai reguliatoriai, tokie kaip 7812 ir LM317, dėl savo eksploatacinių savybių laikomi neefektyviais keitikliais.
Linijiniame reguliatoriuje perteklinė įėjimo įtampa išsisklaido šilumos pavidalu. Tai reiškia, kad įtampos kritimas tarp įvesties ir išvesties gnybtų tiesiog „sudeginamas“ kaip iššvaistoma energija. Linijinis reguliatorius veikia kaip kintamasis rezistorius, reguliuodamas savo varžą, kad išsklaidytų perteklinę energiją ir reguliuotų išėjimo įtampą.
Šis išsklaidymo procesas lemia didelius galios nuostolius ir mažą efektyvumą. Linijinio reguliatoriaus efektyvumą lemia išėjimo galios ir įėjimo galios santykis. Didėjant įėjimo-išėjimo įtampos skirtumui, didėja ir šilumos pavidalu išsklaidyta galia, kuri yra įtampos skirtumas, padaugintas iš išėjimo srovės. Todėl efektyvumas mažėja, kai didėja įėjimo ir išėjimo įtampos skirtumas.
Pavyzdžiui, naudojant linijinį reguliatorių 24 V įvesties įtampai reguliuoti iki 12 V, 12 V perteklius išsklaido kaip šiluma. Tai gali sukelti didelį energijos švaistymą ir reikalauti papildomų aušinimo mechanizmų, kai naudojamos didelės galios.
Priešingai, perjungimo reguliatoriai (pvz bako keitikliai ) yra veiksmingesnės konversijos sumažinimui. Jie naudoja induktorių, kondensatorių ir jungiklių derinį, kad efektyviai konvertuotų įtampą.
Perjungimo reguliatoriai kaupia energiją per vieną perjungimo ciklo fazę ir tiekia ją kitoje, taip sumažindami energijos kaip šilumos išsklaidymą. Priklausomai nuo konkrečios konstrukcijos, perjungimo reguliatoriai gali pasiekti 80–95% ar net didesnį efektyvumą.
Apibendrinant galima pasakyti, kad nors linijiniai reguliatoriai, tokie kaip 7812 ir LM317, yra paprasti ir ekonomiški, jie nėra pats veiksmingiausias pasirinkimas mažinant konversiją, kai energijos vartojimo efektyvumas kelia didelį susirūpinimą.
Grandinės aprašymas
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta pagrindinė 24 V–12 V keitiklio schema.
Naudojamas perjungimo reguliatorius yra įprastas Motorola modelis: µA78S40.
Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta šio integrinio grandyno vidinė struktūra, apimanti įvairius perjungimo reguliatoriui būtinus komponentus: generatorių, flip-flop, komparatorių, įtampos atskaitos šaltinį, tvarkyklę ir perjungimo tranzistorius.
Be to, yra operacinis stiprintuvas, kuris šiai programai nereikalingas. Maitinimo šaltinio filtravimą ir išlyginimą atlieka kondensatoriai nuo C3 iki C7.
Kondensatorius C1 nustato osciliatoriaus dažnį, o rezistoriai R1, R5 ir R6 padeda apriboti keitiklio išėjimo srovę.
Rezistoriaus R1 įtampa yra proporcinga keitiklio tiekiamai srovei.
Nustatę maždaug 0,3 V įtampos skirtumą tarp µA78S40 13 ir 14 kaiščių, rezistoriai R6 ir R7 sukuria įtampos daliklį, leidžiantį apriboti srovę esant maždaug 5 A.
Įtampos atskaitos šaltinis, atjungtas kondensatoriumi C2, yra IC1 8 kaištyje.
Ši etaloninė įtampa taikoma IC1 vidinio komparatoriaus neinvertuojamajam įėjimui. Invertuojantis įėjimas nustatomas į potencialą, proporcingą keitiklio išėjimo įtampai.
Kad išlaikytų pastovią išėjimo įtampą, lygintuvas valdo IC1 išėjimo stadiją.
Abiejų lygintuvo įėjimų potencialas yra toks pat, o išėjimo įtampa apskaičiuojama pagal šią formulę:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Reguliuojamas rezistorius Aj1 leidžia reguliuoti keitiklio išėjimo įtampą nuo +10V iki +15V.
Du išvesties tranzistoriai sudaro Darlingtono porą, o nuoseklus jų perjungimas yra valdomas flip-flop sinchronizuojant su kondensatoriaus C1 virpesiais.
Kartu su AND užtaisu, šis apverstas yra valdomas lygintuvo, kad sureguliuotų µA78S40 išėjimo pakopos laidumo laiką ir išlaikytų pastovią išėjimo įtampą.
Tranzistoriaus T1 prisotinta arba užblokuota būsena atitinka IC1 Darlingtono poros būseną. Kai IC1 išėjimo pakopa yra prisotinta, tranzistorius T1 yra pakreiptas, o jo bazinę srovę riboja rezistorius R2.
Rezistorius R3 kartu su rezistoriumi R9 sudaro įtampos daliklį, ribojantį tranzistoriaus T1 VBE įtampą perjungimo proceso pradžioje.
Tranzistorius T1, veikiantis kaip Darlingtono modelis, veikia kaip atviras arba uždarytas jungiklis µA78S40 osciliatoriaus dažniu.
Induktorius L1 leidžia sumažinti įtampą nuo 24 V iki 12 V, naudojant induktyvumo savybes. Pastovioje būsenoje, kai tranzistorius T1 yra prisotintas, induktoriaus L1 įtampa yra +12 V.
Šios fazės metu induktyvumas kaupia energiją, kurią išskiria, kai dingsta įtampa. Taigi, kai tranzistorius T1 yra užblokuotas, induktorius L1 linkęs palaikyti per jį tekančią srovę.
Diodas D1 tampa laidus, o per induktorių L1 atsiranda -12 V priešinė elektrovaros jėga.
