Регулатори за вклучување наспроти линеарни регулатори All-Electronic
На прв поглед
Линеарните регулатори сигурно не се вистинското решение за секое сценарио што може да се замисли, но во поглед на напредокот - помал работен напон, MOSFET со помала отпорност како и подобрувања на самите линеарни регулатори и на другите компоненти во колото - развивачите треба повторно да пристапат на темата и да користат линеарни регулатори како алтернатива Размислете за регулаторите за вклучување.
Повеќето луѓе го разгледуваат прашањето дали регулаторите за вклучување или линеарните регулатори се подобро решение за долго време решено - исто како што дискусијата за мрежите наизменична струја или DC одамна заврши. Според конвенционалното гледиште, линеарните регулатори се едноставни и ефтини, но исто така и неефикасни; затоа се погодни само за апликации чувствителни на трошоци во кои енергетската ефикасност е од секундарно значење, треба да се напојуваат само мали оптоварувања или посакуваниот излезен напон е само малку под влезниот напон.
Линеарниот регулатор
Основната функционалност на линеарниот регулатор е многу едноставна: Отпорник на променлива серија во форма на транзистор се наоѓа помеѓу изворот на напон и товарот. Овој отпор се регулира во зависност од струјата на оптоварување на таков начин што резултира со постојан напон на излезот. Губење на моќноста пропорционална на струјата на оптоварување и разликата помеѓу влезниот напон и излезниот напон се јавуваат во транзисторот и се губат во форма на топлина. Излезниот напон на линеарен регулатор е генерално понизок од влезниот напон, а ефективната регулација е можна само ако разликата во напонот помеѓу влезот и излезот не падне под одредена минимална вредност, која се нарекува напон на испуштање. Во минатото, овој напон на отпаѓање беше околу 1,5 V. Влезниот напон мора да биде доволно голем за да се одржи оваа минимална разлика во напон.
Линеарен регулатор 3-А APE 8968MP-HF-3. Напредна електроника за напојување
Сепак, технологијата се развиваше со текот на годините. Денес, големите разлики во напонот помеѓу изворот на напон и оптоварувањето се исклучок отколку правило. Многу табли сега работат со значително помал работен напон отколку што беа вообичаени во минатото. Не е невообичаено највисокиот работен напон на плочата да биде само 3,3 V. Многу модули за флеш меморија, процесори, микроконтролери и ASIC сега работат со напон од само 1,8 V, 1,2 V или дури помалку од 1 V. Ова значи дека опсегот на напон што треба да се регулира стана значително помал. Некои дизајни денес дури поминуваат без префрлување на регулаторите, бидејќи современите линеарни регулатори овозможуваат ефикасно регулирање на овие нивоа на напон.
Ова главно се должи на подобрените технологии на компонентите. Клучната компонента на линеарен регулатор за енергетска ефикасност е серискиот транзистор. Современата MOSFET технологија овозможува високо ефикасни, исклучително компактни MOSFET со многу мала отпорност на отпор. Ова има непосреден ефект врз напонот на напуштање. За многу години, линеарните регулатори со напон од 1,4 V се сметаа за регулатори за ниско напуштање (LDO). Драстично подобрената технологија MOSFET сега овозможува испуштање на напон од неколку стотици миливолти, дури и со големи струи на оптоварување. Овие регулатори се ефикасно решение за апликации каде излезниот напон е само малку под влезниот напон. Во овие случаи, современите линеарни регулатори можат да постигнат ефикасност од 85 до 87 проценти.
Напон на испаѓање само 0,23 V на 3 А.
Iringици на 3-А линеарен регулатор APE 8968MP-HF-3 со излезен кондензатор кој има сериски отпор (ESR) поголем од 20 mOhm. Напредна електроника за напојување
Овие таканаречени линеарни регулатори „ултра-низок пад“ вклучуваат неодамна воведен APE 8968MP-HF-3 од Advanced Power Electronics - линеарен регулатор 3-A кој е многу ефикасен во апликациите со влезен/излезен напон од само 300 mV. Контролорот е наменет за едноставни апликации на конверторот DC/DC со точка на оптоварување (POL), на пример, апликации за матични плочи и тетратки и бара два работни напона - еден главен работен напон и друг за контрола на MOSFET -Порти. Типичен напон на напуштање на овој регулатор е само 0,23 V на 3 А.
Лесно е да се занемари фактот дека линеарните регулатори отсекогаш имале одредени предности во однос на регулаторите за вклучување во одредени ситуации. На пример, дисипацијата на моќноста на линеарен регулатор претворена во топлина е во многу случаи помала од онаа на регулаторот за префрлување со мало оптоварување или мала разлика во напон на влез/излез. Друг важен аспект е бучавата; ова е особено точно за апликациите за обработка на сигналот и, сè повеќе, за личните медицински помагала. Регулаторите за вклучување бараат компоненти на филтерот за да се потисне фреквенцијата на префрлување, што може да биде помеѓу 300 kHz и 1,5 MHz. Овие компоненти предизвикуваат дополнителни трошоци и заземаат простор на плочката за струјно коло. Бидејќи линеарните регулатори не се менуваат, тие создаваат значително помалку бучава. Ова заштедува компоненти и трошоци, а исто така ја зголемува сигурноста. Покрај тоа, линеарните регулатори се поедноставни и помали компоненти, што заштедува простор и тежина на PCB.
Секоја одлука за дизајн е компромис
3-А линеарен регулатор APE 8968MP-HF-3 жичен со MLCC (повеќеслоен керамички кондензатор) како излезен кондензатор. Напредна електроника за напојување
Во пракса, развивачите треба да изберат решение со кое ќе можат да ги постигнат потребните перформанси на системот и брзината на работа во одреденото време на развој и во наведената рамка за трошоци. За апликации за кои е потребна регулација нагоре, се разбира дека линеарните регулатори не доаѓаат предвид, бидејќи тие можат да регулираат само надолу. Во апликации управувани од батерии и рачни уреди, каде што траењето и ефикасноста на батеријата имаат најголем приоритет, регулаторот за префрлување дефинитивно може да биде оптимално и „само правилно“ решение. Сепак, постојат многу други апликации во кои ефикасноста од редот од 85 до 87 проценти е целосно доволна, особено во поглед на значителните дополнителни трошоци на регулаторот за префрлување. Значително помалиот број на компоненти и соодветно поголема сигурност на линеарно решение на контролорот исто така може да бидат важни аспекти.