Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Файлы cookie для таргетинга / профилирования:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Регулятор — 7805, 5 В, 1 А, линейный регулятор напряжения

Линейные регуляторы — Практическое применение EE

Существует два основных типа преобразователей постоянного тока: линейные регуляторы и импульсные регуляторы. Линейные регуляторы относительно просты, но обычно намного менее эффективны, чем более сложные импульсные регуляторы.Для любого типа преобразователя мощности постоянного тока неэффективность преобразования мощности рассеивается в виде тепла.

Линейный стабилизатор вырабатывает выходное напряжение, полученное из входного напряжения через транзистор, который управляется обратной связью. Выходное напряжение делится и сравнивается с опорным напряжением с помощью компаратора, который управляет базой транзистора. Обратная связь подключена к отрицательному входу компаратора, потому что в этой конфигурации база транзистора включается, когда выходное напряжение падает, заставляя транзистор включаться больше и уменьшать сопротивление между Vin и Vout.

В терминах высокого уровня линейный регулятор подобен резистору регулятора. Текущий ток, по существу, такой же, как текущий, поскольку схема управления потребляет незначительное количество тока по сравнению с током, потребляемым силовой нагрузкой. Как и во всех электронных компонентах, мощность, рассеиваемая линейным регулятором, равна напряжению на нем, умноженному на ток через него. Рассеиваемая мощность также равна входной мощности за вычетом выходной мощности по Закону сохранения энергии.Рассеиваемая мощность — это падение напряжения Vin — Vout, умноженное на ток Iout.

I

P

P

Рассеивание мощности может быстро выйти из-под контроля. Преобразование с шины 5 В на шину 3,3 В для подачи мощности в один ампер или 3,3 Вт приведет к рассеиванию (5 — 3,3) / 1 = 1,7 Вт.Это половина вашей выходной мощности, 50% неэффективности! А достаточное охлаждение 1,7 Вт — нетривиальная задача. Как показывает опыт, охлаждение до 1 Вт часто может быть выполнено путем простого распределения тепла на поверхности земли, для охлаждения 1 Вт — 3 Вт может потребоваться радиатор на компоненте, помимо этого вам может потребоваться вентилятор или специальный радиатор.

Неэффективность пропорциональна падению напряжения от входа к выходу, поэтому минимизация этого значения минимизирует рассеяние мощности, если ток нагрузки фиксирован.За последнее десятилетие производители линейных регуляторов выпустили регуляторы с малым падением напряжения (LDO) , которые работают при падении напряжения до 200 мВ или даже меньше между входом и выходом.

Таким образом, линейные регуляторы используются, когда разница между входным и выходным напряжением мала или требования к току нагрузки малы. Они отлично подходят для приложений, в которых они рассеивают 1 Вт или меньше. Кроме того, или если у вас есть строгие требования к эффективности, например, для устройства с батарейным питанием, подумайте об использовании импульсного регулятора.

Полезные видео

Отличный обучающий модуль от Texas Instruments: https://training.ti.com/linear-regulator-fundamentals-types-linear-regulators

Вот еще один обучающий модуль от TI, в котором основное внимание уделяется тепловым соображениям для линейных регуляторов.

или линейный стабилизатор напряжения: что лучше? | Блог

| & nbsp Создано: 22 июля 2017 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 18 января 2021 г.

У вас когда-нибудь взрывался конденсатор перед вами? Так я начал свою карьеру в дизайне электроники.Я также испортил расчет бюджета мощности для того, что изначально было представлено как «простой» проект. Конечным результатом стал прототип печатной платы с раскаленным докрасна стабилизатором напряжения, способным поджарить яйцо … или того хуже.

С тех пор я пришел к выводу, что элегантность и изысканность дизайна мало что значат. Если вы допустите ошибку при настройке схем управления питанием, ваша конструкция окажется практически бесполезной. Расчет бюджета мощности, температура окружающей среды и, в моем случае, выбор основного компонента управления питанием, такого как регулятор напряжения, могут сделать или сломать ваш проект печатной платы.

Функция цепи управления источником питания во встроенной системе

За более чем десять лет разработки встраиваемых систем я видел, как микроконтроллеры развиваются семимильными шагами. Они перешли от исторического Zilog к современному процессору Cortex M4. Такие технологии, как Bluetooth LE и ZigBee, совершили дальнейшую революцию в индустрии встроенных систем. Однако вам всегда понадобится хорошо спроектированная силовая схема. Без него эти крутые технологии просто ждут, чтобы растаять.

Конденсаторы в сторону, у вас есть регулятор напряжения, который лежит в основе всех хорошо спроектированных силовых схем. Как следует из названия, он обеспечивает стабильный источник напряжения, который позволяет встроенной системе стабильно работать. Стабилизаторы напряжения работают, получая входное высокое напряжение перед понижением и стабилизацией напряжения до уровня, необходимого для работы электронного устройства.

До того, как компоненты 3,3 В стали популярными, мы ограничивались микроконтроллерами (MCU) и интегральными схемами (IC) с питанием 5 В.LM7805 был популярным в то время номером детали, так как это был простой линейный стабилизатор напряжения 5 В. На самом деле, его простота довольно элегантна, что делает его популярным и сегодня. Когда 3,3 В стали основным рабочим напряжением, LM1117-33 стал довольно эффективным линейным стабилизатором напряжения.

Ограничения линейных регуляторов напряжения

Был период, когда интегральные схемы перешли на работу с напряжением 3,3 В, и за это время микроконтроллеры пережили этап быстрой эволюции.Раньше дизайнеры ориентировались на количество входов / выходов микроконтроллера. Затем они стали больше интересоваться количеством интегрированных функций, таких как UARTS, Ethernet, USB, и быстро растущей вычислительной мощностью. В конце концов, линейный регулятор напряжения был доведен до предела.

Эти удобные радиаторы для охлаждения линейных регуляторов.

Многие люди совершили ошибку новичков, имея дело с линейным регулятором напряжения, и приняли номинальный ток как абсолютный.Это было серьезной проблемой, потому что стабилизатор напряжения LM7805 рассчитан на 5 В, 1,5 А. Но это не означает, что линейный регулятор может справиться с этим напряжением, в лучшем случае не изнашиваясь или не сгорая при этом. Перед выбором линейного регулятора напряжения необходимо учесть еще как минимум три параметра.

Уровень рассеиваемой мощности рассчитывается с учетом разницы между входным и выходным напряжением; затем вы умножаете это число на ток нагрузки. Если вы регулируете напряжение с 12 В до 5 В, а ваша встроенная система потребляет 100 мА, то рассеиваемая мощность будет равна 0.7Вт. Имея это в виду, отметим, что линейный регулятор LM7805 может работать при температурах до 125 ° C. После этого вы начнете замечать нежелательные явления, такие как таяние и горение.

Но типичный LM7805 в корпусе TO-220 имеет термостойкость 65 ° C / Вт. Это означает, что на каждые 1 Вт вы увидите увеличение на 65 ° C сверх температуры окружающей среды. В некоторых регионах средняя температура составляет около 35 ° C, поэтому LM7805 будет работать при 100 ° C — немного ниже допустимой максимальной температуры, но у вас меньше 10% номинального максимального тока, равного 1.5А.

Почему переключение регулятора напряжения — лучший выбор, буквально

Характеристики линейного регулятора напряжения сделали его далеко не идеальным кандидатом в систему питания с высокими требованиями к мощности, поскольку выделяемое тепло могло повредить регулятор или снизить срок службы соседних компонентов. Это повысило интерес к импульсному регулятору. Как следует из названия, импульсный стабилизатор очень быстро включает и выключает источник питания для изменения выходного напряжения, обеспечивая стабильный и эффективный источник питания.Импульсный регулятор может довольно эффективно рассеивать тепло, снижая температуру и сводя к минимуму риск буквально расплавления.

Импульсные регуляторы — это эффективность.

Деталь, которую я использовал, — это LM2576, популярный импульсный стабилизатор, который работает с КПД 75% при регулировании при напряжении 3,3 В. Это производит часть тепла, которое вы можете увидеть от сопоставимого линейного регулятора, что делает его идеальным для приложений, в которых требуется регулирование от высокого напряжения к низкому.Он также подходит для встроенных систем, в которых вы обычно работаете с высокой производительностью.

Коммутация и линейные регуляторы напряжения

При всей эффективности, которую обеспечивает импульсный стабилизатор напряжения, два критерия по-прежнему не позволяют использовать его по умолчанию. Стоимость импульсного регулятора и обязательных пассивных компонентов. Они могут быть значительными и в 30 раз выше, чем затраты на линейный стабилизатор напряжения и пару конденсаторов.

Кроме того, для импульсного регулятора требуется больше пассивных компонентов. Когда у вас больше пассивных компонентов, обслуживание становится намного сложнее. Вы должны убедиться, что вы тщательно выбираете номиналы катушек индуктивности и конденсаторов, и это также автоматически приводит к потребности в большем пространстве на печатной плате.

Короче говоря, если вы работаете над простым приложением, которое не потребляет много энергии, линейный стабилизатор напряжения — это логичный выбор. Но если вы работаете над мощным проектом или пытаетесь перейти с промышленного напряжения 24 В постоянного тока на 3.3 В, тогда вы можете рассмотреть возможность использования импульсного регулятора напряжения для вашего источника питания и выходного напряжения.

Есть вопросы по схемам управления питанием? Вам нужны советы и рекомендации по проектированию импульсных регуляторов напряжения? Свяжитесь с опытным дизайнером печатных плат в Altium Designer прямо сейчас.

Ознакомьтесь с Altium Designer

Мощный дизайн печатной платы

Регулятор напряжения | PSpice

Цифровой линейный регулятор напряжения (DLVR) Intel Raptor Lake может снизить мощность процессора до 25%

Intel DLVR может обеспечить до 7% больше производительности при снижении напряжения на 21%

Недавно на Reddit появилась интересная тема.Он охватывает концепцию цифрового линейного регулятора напряжения (DLVR), который может использоваться с грядущей серией процессоров Intel Raptor Lake.

Цифровой линейный регулятор напряжения Intel Raptor Lake, источник: VideoCardz

Поток фактически перенаправлен на охотника за патентами Underfox, который обнаружил, что у Intel есть планы на DLVR по крайней мере с января 2020 года, но патент не был опубликован до 8 июля этот год. Это не первый раз, когда мы слышим о DLVR, поскольку аббревиатура уже появилась на просочившемся слайде, который мы опубликовали исключительно в марте 2021 года, за исключением того времени, когда мы не знали, что именно оно означает.

Архитектура источника питания с цифровым линейным зажимом VR, Источник: Intel

Итак, как оказалось, DLVR означает цифровой линейный регулятор напряжения , и Intel объясняет это в патенте под названием «Метод и устройство зажима цифрового линейного регулятора. ». В документе утверждается, что путем размещения дополнительного регулятора напряжения рядом с первичным регулятором, например, на материнской плате, можно снизить энергопотребление ядра процессора. В документе поясняется, что такая модификация подачи питания относительно дешева в реализации и имеет невысокую сложность настройки.

Исследователи Intel утверждают, что важно определить входное напряжение для регулятора, чтобы учесть внезапные требования к нагрузке для SoC, CPU или GPU. Говорят, что напряжение, превышающее необходимое для регулятора, будет генерировать больше тепла и энергии. Есть несколько факторов, которые вызывают это повышенное напряжение, в основном линия нагрузки материнской платы (LL) и максимальный ток процессора, а также неточность регулятора напряжения материнской платы. За счет реализации цифрового LVR по отношению к первичному стабилизатору напряжения входное напряжение ядра ЦП ниже, и в результате снижается энергопотребление.

Падение напряжения ядра и выигрыш в мощности DLVR, Источник: Intel

Исследователи Intel пришли к выводу, что DLVR может снизить напряжение процессора на 160 мВ , что соответствует примерно 20-25% падению мощности процессора расход . Падение напряжения на ЦП на 21% дает примерно прирост производительности на 7% .

Учитывая все это, похоже, что серия процессоров Intel Core 13-го поколения под кодовым названием Raptor Lake (запускается как для настольных, так и для мобильных устройств) не только увеличит количество ядер (16 ядер Atom), но также улучшит кэш-память ЦП и память LPDDR5X. поддержка, а также повышение производительности и энергоэффективности благодаря новому цифровому линейному регулятору напряжения.Однако для некоторых функций может потребоваться обновление до материнских плат Intel серии 700.

Источник: Underfox, Freepatents (PDF) через Reddit

Учебное пособие и основы работы с регулятором напряжения

В основном существует два типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные.Названия происходят от того, как они работают и как они достигают регулирования напряжения. Линейные регуляторы, как правило, немного дешевле в реализации, но они не так эффективны, как их более сложные варианты переключения.

Есть также несколько «дешевых и грязных» методов, которые используются в некоторых конструкциях. Ниже приводится краткое описание и пример каждого из них.

линейный

Проще всего представить себе линейный стабилизатор как активный последовательный резистор. Он будет изменять свое эффективное сопротивление, чтобы выходное напряжение оставалось неизменным.Достоинством такого дизайна является то, что он дешев, прост в реализации и обеспечивает относительно чистый результат. Обратной стороной является то, что регулятор рассеивает относительно большое количество энергии.

Если рассматривать линейный регулятор как последовательный резистор, можно понять, как он рассеивает мощность. Падение напряжения на регуляторе похоже на падение напряжения на резисторе: разница между входной и выходной сторонами. Таким образом, если номинальные 9 В поступают и номинальные 5 В выходят, возникает номинальное падение на 4 В.Используя уравнение Power = Current * Voltage, вы можете увидеть, что даже ток 100 мА вызывает рассеивание тепла в 400 мВт. Это просто потеря мощности 400 мВт!

Типовая линейная схема

Большинство микросхем линейных регуляторов работают только сами с собой, с входным и выходным конденсаторами. Хотя вы должны следовать рекомендациям в таблице, значение, которое вы выбираете для этих ограничений, обычно не так уж и важно. Самый распространенный линейный регулятор — LM7805. Эта конструкция существует уже много лет и обычно встречается в корпусе TO-220.

Выбор конденсаторов

Страница 22 таблицы Fairchild LM78xx показывает, что входной конденсатор должен быть не менее 0,33 мкФ, а выходной конденсатор 0,1 мкФ. Многие люди предпочитают использовать гораздо большие значения. Однако это бывает редко. Так что возьмите пару керамических конденсаторов и готово!

Следите за входным напряжением

Имейте в виду, что линейным регуляторам, таким как серия LM78xx (где XX — выходное напряжение), для работы требуется на 2 В больше на Vin, чем ожидаемый Vout.Например, на плате Arduino подача 5 вольт на Vin приведет лишь к примерно 3,5 вольт на узле 5V. Итак, чтобы использовать LM7805 для получения 5 В, вам понадобится источник как минимум 7 В. Если вы не используете регулятор Low Drop Out.

Регулятор с малым падением напряжения (LDO)

Существует один вариант линейного регулятора, который называется регулятором с малым падением напряжения или, чаще, LDO. Эти регуляторы предназначены для работы с входным напряжением, которое намного ближе к выходному напряжению по сравнению с традиционными линейными регуляторами.

LP2985 LDO [таблица] от Texas Instruments (National) — популярный LDO. Этот LDO подходит только для слаботочных приложений, так как он ограничен примерно 150 мА. Однако при использовании версии микросхемы на 5 В входное напряжение может составлять около 4,7 В и при этом оставаться в стабилизаторе, что отлично подходит для приложений с батарейным питанием!

При использовании LDO важно выбрать правильные значения ограничения, поскольку они намного более чувствительны к изменениям выходного сигнала по сравнению с их «более крупными» традиционными линейными аналогами.Например, в таблице данных LP2985 указано:

Как и любой стабилизатор с малым падением напряжения, LP2985 требует внешних конденсаторов для стабильности регулятора. Эти конденсаторы должны быть правильно выбраны для хорошей работы.

Дальше почти целая страница посвящена обсуждению того, какие конденсаторы выбрать.

имеют преимущество перед традиционными линейными регуляторами, но они немного сложнее. По сути, они по-прежнему работают так же и могут сжигать довольно много энергии.Для экономии энергии существует схема стабилизатора совершенно другого типа.

Импульсные регуляторы

Пример схемы переключения

Ключ к пониманию того, как работает импульсный источник питания, основан на двух принципах: как работают транзисторы и как накапливать энергию в катушках индуктивности и конденсаторах.

Транзисторы

Теоретически, когда транзистор работает как переключатель, он не сбрасывает напряжение, в то время как, когда он включен, и блокирует весь ток, когда он выключен .Если нет падения напряжения или тока, то энергия не тратится впустую в виде тепла. К сожалению, это происходит только в теории. На практике также наблюдается небольшое падение напряжения или протекание тока, что приводит к потере энергии или .

Катушки индуктивности и конденсаторы

Катушки индуктивности накапливают энергию в магнитном поле, когда в них протекает ток. Конденсаторы действительно работают как фильтры напряжения. Глядя на схему ниже, обратите внимание на то, что в ИС помимо выходного конденсатора есть катушка индуктивности.

Катушки индуктивности не любят, когда их ток меняется, поэтому они стараются поддерживать ток на том же уровне. Конденсаторам не нравится, когда напряжение меняется, поэтому они используют свою энергию для поддержания постоянного напряжения.

Переключение

Когда транзистор включается, он заряжает катушку. Когда катушка достаточно заряжена, транзистор выключается. Затем катушка сбрасывает свою энергию в виде тока в нагрузку. Выходной конденсатор работает с катушкой индуктивности, чтобы поддерживать постоянное напряжение.Транзистор внутри ИС импульсного стабилизатора будет изменять частоту переключения (или рабочий цикл), чтобы также управлять выходным напряжением.

Эта связь — очень сложная операция, но она дает огромное преимущество. Несмотря на то, что реальные детали вызывают потерю некоторой энергии, импульсный источник питания очень эффективен. Компромиссы: 1) используемые компоненты немного больше, особенно катушка. 2) Расположение компонентов имеет решающее значение для минимизации электрических шумов.3) Правильный выбор компонентов также важен. Если в конструкции требуется определенная емкость или размер катушки, эти значения следует выбирать осторожно.

Buck and Boost

Есть несколько различных типов коммутационных источников питания. Два самых важных, о которых нужно знать, — это предложение «баксов» и «повышение». «Понижающий» источник питания будет принимать большее напряжение и «понижать» его до более низкого выходного напряжения. Например, он может потреблять питание 7 В и создавать выход 5 В. А «форсированное» предложение работает в обратном направлении.Например, элемент батареи AA 1,5 В может быть увеличен до 5 В.

Наконец, их можно объединить в «Boost-Buck», который делает и то, и другое. Возьмем пример, когда вам нужно 5 Вольт при питании от батареи 6 В (4 AA последовательно). Часть понижающего напряжения будет работать, пока батареи не разрядятся примерно до 5 В, а затем повышающая часть будет работать до тех пор, пока батареи полностью не разрядятся.

Альтернативные «регуляторы»

При рассмотрении альтернатив регуляторам напряжения возникают три распространенных метода: 1) Делитель напряжения, 2) Стабилитрон и 3) Использование без регулятора.Давайте посмотрим, как работает каждый из них.

Делитель напряжения

Новички в электронике часто спрашивают, могут ли они использовать делитель напряжения в качестве регулятора. Поначалу подход кажется простым: рассчитать резистор, обеспечивающий необходимый Vout.

Самый плохой способ сделать регулировку напряжения!

Есть две проблемы с этим слишком простым пониманием. Во-первых, он не учитывает изменение Vin. По мере изменения Vin изменится и Vout. Что еще более важно, он делает неверное предположение, что нагрузка (или устройство, подключенное к Vout) имеет постоянный И очень низкий ток.Нагрузка параллельна Z2, что означает, что она является частью общего разделителя.

Практически невозможно рассчитать делитель для ИС, такой как микропроцессор, потому что он постоянно меняет свое текущее использование, что постоянно изменяет Vout. Так что никакого регулирования не происходит.

Есть никогда любые ситуации, когда делитель напряжения должен использоваться вместо регулятора.

Ознакомьтесь с этим видеоуроком AddOhms по делителям напряжения для получения дополнительной информации о том, как они работают.

Стабилитрон