Új jelszó kérése
Termékajánló
Hírlevél
Házhozszállítás

Fizetési megoldás
Tanúsítvány
SSL Certificate
Blog
2018.10.18 09:45

Kapcsolóüzemű feszültségszabályzók – avagy mit nyerünk a lineáris üzeműekkel szemben?

Kapcsolóüzemű feszültségszabályzók – avagy mit nyerünk a lineáris üzeműekkel szemben?

Nagyobb elektromos berendezésekben több, különböző feszültségszintre van szükség. Ezek biztosításának egyik tipikus megoldása egy központi (front end), nagyobb feszültségű hálózati tápegység alkalmazása, amiről több, kisebb teljesítményű feszültségszabályzó alakítja ki az alacsonyabb feszültségszinteket. A kis szabályzók lehetnek lineáris vagy kapcsolóüzemű változatok is.

A lineáris – analóg – feszültségszabályzók a mai napig rendkívül elterjedtek, mivel számos jó tulajdonsággal rendelkeznek és az áruk is kedvező. A jó tulajdonságok mellett azonban negatívumaik is vannak, amik miatt jobb választásnak bizonyulhat egy kapcsolóüzemű feszültségszabályzó.

Mit nevezünk feszültségszabályzónak?

Feszültségszabályzónak nevezzük azokat az eszközöket, amelyek a kimenetükön közel állandó feszültséget biztosítanak bizonyos határok között változó terhelés és bemeneti feszültség mellett.

A fenti meghatározás alapján számtalan DC/DC konvertert nevezhetnénk feszültségszabályzónak, azonban jellemzően csak azokat a galvanikus leválasztással nem rendelkező DC/DC konvertereket, nevezzük így, melyek a bemeneti feszültségüknél alacsonyabb, állandó kimeneti feszültséget szolgáltatnak.

Lineáris feszültségszabályzók

Lineáris üzemű feszültségszabályzó kialakítására számos topológia létezik, azonban a leginkább elterjedt a soros szabályzó, melynek az alábbi ábrán látható az egyszerűsített kapcsolása.

Az egyszerűbb szabályzók akár egy Zener diódából és egy soros ellenállásból is állhatnak, a bonyolultabbak feszültségreferenciát, hibajel erősítőt és teljesítményszabályzó elemeket is tartalmazhatnak.

Az áram útjában egy változtatható ellenállású soros áteresztő félvezető elem helyezkedik el, ami korlátozza az átfolyó áramot. A szabályzóelem ellenállása a terhelésnek megfelelően változik, ezáltal biztosítva az állandó kimeneti feszültséget.

A kimeneten egy ellenállás osztó található, ami az előállítani kívánt kimeneti feszültségből a belső referencia feszültséggel azonos feszültséget állít elő. A hibajel erősítő a kimeneti feszültséget a soros áteresztő – jellemzően tranzisztor –  ellenállásának változtatásával tartja stabilan, változó terhelés és változó bemeneti feszültség mellett is.

A lineáris feszültségszabályzók nagy előnye, hogy alacsony elektromágneses zajkibocsátás mellett, kapcsolási zaj nélküli, nagyon jól szűrt stabil kimeneti feszültség állítható elő a segítségükkel. Azonban az alábbi negatív tulajdonságokkal is számolni kell.

1. Alacsony hatásfok

Mivel a kimeneti feszültségnek mindig alacsonyabbnak kell lennie a bemeneti feszültségnél, és a bemeneti feszültségnek elég magasnak kell lennie, hogy a szabályzónak biztosítsa a szabályozási tartományt, a bemeneti- és kimeneti feszültség különbsége a soros áteresztő elemen disszipálódik. Ezért a szabályzóknak a hatásfoka rendkívül alacsony is lehet és sok esetben nagy méretű hűtőbordára van szükség a megfelelő hűtés biztosítása érdekében.

2. Magas üresjárati teljesítményfelvétel

A belső referenciafeszültség és hibajel erősítő áramfelvétele jellemzően 5mA körüli érték szokott lenni, ami magas bemeneti feszültség esetén nagy teljesítményfelvételt jelent fogyasztói terhelés nélkül is.

Kapcsolóüzemű feszültségszabályzók

A kapcsolóüzemű feszültségszabályzóknál a soros áteresztő elemet egy kapcsoló cseréli fel, aminek két állása lehet: vagy teljesen be van kapcsolva, vagy teljesen ki van kapcsolva. Emiatt a kimeneti feszültség állandó értéken tartásához szükség van még egy energiatároló és szűrő áramkörre, ami átmeneti energiatárolást valósít meg és biztosítja a fogyasztó energiaellátását akkor is, amikor a kapcsoló kikapcsolt állapotban van.

A kapcsolóüzemű feszültségszabályzók legnagyobb előnye lineáris társaikkal szemben a magas hatásfokban és ezzel együtt kis méretben rejlik, mivel az alacsonyabb disszipáció miatt nincsen szükség nagy hűtőborda alkalmazására. Fontos azonban kiemelni, hogy a kapcsolóüzemű változatok elektromágneses zajkibocsátása nagyobb, illetve a kimeneti feszültségen kapcsolási zajok jelenhetnek meg és a feszültséghullámosság is magasabb lehet, mint a lineáris szabályzók esetében.

Milyen megoldást válasszunk?

Az elektromos berendezések egyre kompaktabb kivitelűek, ezért különösen fontos a kis méret és magas hatásfok, így a legtöbb alkalmazásban már nem megengedhető lineáris feszültségszabályzók alkalmazása. Az átállás megkönnyítése végett a legtöbb kis teljesítményű kapcsolóüzemű feszültségszabályzó lábkiosztása kompatibilis a legnépszerűbb (például LM78-as sorozat) lineáris feszültségszabályzók lábkiosztásával. Ilyen például az XP Power SR és TR termékcsaládja, melynek tagjai nagy hatásfokú ámde költséghatékony megoldást kínálnak.