되는 스위칭 레귤레이터 , 이 회로는 매우 효율적이며 IC 7812, IC LM317 또는 IC LM338과 같은 선형 레귤레이터와 달리 에너지를 낭비하거나 낭비하지 않습니다.
7812, LM317 및 LM338과 같은 선형 조정기가 나쁜 강압 변환기인 이유는 무엇입니까?
7812 및 LM317과 같은 선형 조정기는 작동 특성으로 인해 비효율적인 강압 변환기로 간주됩니다.
선형 조정기에서 과도한 입력 전압은 열의 형태로 소실됩니다. 이는 입력 단자와 출력 단자 사이의 전압 강하가 낭비되는 에너지로 단순히 '소진'된다는 것을 의미합니다. 선형 조정기는 가변 저항으로 작동하여 잉여 에너지를 소산하고 출력 전압을 조정하기 위해 저항을 조정합니다.
이러한 소산 과정은 상당한 전력 손실과 낮은 효율로 이어집니다. 선형 레귤레이터의 효율은 입력 전력에 대한 출력 전력의 비율에 의해 결정됩니다. 입출력 전압차가 커지면 전압차에 출력전류를 곱한 열로 소실되는 전력도 커진다. 결과적으로 입력과 출력 사이의 전압 차이가 증가함에 따라 효율이 감소합니다.
예를 들어 선형 레귤레이터를 사용하여 24V 입력을 12V로 조절하면 초과 12V는 열로 소산됩니다. 이로 인해 상당한 전력 낭비가 발생할 수 있으며 고전력이 관련된 응용 분야에서 추가 냉각 메커니즘이 필요합니다.
반대로 스위칭 레귤레이터(예: 벅 컨버터 )은 스텝 다운 변환에 더 효율적입니다. 인덕터, 커패시터 및 스위치의 조합을 활용하여 전압을 효율적으로 변환합니다.
스위칭 조정기는 스위칭 주기의 한 단계에서 에너지를 저장하고 다른 단계에서 전달함으로써 에너지가 열로 소실되는 것을 최소화합니다. 특정 설계에 따라 스위칭 조정기는 80~95% 또는 그 이상의 효율을 달성할 수 있습니다.
요약하면 7812 및 LM317과 같은 선형 조정기는 간단하고 비용 효율적이지만 전력 효율성이 중요한 문제인 경우 강압 변환에 가장 효율적인 선택은 아닙니다.
회로 설명
아래 그림은 24V에서 12V로의 변환기의 기본 다이어그램을 보여줍니다.
사용된 스위칭 조정기는 Motorola의 공통 모델인 µA78S40입니다.
다음 그림은 발진기, 플립플롭, 비교기, 전압 기준 소스, 드라이버 및 스위칭 트랜지스터와 같은 스위칭 조정기에 필요한 다양한 구성 요소를 포함하는 이 집적 회로의 내부 구조를 나타냅니다.
또한 이 애플리케이션에는 필요하지 않은 연산 증폭기가 있습니다. 전원 공급 장치의 필터링 및 평활화는 커패시터 C3 ~ C7에 의해 처리됩니다.
커패시터 C1은 오실레이터의 주파수를 결정하고 저항 R1, R5 및 R6은 컨버터의 출력 전류를 제한합니다.
“단극 이중 투사 배선도 ”
저항 R1 양단의 전압은 컨버터가 공급하는 전류에 비례합니다.
µA78S40의 핀 13과 14 사이에 약 0.3V의 전압 차이를 설정하면 저항 R6과 R7이 전압 분배기를 생성하여 약 5A에서 전류 제한이 발생할 수 있습니다.
커패시터 C2에 의해 분리된 기준 전압 소스는 IC1의 핀 8에서 사용할 수 있습니다.
이 기준 전압은 IC1 내부 비교기의 비반전 입력에 적용됩니다. 반전 입력은 컨버터의 출력 전압에 비례하는 전위로 설정됩니다.
일정한 출력 전압을 유지하기 위해 비교기는 IC1의 출력단을 제어합니다.
비교기의 두 입력은 동일한 전위로 유지되며 출력 전압은 다음 공식으로 제공됩니다.
Vs = 1.25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
조정 가능한 저항 Aj1을 사용하면 +10V ~ +15V 범위에서 컨버터의 출력 전압을 조정할 수 있습니다.
2개의 출력 트랜지스터는 Darlington 쌍을 형성하고 연속 스위칭은 커패시터 C1의 발진과 동기하여 플립플롭에 의해 제어됩니다.
AND 게이트와 결합된 이 플립플롭은 비교기에 의해 제어되어 μA78S40 출력 스테이지의 전도 시간을 조정하고 일정한 출력 전압을 유지합니다.
트랜지스터 T1의 포화 또는 차단 상태는 IC1의 Darlington 쌍 상태를 따릅니다. IC1의 출력 단계가 포화되면 트랜지스터 T1이 바이어스되고 베이스 전류가 저항 R2에 의해 제한됩니다.
저항 R3은 저항 R9와 함께 전압 분배기를 형성하여 스위칭 프로세스 시작 시 트랜지스터 T1의 VBE 전압을 제한합니다.
Darlington 모델로 작동하는 트랜지스터 T1은 µA78S40의 발진기 주파수에서 개방 또는 폐쇄 스위치로 작동합니다.
인덕터 L1은 인덕턴스의 특성을 이용하여 24V에서 12V로 전압 강하를 허용합니다. 정상 상태에서 트랜지스터 T1이 포화되면 인덕터 L1 양단에 +12V의 전압이 인가됩니다.
이 단계에서 인덕턴스는 에너지를 저장하고 인가된 전압이 사라지면 방출합니다. 따라서 트랜지스터 T1이 차단되면 인덕터 L1은 이를 통해 흐르는 전류를 유지하려는 경향이 있습니다.
다이오드 D1이 전도성이 되고 -12V의 역기전력이 인덕터 L1 양단에 나타납니다.
