Kapcsolószabályozó és lineáris szabályozó All-Electronics
Ránézésre
A lineáris szabályozók minden bizonnyal nem a megfelelő megoldás minden elképzelhető forgatókönyvhöz, de tekintettel az előrelépésekre - alacsonyabb üzemi feszültségek, kisebb ellenállással rendelkező MOSFET-ek, valamint maguk a lineáris szabályozók és az áramkör többi alkatrészének fejlesztése - a fejlesztőknek újra meg kell közelíteniük a témát, és alternatívaként lineáris szabályozókat kell használniuk Fontolja meg a szabályozók kapcsolását.
A legtöbben már régóta megoldják azt a kérdést, hogy a kapcsolószabályozók vagy a lineáris szabályozók a jobb megoldások-e, mint ahogy az AC vagy DC hálózatokról szóló beszélgetés már régen véget ért. A hagyományos nézet szerint a lineáris szabályozók egyszerűek és olcsók, ugyanakkor nem hatékonyak; ezért csak olyan költségérzékeny alkalmazásokra alkalmasak, amelyekben az energiahatékonyság másodlagos jelentőségű, csak kis terheléseket kell táplálni, vagy a kívánt kimeneti feszültség csak kissé alacsonyabb a bemeneti feszültség alatt.
A lineáris szabályozó
A lineáris szabályozó alapvető funkcionalitása nagyon egyszerű: A feszültségforrás és a terhelés között egy tranzisztor alakú változó sorozatú ellenállás található. Ezt az ellenállást a terhelés áramától függően úgy szabályozzák, hogy állandó kimeneti feszültség alakuljon ki. A teherárammal, valamint a bemeneti feszültség és a kimeneti feszültség közötti különbséggel arányos teljesítményveszteség a tranzisztorban fordul elő, és hő formájában elvész. A lineáris szabályozó kimeneti feszültsége általában alacsonyabb, mint a bemeneti feszültség, és hatékony szabályozás csak akkor lehetséges, ha a bemenet és a kimenet közötti feszültségkülönbség nem esik egy bizonyos minimális érték alá, amelyet kiesési feszültségnek nevezünk. Korábban ez a kiesési feszültség 1,5 V körül volt. A bemeneti feszültségnek elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy fenntartsa ezt a minimális feszültségkülönbséget.
A 3-A lineáris szabályozó APE 8968MP-HF-3. Advanced Power Electronics
A technológia azonban az évek során fejlődött. Ma a feszültségforrás és a terhelés közötti nagy feszültségkülönbségek inkább kivétel, mint szabály. Sok tábla ma már jóval alacsonyabb üzemi feszültséggel dolgozik, mint a múltban. Nem ritka, hogy a táblán a legnagyobb működési feszültség csak 3,3 V. Sok flash memória modul, processzor, mikrovezérlő és ASIC ma már csak 1,8 V, 1,2 V vagy akár 1 V alatti feszültséggel működik. Ez azt jelenti, hogy a szabályozandó feszültségtartomány lényegesen kisebb lett. Egyes tervek manapság még teljesen működnek a szabályozók kapcsolása nélkül, mert a modern lineáris szabályozók lehetővé teszik a hatékony szabályozást ezen a feszültségszinten.
Ez elsősorban a továbbfejlesztett alkatrész technológiáknak köszönhető. Az energiahatékonyság lineáris szabályozójának legfontosabb eleme a soros tranzisztor. A modern MOSFET technológia rendkívül hatékony, rendkívül kompakt MOSFET-eket tesz lehetővé, nagyon alacsony ellenállással. Ennek azonnali hatása van a lemorzsolódó feszültségre. Sok éven át az 1,4 V-os kiesési feszültségű lineáris szabályozókat alacsony kiesésű szabályozóknak (LDO) tekintették. A drasztikusan továbbfejlesztett MOSFET technológia lehetővé teszi néhány száz millivoltos kiesési feszültségek alkalmazását még nagy terhelés mellett is. Ezek a szabályozók hatékony megoldást jelentenek olyan alkalmazásokban, ahol a kimeneti feszültség csak alig haladja meg a bemeneti feszültséget. Ezekben az esetekben a modern lineáris szabályozók 85-87 százalékos hatékonyságot érhetnek el.
Csak 0,23 V lemerülési feszültség 3 A-nál.
Az APE 8968MP-HF-3 3-A lineáris szabályozó vezetékezése 20 mOhm-nál nagyobb soros ellenállású (ESR) kimeneti kondenzátorral. Advanced Power Electronics
Ezek az úgynevezett "rendkívül alacsony lemorzsolódású" lineáris szabályozók tartalmazzák az Advanced Power Electronics által a közelmúltban bemutatott APE 8968MP-HF-3 - egy 3-A lineáris szabályozót, amely rendkívül hatékonyan működik olyan alkalmazásokban, ahol a bemeneti/kimeneti feszültségkülönbség mindössze 300 mV. A vezérlő egyszerű, fedélzeti terheléses (DC) DC/DC átalakító alkalmazásokhoz készült, például alaplapi és notebook alkalmazásokhoz, és két működési feszültséget igényel - az egyik fő üzemi feszültséget, a másikat pedig a MOSFET vezérléséhez. -Kapuk. Ennek a szabályozónak a tipikus kiesési feszültsége 3 A-nál csak 0,23 V.
Könnyű figyelmen kívül hagyni azt a tényt, hogy a lineáris szabályozóknak mindig voltak bizonyos előnyeik a szabályozók kapcsolásával szemben bizonyos esetekben. Például a hővé alakított lineáris szabályozó teljesítményvesztesége sok esetben kisebb, mint egy kapcsolószabályzóé, ha a terhelés alacsony, vagy a bemeneti/kimeneti feszültségkülönbség kicsi. Egy másik fontos szempont a zaj; ez különösen igaz a jelfeldolgozó alkalmazásokra és egyre inkább a személyes orvosi eszközökre. A kapcsolási szabályozóknak szűrőkomponensekre van szükségük a kapcsolási frekvencia elnyomásához, amely bárhol 300 kHz és 1,5 MHz között lehet. Ezek az alkatrészek többletköltségeket okoznak és helyet foglalnak az áramköri lapon. Mivel a lineáris szabályozók nem kapcsolnak, lényegesen kevesebb zajt generálnak. Ez megtakarítja az alkatrészeket és a költségeket, valamint növeli a megbízhatóságot is. Ezenkívül a lineáris szabályozók egyszerűbbek és kisebb alkatrészek, ami megtakarítja a NYÁK terét és súlyát.
Minden tervezési döntés kompromisszum
Az APE 8968MP-HF-3 3-A lineáris szabályozó kimeneti kondenzátorként MLCC-vel (többrétegű kerámia kondenzátor) van bekötve. Advanced Power Electronics
A gyakorlatban a fejlesztőknek választaniuk kell egy megoldást, amellyel elérhetik a szükséges rendszerteljesítményt és munkasebességet a megadott fejlesztési időn belül és a meghatározott költségkereten belül. A felfelé irányuló szabályozást igénylő alkalmazásoknál a lineáris szabályozók természetesen kizártak, mivel csak lefelé tudnak szabályozni. Az akkumulátorral működtetett alkalmazásokban és a kézi eszközökben, ahol az akkumulátor élettartama és a hatékonyság a legfontosabb, a kapcsolószabályozó mindenképpen optimális és "csak helyes" megoldás lehet. Számos olyan alkalmazás létezik azonban, amelyekben a 85 és 87 százalék közötti hatékonyság teljesen elegendő, különös tekintettel a kapcsolószabályozó jelentős többletköltségeire. A lényegesen alacsonyabb alkatrészszám és a lineáris vezérlő megoldás ennek megfelelően nagyobb megbízhatósága szintén fontos szempont lehet.