Геннадий Горюнов
Снова об импульсных аналогах интегральных микросхем линейных стабилизаторов(регуляторов) КРЕН и 78xx
Эта статья содержит обновленные сведения о импульсных регуляторах Aimtec
Совместимость импульсных и линейных регуляторов
Интегральные линейные стабилизаторы (или как их еще называют регуляторы) серии КР142ЕН5 и КР142ЕН8 (см. рисунок 1), именуемые на сленге инженеров как КРЕН и их импортные аналоги (78хх) заслуженно пользуются популярностью у разработчиков благодаря своей надежности, простоте схемы включения (см. рисунок 2) и стабильности параметров.
Интегральные линейные стабилизаторы (или как их еще называют регуляторы) серии КР142ЕН5 и КР142ЕН8 (см. рисунок 1), именуемые на сленге инженеров как КРЕН и их импортные аналоги (78хх) заслуженно пользуются популярностью у разработчиков благодаря своей надежности, простоте схемы включения (см. рисунок 2) и стабильности параметров.
Рисунок 1. Внешний вид стабилизаторов КРЕН (78хх) и их импульсного аналога AMSR-78xx.
Рисунок 2. Схема включения интегрального стабилизатора КРЕН или его аналогов.
При всех своих достоинствах эти микросхемы имеют один недостаток — низкий КПД. Для того чтобы использовать линейные стабилизаторы напряжения во всем допустимом диапазоне входных и выходных напряжений и токов их необходимо устанавливать на радиатор (см. Рисунок 3).
Рисунок 3. Линейный стабилизатор напряжения необходимо устанавливать на радиатор из-за низкого КПД, импульсному стабилизатору радиатор не требуется.
Этого недостатка нет у импульсных стабилизаторов напряжения производимых компанией Aimtec. Импульсные стабилизаторы (AMSRB-78-Z, AMSRI-78-NZ, AMSRO-78-Z, AMSR-78-NZ, AMSR-78-Z и т. п. (1)) конструктивно совместимы с микросхемами КРЕН и их импортными аналогами семейств 78xx. Рабочая частота импульсных регуляторов Aimtec превышает 300 кГц, а КПД достигает 90−96%. В таблице 1 приведена таблица совместимости линейных и импульсных стабилизаторов.
Таблица 1. Таблица совместимостей импульсных и линейных регуляторов напряжения.
Таблица 1. Таблица совместимостей импульсных и линейных регуляторов напряжения.
о что обходится использование линейного стабилизатора?
Если сравнить по цене линейный и импульсный стабилизаторы, то на первый взгляд с экономической точки зрения более эффективно использовать достаточно дешевые линейные стабилизаторы. Но если смотреть не только на стоимость конкретного компонента, а на стоимость решения в целом, то можно увидеть, что использование линейных стабилизаторов приводят к ряду издержек, на фоне которых преимущество использования импульсного стабилизатора становится еще более очевидным. Рассмотрим их подробней:
1) Стоимость радиатора. В качестве радиатора обычно используется либо часть печатной платы, дополнительная площадь печатной платы в данном случае имеет свою стоимость. Либо используется непосредственно алюминиевый радиатор, стоимость которого может варьироваться в пределах 0,3−0,5 $.
2) Стоимость дополнительного объема или площади в корпусе предназначенного для рассеяния тепла. Радиатор необходимо как-то разместить в корпусе, соответственно для его размещения требуется корпус больших размеров, чем в случае решения, когда радиатор не требуется.
3) Стоимость конструкционных особенностей корпуса связанных с необходимостью рассеяния тепла. При использовании радиатора, кроме того, что требуется больший по размерам корпус, для отвода тепла он еще должен быть, скорее всего, более сложным конструктивно.
4) Стоимость калибровки. Если внутри прибора имеются измерительные цепи, то в случае внутреннего нагрева потребуется либо специальная температурная калибровка измерительных цепей, либо применение более дорогих операционных усилителей, ЦАП и АЦП с меньшим температурным дрейфом. Кроме того, потребуется сам датчик температуры.
5) Надежность устройства. Ко всему выше сказанному следует добавить уменьшение в 2 раза надежности устройства при нагреве его компонентов на каждые 10 градусов. По этому, если имеются особые требования к надежности устройства, возможно, придется использовать электронные компоненты с большими запасами по силовым характеристикам, а, следовательно, более дорогие.
За время, прошедшее с появления первых семейств импульсных стабилизаторов, появилось уже несколько поколений. При этом новые семейства, как правило интересней по цене чем более ранние серии. Наиболее интересные по цене серии отмечены в Таблице 2.
Семейства импульсных стабилизаторов напряжения.
В таблице 2 представлены семейства интегральных импульсных стабилизаторов напряжения в SIP и SMD корпусах производимых компанией Aimtec. В настоящее время производятся модели с выходным током от 0,5 до 2 Ампер. Кликнув мышью на наименование серии, вы можете посмотреть документацию на каждую серию, а кликнув на конкретное значение выходного напряжения, вы можете посмотреть наличие данного преобразователя на складе, его цену и при необходимости купить.
Последнюю информацию по сериям импульсных стабилизаторов можно посмотреть перейдя по ссылке.
Таблица 2. Семейства интегральных импульсных регуляторов напряжения Aimtec.
Если сравнить по цене линейный и импульсный стабилизаторы, то на первый взгляд с экономической точки зрения более эффективно использовать достаточно дешевые линейные стабилизаторы. Но если смотреть не только на стоимость конкретного компонента, а на стоимость решения в целом, то можно увидеть, что использование линейных стабилизаторов приводят к ряду издержек, на фоне которых преимущество использования импульсного стабилизатора становится еще более очевидным. Рассмотрим их подробней:
1) Стоимость радиатора. В качестве радиатора обычно используется либо часть печатной платы, дополнительная площадь печатной платы в данном случае имеет свою стоимость. Либо используется непосредственно алюминиевый радиатор, стоимость которого может варьироваться в пределах 0,3−0,5 $.
2) Стоимость дополнительного объема или площади в корпусе предназначенного для рассеяния тепла. Радиатор необходимо как-то разместить в корпусе, соответственно для его размещения требуется корпус больших размеров, чем в случае решения, когда радиатор не требуется.
3) Стоимость конструкционных особенностей корпуса связанных с необходимостью рассеяния тепла. При использовании радиатора, кроме того, что требуется больший по размерам корпус, для отвода тепла он еще должен быть, скорее всего, более сложным конструктивно.
4) Стоимость калибровки. Если внутри прибора имеются измерительные цепи, то в случае внутреннего нагрева потребуется либо специальная температурная калибровка измерительных цепей, либо применение более дорогих операционных усилителей, ЦАП и АЦП с меньшим температурным дрейфом. Кроме того, потребуется сам датчик температуры.
5) Надежность устройства. Ко всему выше сказанному следует добавить уменьшение в 2 раза надежности устройства при нагреве его компонентов на каждые 10 градусов. По этому, если имеются особые требования к надежности устройства, возможно, придется использовать электронные компоненты с большими запасами по силовым характеристикам, а, следовательно, более дорогие.
За время, прошедшее с появления первых семейств импульсных стабилизаторов, появилось уже несколько поколений. При этом новые семейства, как правило интересней по цене чем более ранние серии. Наиболее интересные по цене серии отмечены в Таблице 2.
Семейства импульсных стабилизаторов напряжения.
В таблице 2 представлены семейства интегральных импульсных стабилизаторов напряжения в SIP и SMD корпусах производимых компанией Aimtec. В настоящее время производятся модели с выходным током от 0,5 до 2 Ампер. Кликнув мышью на наименование серии, вы можете посмотреть документацию на каждую серию, а кликнув на конкретное значение выходного напряжения, вы можете посмотреть наличие данного преобразователя на складе, его цену и при необходимости купить.
Последнюю информацию по сериям импульсных стабилизаторов можно посмотреть перейдя по ссылке.
Таблица 2. Семейства интегральных импульсных регуляторов напряжения Aimtec.
Как из +12 Вольт сделать -12 Вольт
Часто перед разработчиком встает вопрос: как из +12 Вольт сформировать -12 Вольт, или как из +15 Вольт сделать -15 Вольт. В общем как из положительного сделать отрицательное напряжение. Импульсные регуляторы могут использоваться для формирования отрицательного (двуполярного) из однополярного напряжения.
Регуляторы которые могут использоваться для формирования отрицательного напряжения можно посмотреть по таблице выше. Такие регуляторы в колонке выходного напряжения кроме положительных имеют отрицательные напряжения.
Схема такого включения показана на рисунке 4. Однако импульсные стабилизаторы нельзя включать параллельно друг другу.
Часто перед разработчиком встает вопрос: как из +12 Вольт сформировать -12 Вольт, или как из +15 Вольт сделать -15 Вольт. В общем как из положительного сделать отрицательное напряжение. Импульсные регуляторы могут использоваться для формирования отрицательного (двуполярного) из однополярного напряжения.
Регуляторы которые могут использоваться для формирования отрицательного напряжения можно посмотреть по таблице выше. Такие регуляторы в колонке выходного напряжения кроме положительных имеют отрицательные напряжения.
Схема такого включения показана на рисунке 4. Однако импульсные стабилизаторы нельзя включать параллельно друг другу.
Рисунок 4. Включение импульсного регулятора для формирования отрицательного стабилизированного питания (2).
Шумы импульсного регулятора напряжения
Стандартизация на излучаемые электромагнитные шумы распространяется на два вида радиоэлектронного оборудования:
— Промышленное оборудование — (Класс, А / Class A) — может использоваться только в промышленных или других специальных зонах.
— Бытовое оборудование — (Класс Б / Class B) — может использоваться в жилых, офисных и других подобных помещениях.
Как и любое электронное устройство, импульсные стабилизаторы являются источниками электромагнитного шума.
Например, 2-х амперные стабилизаторы AMSR2−78Z имеют шумы 45 мВ в полосе 20 МГц. В большинстве случаев для работы стабилизатора достаточно 2 конденсаторов (один на входе и один на выходе). Типовая схема приведена на рисунке 5. Для лучшего подавления шумов выдаваемых стабилизатором в цепь питания и в нагрузку, производитель рекомендует использовать керамические конденсаторы C1 и С2 с низким сопротивлением ESR.
Стандартизация на излучаемые электромагнитные шумы распространяется на два вида радиоэлектронного оборудования:
— Промышленное оборудование — (Класс, А / Class A) — может использоваться только в промышленных или других специальных зонах.
— Бытовое оборудование — (Класс Б / Class B) — может использоваться в жилых, офисных и других подобных помещениях.
Как и любое электронное устройство, импульсные стабилизаторы являются источниками электромагнитного шума.
Например, 2-х амперные стабилизаторы AMSR2−78Z имеют шумы 45 мВ в полосе 20 МГц. В большинстве случаев для работы стабилизатора достаточно 2 конденсаторов (один на входе и один на выходе). Типовая схема приведена на рисунке 5. Для лучшего подавления шумов выдаваемых стабилизатором в цепь питания и в нагрузку, производитель рекомендует использовать керамические конденсаторы C1 и С2 с низким сопротивлением ESR.
Рисунок 5. Типовая схема включения интегрального импульсного стабилизатора серии AMSR2-Z (3).
В зависимости от требований к аппаратуре могут потребоваться дополнительные меры по подавлению шумов излучаемых стабилизатором.
В этом случае производитель рекомендует применять включение согласно схеме на рисунке 6.
В этом случае производитель рекомендует применять включение согласно схеме на рисунке 6.
Рисунок 6. Улучшенная схема подавления шумов выдаваемых импульсным стабилизатором во входную цепь.
TVS диод рекомендуется применять в случае, если на шине питания возможны кратковременные выбросы характерные, например, для бортовой автомобильной сети.
Если повышенные требования к уровню шумов предъявляются к выходному напряжению, то можно применить выходной фильтр, показанный на рисунке 7.
Если повышенные требования к уровню шумов предъявляются к выходному напряжению, то можно применить выходной фильтр, показанный на рисунке 7.
Рисунок 7. Улучшенная схема подавления шумов на выходе импульсного стабилизатора (2).
Импульсные стабилизаторы могут применяться в автомобильной электронике, медицинской технике, телекоммуникационном оборудовании, электронике с питанием от аккумулятора.
Выводы
Применение импульсных регуляторов напряжения вместо линейных позволит уменьшить энергопотребление, и нагрев устройства, упростить конструктивное исполнение и повысить надежность.
Список литературы:
(1) http://www.aimtec.com/index.aspx?a=SerieUp.List&ConverterTypeId=8#content
(2) http://www.aimtec.com/site/Aimtec/files/Datasheet/HighResolution/AMSR1.5-78-NZ.pdf?ft4=30-935
(3) http://www.aimtec.com/site/Aimtec/files/Datasheet/HighResolution/AMSR2-78-NZ.pdf?ft4=30-935
Купить интегральные импульсные стабилизаторы семейства AMSR можно в любом из представительств компании Элтех .
Выводы
Применение импульсных регуляторов напряжения вместо линейных позволит уменьшить энергопотребление, и нагрев устройства, упростить конструктивное исполнение и повысить надежность.
Список литературы:
(1) http://www.aimtec.com/index.aspx?a=SerieUp.List&ConverterTypeId=8#content
(2) http://www.aimtec.com/site/Aimtec/files/Datasheet/HighResolution/AMSR1.5-78-NZ.pdf?ft4=30-935
(3) http://www.aimtec.com/site/Aimtec/files/Datasheet/HighResolution/AMSR2-78-NZ.pdf?ft4=30-935
Купить интегральные импульсные стабилизаторы семейства AMSR можно в любом из представительств компании Элтех .