พลังงานเป็นส่วนสำคัญของโครงการ / อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงแหล่งที่มามักจะมีความจำเป็นในการดำเนินการจัดการพลังงานเช่นการแปลง / การปรับขนาดแรงดันไฟฟ้าและการแปลง (AC-DC / DC-DC) การเลือกโซลูชันที่เหมาะสมสำหรับแต่ละงานเหล่านี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในความสำเร็จ (หรือความล้มเหลว) ของผลิตภัณฑ์ หนึ่งในงานการจัดการพลังงานที่พบบ่อยที่สุดในอุปกรณ์เกือบทุกประเภทคือการควบคุม / การปรับแรงดันไฟฟ้า DC-DC. สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนค่าของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่อินพุตเป็นค่าที่สูงขึ้นหรือต่ำลงที่เอาต์พุต ส่วนประกอบ / โมดูลที่ใช้เพื่อบรรลุภารกิจเหล่านี้โดยทั่วไปเรียกว่าตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า โดยทั่วไปจะมีความสามารถในการจ่ายแรงดันไฟฟ้าขาออกคงที่ซึ่งสูงหรือต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและมักใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบในการออกแบบที่คุณมีส่วนที่แรงดันไฟฟ้าต่างกัน นอกจากนี้ยังใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบดั้งเดิม
มีสองเป็นประเภทหลักของหน่วยงานกำกับดูแลแรงดันไฟฟ้า;
- ตัวควบคุมเชิงเส้น
- ตัวควบคุมการสลับ
โดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นจะลดระดับลงและใช้การควบคุมอิมพีแดนซ์เพื่อสร้างการลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่เอาต์พุต มักจะมีราคาถูกมาก แต่ไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากพลังงานจำนวนมากจะสูญเสียไปกับความร้อนในระหว่างการควบคุมในทางกลับกันตัวควบคุมการสลับมีความสามารถในการเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่อินพุตขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรม พวกเขาบรรลุการควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยใช้กระบวนการสวิตช์เปิด / ปิดของทรานซิสเตอร์ซึ่งควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ที่เอาต์พุตของหน่วยงานกำกับดูแล เมื่อเทียบกับตัวควบคุมเชิงเส้นแล้วตัวควบคุมการสลับมักจะมีราคาแพงกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า
สำหรับบทความในวันนี้เราจะมุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนหน่วยงานกำกับดูแลและเป็นชื่อให้ไปเราจะมองไปที่ปัจจัยที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกควบคุมการสลับสำหรับโครงการ
เนื่องจากความซับซ้อนของส่วนอื่น ๆ ของโครงการ (ฟังก์ชันหลัก RF ฯลฯ) ทางเลือกของหน่วยงานกำกับดูแลสำหรับแหล่งจ่ายไฟมักจะเป็นหนึ่งในการดำเนินการที่เหลือจนกว่าจะสิ้นสุดกระบวนการออกแบบ บทความในวันนี้จะพยายามให้นักออกแบบที่ จำกัด เวลาพร้อมคำแนะนำเกี่ยวกับสิ่งที่ต้องค้นหาในข้อกำหนดของตัวควบคุมการสลับเพื่อพิจารณาว่าเหมาะกับกรณีการใช้งานของคุณหรือไม่ นอกจากนี้ยังมีรายละเอียดเกี่ยวกับการตีความวิธีการต่างๆที่ผู้ผลิตรายต่างๆนำเสนอข้อมูลเกี่ยวกับพารามิเตอร์เช่นอุณหภูมิโหลดเป็นต้น
ประเภทของตัวควบคุมการสลับ
โดยพื้นฐานแล้วตัวควบคุมการสลับมีสามประเภทและปัจจัยที่ต้องพิจารณาขึ้นอยู่กับประเภทที่จะใช้สำหรับแอปพลิเคชันของคุณ สามประเภทคือ;
- บั๊กเรกูเลเตอร์
- เพิ่มหน่วยงานกำกับดูแล
- บั๊ก Boost Regulators
1. บั๊กเรกูเลเตอร์
หน่วยงานกำกับดูแลบั๊กหรือที่เรียกว่าตัวควบคุมแบบลดขั้นตอนหรือตัวแปลงบั๊กเป็นตัวควบคุมการสลับที่ได้รับความนิยมสูงสุด พวกเขามีความสามารถในการลดระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอินพุตไปยังแรงดันไฟฟ้าที่น้อยกว่าที่เอาต์พุต ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่กำหนดมักจะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่กำหนด แผนผังพื้นฐานสำหรับตัวแปลงบั๊กแสดงไว้ด้านล่าง
เอาต์พุตของตัวควบคุมเกิดจากการเปิดและปิดของทรานซิสเตอร์และค่าแรงดันไฟฟ้ามักจะเป็นฟังก์ชันของวงจรการทำงานของทรานซิสเตอร์ (ระยะเวลาที่ทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ในทุกรอบที่สมบูรณ์) แรงดันขาออกจะได้รับจากสมการด้านล่างซึ่งเราสามารถอนุมานได้ว่ารอบการทำงานไม่สามารถเท่ากับหนึ่งได้ดังนั้นแรงดันขาออกจะน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเสมอ บั๊กเรกูเลเตอร์จึงถูกนำมาใช้เมื่อต้องการลดแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้นตอนหนึ่งของการออกแบบและอีกขั้นหนึ่ง คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นฐานการออกแบบและประสิทธิภาพของตัวควบคุมบั๊กได้ที่นี่เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีสร้างวงจรบั๊กคอนเวอร์เตอร์
2. เพิ่มหน่วยงานกำกับดูแล
ตัวควบคุมบูสต์หรือบูสต์คอนเวอร์เตอร์ทำงานในลักษณะตรงกันข้ามกับตัวควบคุมบั๊ก พวกเขาให้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่เอาต์พุต เช่นเดียวกับตัวควบคุมบั๊กพวกเขาใช้การกระทำของทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตและโดยปกติจะประกอบด้วยส่วนประกอบเดียวกับที่ใช้ในตัวควบคุมบั๊กโดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการจัดเรียงส่วนประกอบ แผนงานที่ง่ายสำหรับการควบคุมการเพิ่มแสดงอยู่ด้านล่าง
คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นฐานการออกแบบและประสิทธิภาพของตัวควบคุม Boost ได้ที่นี่สามารถสร้างตัวแปลง Boost หนึ่งตัวได้โดยทำตามวงจร Boost Converter นี้
3. หน่วยงานกำกับดูแล Buck-Boost
สุดท้าย แต่ไม่น้อยที่เป็นหน่วยงานกำกับดูแลเจ้าชู้เพิ่มจากชื่อของพวกเขามันเป็นเรื่องง่ายที่จะอนุมานได้ว่าพวกเขาให้ทั้งเพิ่มและผลกระทบเจ้าชู้แรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้าแปลงเจ้าชู้เพิ่ม ผลิตคว่ำ (ลบ) แรงดันขาออกซึ่งอาจจะมากกว่าหรือน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตขึ้นอยู่กับรอบการทำงาน วงจรแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิทช์เร่งบัคขั้นพื้นฐานแสดงไว้ด้านล่าง
ตัวแปลงบัค - บูสต์เป็นรูปแบบหนึ่งของวงจรบูสต์คอนเวอร์เตอร์ซึ่งตัวแปลงกลับด้านจะส่งเฉพาะพลังงานที่ตัวเหนี่ยวนำ L1 เก็บไว้ในโหลด
การเลือกประเภทตัวควบคุมสวิตชิ่งทั้งสามประเภทนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ระบบต้องการเท่านั้น ไม่ว่าจะใช้ตัวควบคุมประเภทใดสิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อมูลจำเพาะของหน่วยงานกำกับดูแลตรงตามข้อกำหนดของการออกแบบ
ปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือก Switching Regulator
การออกแบบตัวควบคุมการสลับขึ้นอยู่กับการวัดขนาดใหญ่ของ IC กำลังที่ใช้ดังนั้นปัจจัยส่วนใหญ่ที่ต้องพิจารณาคือข้อกำหนดของ IC กำลังที่ใช้ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจข้อกำหนดของ Power IC และความหมายเพื่อให้แน่ใจว่าคุณได้เลือกสิ่งที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ
โดยไม่คำนึงถึงแอปพลิเคชันของคุณการเรียกใช้การตรวจสอบปัจจัยต่อไปนี้จะช่วยลดเวลาที่ใช้ในการเลือก
1. ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
นี่หมายถึงช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่รองรับได้ซึ่ง IC สนับสนุน. โดยปกติจะมีการระบุไว้ในแผ่นข้อมูลและในฐานะผู้ออกแบบสิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสำหรับแอปพลิเคชันของคุณอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ระบุสำหรับ IC แม้ว่าแผ่นข้อมูลบางแผ่นอาจระบุเฉพาะแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุด แต่ควรตรวจสอบแผ่นข้อมูลเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการกล่าวถึงช่วงอินพุตต่ำสุดก่อนที่จะตั้งสมมติฐานใด ๆ เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุด IC มักจะถูกทอดออก แต่โดยปกติจะหยุดทำงานหรือทำงานผิดปกติเมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าต่ำสุดจะถูกใช้ทั้งหมดขึ้นอยู่กับมาตรการป้องกันในสถานที่ มาตรการป้องกันอย่างหนึ่งที่มักใช้เพื่อป้องกันความเสียหายของ IC เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าอยู่นอกช่วงที่อินพุตคือ Under-Voltage Lock Out (UVLO)การตรวจสอบว่ามีให้หรือไม่อาจช่วยในการตัดสินใจออกแบบของคุณได้
2. ช่วงแรงดันขาออก
ตัวควบคุมการสับเปลี่ยนมักจะมีเอาต์พุตที่แปรผัน ช่วงแรงดันเอาท์พุทหมายถึงช่วงของแรงดันไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าที่ส่งออกของคุณต้องสามารถตั้งค่าใน IC ที่ไม่มีตัวเลือกเอาต์พุตตัวแปรโดยปกติจะเป็นค่าเดียว สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการของคุณอยู่ในช่วงที่กำหนดสำหรับ IC และด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ดีเนื่องจากความแตกต่างระหว่างช่วงแรงดันไฟฟ้าขาออกสูงสุดและแรงดันขาออกที่คุณต้องการ ตามกฎทั่วไปไม่สามารถกำหนดแรงดันเอาต์พุตขั้นต่ำให้มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันอ้างอิงภายในได้ ขึ้นอยู่กับการใช้งานของคุณ (บัคหรือบูสต์) ช่วงเอาต์พุตต่ำสุดอาจมากกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต (บูสต์) หรือน้อยกว่าแรงดันอินพุต (บั๊ก) ก็ได้
3. กระแสไฟขาออก
คำนี้หมายถึงการจัดอันดับปัจจุบันที่ IC ได้รับการออกแบบ โดยพื้นฐานแล้วเป็นการบ่งชี้ว่า IC สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าที่เอาต์พุตได้เท่าใดสำหรับ IC บางตัวจะระบุเฉพาะกระแสไฟขาออกสูงสุดเป็นตัวชี้วัดความปลอดภัยและเพื่อช่วยให้ผู้ออกแบบมั่นใจได้ว่าตัวควบคุมจะสามารถส่งกระแสที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชัน สำหรับ IC อื่น ๆ จะมีทั้งการให้คะแนนต่ำสุดและสูงสุด สิ่งนี้อาจมีประโยชน์มากในการวางแผนเทคนิคการจัดการพลังงานสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ
ในการเลือกตัวควบคุมโดยพิจารณาจากกระแสเอาต์พุตของ IC สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่ามีความปลอดภัยอยู่ระหว่างกระแสสูงสุดที่แอปพลิเคชันของคุณต้องการและกระแสเอาต์พุตสูงสุดของตัวควบคุม เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสเอาต์พุตสูงสุดของตัวควบคุมสูงกว่ากระแสเอาต์พุตที่คุณต้องการอย่างน้อย 10 ถึง 20% เนื่องจาก IC อาจสร้างความร้อนสูงเมื่อทำงานในระดับสูงสุดอย่างต่อเนื่องและอาจได้รับความเสียหายจากความร้อน. นอกจากนี้ประสิทธิภาพของ IC จะลดลงเมื่อทำงานสูงสุด
4. ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน
คำนี้หมายถึงช่วงอุณหภูมิที่เครื่องควบคุมทำงานได้อย่างถูกต้อง มันถูกกำหนดในรูปของอุณหภูมิแวดล้อม (Ta) หรืออุณหภูมิทางแยก (Tj) อุณหภูมิ TJ หมายถึงอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของทรานซิสเตอร์ในขณะที่อุณหภูมิโดยรอบหมายถึงอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมรอบ ๆ อุปกรณ์
หากกำหนดช่วงอุณหภูมิในการทำงานในแง่ของอุณหภูมิโดยรอบไม่จำเป็นต้องหมายความว่าสามารถใช้ตัวควบคุมในช่วงอุณหภูมิเต็มได้ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงปัจจัยด้านความปลอดภัยและยังคำนึงถึงกระแสโหลดที่วางแผนไว้และความร้อนที่มาพร้อมกับการรวมกันของสิ่งนี้และอุณหภูมิโดยรอบเป็นสิ่งที่ประกอบเป็นอุณหภูมิทางแยกซึ่งไม่ควรเกินด้วย การอยู่ในช่วงอุณหภูมิในการทำงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่เหมาะสมและต่อเนื่องของตัวควบคุมเนื่องจากความร้อนที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การทำงานที่ผิดปกติและความล้มเหลวอย่างร้ายแรงของตัวควบคุมดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องใส่ใจกับความร้อนโดยรอบในสภาพแวดล้อมที่จะใช้อุปกรณ์และกำหนดปริมาณความร้อนที่เป็นไปได้ที่อุปกรณ์จะสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากกระแสโหลดก่อนที่จะพิจารณาว่าช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ระบุหรือไม่ ของตัวควบคุมเหมาะสำหรับคุณ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าหน่วยงานกำกับดูแลบางอย่างอาจล้มเหลวในสภาวะที่เย็นจัดและควรให้ความสำคัญกับค่าอุณหภูมิต่ำสุดหากจะนำแอปพลิเคชันไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่เย็น
5. การสลับความถี่
ความถี่ในการสลับหมายถึงอัตราที่ทรานซิสเตอร์ควบคุมเปิดและปิดในตัวควบคุมการสลับ ในตัวควบคุมที่ใช้การมอดูเลตความกว้างพัลส์ความถี่มักจะคงที่ขณะอยู่ในการมอดูเลตความถี่พัลส์
ความถี่ในการเปลี่ยนมีผลต่อพารามิเตอร์ของตัวควบคุมเช่นการกระเพื่อมกระแสไฟขาออกประสิทธิภาพสูงสุดและความเร็วในการตอบสนอง การออกแบบความถี่ในการเปลี่ยนจะเกี่ยวข้องกับการใช้ค่าความเหนี่ยวนำที่ตรงกันเสมอดังนั้นประสิทธิภาพของตัวควบคุมที่คล้ายกันสองตัวที่มีความถี่ในการเปลี่ยนต่างกันจะแตกต่างกัน หากพิจารณาตัวควบคุมที่คล้ายกันสองตัวที่ความถี่ต่างกันจะพบว่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดเช่นจะต่ำสำหรับตัวควบคุมที่ทำงานที่ความถี่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับตัวควบคุมที่ความถี่สูง นอกจากนี้พารามิเตอร์เช่นการกระเพื่อมจะสูงและความเร็วในการตอบสนองของตัวควบคุมจะต่ำที่ความถี่ต่ำในขณะที่ระลอกคลื่นจะต่ำและความเร็วในการตอบสนองสูงที่ความถี่สูง
6. เสียงรบกวน
การดำเนินการสวิตชิ่งที่เกี่ยวข้องกับตัวควบคุมการสลับจะสร้างเสียงรบกวนและฮาร์มอนิกที่เกี่ยวข้องซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบโดยรวมโดยเฉพาะในระบบที่มีส่วนประกอบ RF และสัญญาณเสียง ในขณะที่สามารถลดสัญญาณรบกวนได้โดยใช้ตัวกรองเป็นต้น แต่ก็สามารถลดอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) ในวงจรที่มีความไวต่อสัญญาณรบกวนได้ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่าปริมาณสัญญาณรบกวนที่เกิดจากตัวควบคุมจะไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ
7. ประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบโซลูชันด้านพลังงานในปัจจุบัน มันเป็นหลักอัตราส่วนของแรงดันเอาท์พุทแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้าในทางทฤษฎีประสิทธิภาพของตัวควบคุมการสลับคือร้อยเปอร์เซ็นต์ แต่โดยปกติแล้วจะไม่เป็นจริงในทางปฏิบัติเนื่องจากความต้านทานของสวิตช์ FET แรงดันไฟฟ้าของไดโอดลดลงและ ESR ของทั้งตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเอาท์พุทจะลดประสิทธิภาพโดยรวมของตัวควบคุม ในขณะที่หน่วยงานกำกับดูแลที่ทันสมัยส่วนใหญ่ให้ความเสถียรในช่วงการทำงานที่กว้าง แต่ประสิทธิภาพจะแตกต่างกันไปตามการใช้งานและตัวอย่างเช่นจะลดลงอย่างมากเมื่อกระแสที่ดึงออกมาจากเอาต์พุตเพิ่มขึ้น
8. โหลดระเบียบ
การควบคุมโหลดคือการวัดความสามารถของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในการรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ที่เอาต์พุตโดยไม่คำนึงถึงความต้องการโหลดที่เปลี่ยนแปลงไป
9. บรรจุภัณฑ์และขนาด
เป้าหมายปกติอย่างหนึ่งในระหว่างการออกแบบโซลูชันฮาร์ดแวร์ในปัจจุบันคือการลดขนาดให้ได้มากที่สุด. ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วรวมถึงการลดขนาดของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และลดจำนวนส่วนประกอบที่ประกอบเป็นแต่ละส่วนของอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอ ระบบไฟฟ้าขนาดเล็กไม่เพียง แต่ช่วยลดขนาดโดยรวมของโครงการเท่านั้น แต่ยังช่วยสร้างพื้นที่ให้คุณลักษณะพิเศษของผลิตภัณฑ์สามารถคับแคบได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเป้าหมายของโครงการของคุณตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีรูปแบบ / ขนาดบรรจุภัณฑ์ที่คุณใช้ จะพอดีกับงบประมาณพื้นที่ของคุณ ในขณะที่ทำการเลือกโดยพิจารณาจากปัจจัยนี้สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงขนาดของส่วนประกอบอุปกรณ์ต่อพ่วงที่หน่วยงานควบคุมต้องการในการทำงาน ตัวอย่างเช่นการใช้ IC ความถี่สูงอนุญาตให้ใช้ตัวเก็บประจุเอาต์พุตที่มีความจุและตัวเหนี่ยวนำต่ำส่งผลให้ขนาดส่วนประกอบลดลงและในทางกลับกัน
การระบุสิ่งเหล่านี้ทั้งหมดและเปรียบเทียบกับข้อกำหนดในการออกแบบของคุณจะช่วยให้คุณทราบได้อย่างรวดเร็วว่าตัวควบคุมใดควรข้ามและตัวควบคุมใดที่ควรมีในการออกแบบของคุณ
แบ่งปันปัจจัยที่คุณคิดว่าฉันพลาดและความคิดเห็นอื่น ๆ ผ่านส่วนความคิดเห็น
จนถึงครั้งต่อไป