Ang pagiging a switching regulator , ang circuit na ito ay lubos na mahusay at hindi mag-aaksaya o magwawaldas ng enerhiya, hindi katulad ng mga linear regulator gaya ng IC 7812, o IC LM317 o IC LM338.
Bakit ang mga Linear Regulator tulad ng 7812, LM317 at LM338 ay Bad Step down Converter?
Ang mga linear na regulator tulad ng 7812 at LM317 ay itinuturing na hindi mahusay na mga step-down converter dahil sa kanilang mga katangian sa pagpapatakbo.
Sa isang linear regulator, ang labis na input boltahe ay sumasailalim sa pagwawaldas sa anyo ng init. Ito ay nagpapahiwatig na ang pagbaba ng boltahe sa pagitan ng mga terminal ng input at output ay 'nasusunog' lamang bilang nasayang na enerhiya. Ang linear regulator ay gumagana sa pamamagitan ng pagkilos bilang isang variable na risistor, pagsasaayos ng resistensya nito upang mawala ang sobrang enerhiya at ayusin ang boltahe ng output.
Ang proseso ng pagwawaldas na ito ay humahantong sa malaking pagkawala ng kuryente at mababang kahusayan. Ang kahusayan ng isang linear regulator ay tinutukoy ng ratio ng output power sa input power. Habang tumataas ang pagkakaiba ng boltahe ng input-output, tumataas din ang power dissipated bilang init, na siyang pagkakaiba ng boltahe na pinarami ng kasalukuyang output. Dahil dito, lumiliit ang kahusayan habang tumataas ang pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng input at output.
Halimbawa, kapag gumagamit ng linear regulator upang i-regulate ang isang 24 V input pababa sa 12 V, ang labis na 12 V ay nawawala bilang init. Ito ay maaaring magresulta sa malaking pag-aaksaya ng kuryente at nangangailangan ng karagdagang mga mekanismo ng paglamig sa mga aplikasyon na may kinalaman sa mataas na kapangyarihan.
Sa kabaligtaran, ang paglipat ng mga regulator (tulad ng mga buck converter ) ay mas mahusay para sa step-down na conversion. Gumagamit sila ng kumbinasyon ng mga inductors, capacitor, at switch para ma-convert nang mahusay ang boltahe.
Ang mga switching regulator ay nag-iimbak ng enerhiya sa isang yugto ng switching cycle at inihahatid ito sa panahon ng isa pa, sa gayon ay pinapaliit ang pagwawaldas ng enerhiya bilang init. Depende sa partikular na disenyo, ang paglipat ng mga regulator ay maaaring makamit ang mga kahusayan mula sa 80-95% o mas mataas pa.
Sa buod, habang ang mga linear regulator tulad ng 7812 at LM317 ay diretso at cost-effective, hindi sila ang pinakamabisang pagpipilian para sa step-down na conversion kapag ang power efficiency ay isang mahalagang alalahanin.
Paglalarawan ng Circuit
Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng pangunahing diagram ng 24 V hanggang 12 V converter.
Ang switching regulator na ginamit ay isang karaniwang modelo mula sa Motorola: ang µA78S40.
Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng panloob na istraktura ng integrated circuit na ito, na kinabibilangan ng iba't ibang mga kinakailangang bahagi para sa isang switching regulator: oscillator, flip-flop, comparator, boltahe reference source, driver at switching transistors.
Bukod pa rito, mayroong operational amplifier na hindi kailangan para sa application na ito. Ang pag-filter at pagpapakinis ng power supply ay pinangangasiwaan ng mga capacitor C3 hanggang C7.
Tinutukoy ng Capacitor C1 ang dalas ng oscillator, habang ang mga resistor na R1, R5, at R6 ay tumutulong na limitahan ang kasalukuyang output ng converter.
Ang boltahe sa risistor R1 ay proporsyonal sa kasalukuyang ibinibigay ng converter.
Sa pamamagitan ng pagtatakda ng pagkakaiba sa boltahe na humigit-kumulang 0.3 V sa pagitan ng mga pin 13 at 14 ng µA78S40, ang mga resistor na R6 at R7 ay lumikha ng isang divider ng boltahe, na nagpapahintulot sa kasalukuyang limitasyon na mangyari sa paligid ng 5A.
Ang boltahe reference source, decoupled sa pamamagitan ng capacitor C2, ay makukuha sa pin 8 ng IC1.
Ang sangguniang boltahe na ito ay inilalapat sa non-inverting input ng internal comparator ng IC1. Ang inverting input ay nakatakda sa isang potensyal na proporsyonal sa output boltahe ng converter.
Upang mapanatili ang isang pare-pareho ang boltahe ng output, kinokontrol ng comparator ang yugto ng output ng IC1.
Ang parehong mga input ng comparator ay pinananatili sa parehong potensyal, at ang output boltahe ay ibinibigay ng sumusunod na formula:
Vs = 1.25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Ang adjustable resistor Aj1 ay nagbibigay-daan para sa pagsasaayos ng boltahe ng output ng converter sa hanay na +10V hanggang +15V.
Ang dalawang output transistors ay bumubuo ng isang Darlington pair, at ang kanilang sunud-sunod na paglipat ay kinokontrol ng flip-flop na naka-sync sa mga oscillations ng capacitor C1.
Kasama ng AND gate, ang flip-flop na ito ay kinokontrol ng comparator upang ayusin ang oras ng pagpapadaloy ng yugto ng output ng µA78S40 at mapanatili ang pare-parehong boltahe ng output.
Ang saturated o block na estado ng transistor T1 ay sumusunod sa estado ng pares ng Darlington ng IC1. Kapag ang yugto ng output ng IC1 ay puspos, ang transistor T1 ay bias, at ang base kasalukuyang nito ay limitado ng risistor R2.
Ang risistor R3, kasama ang risistor R9, ay bumubuo ng isang divider ng boltahe, na nililimitahan ang boltahe ng VBE ng transistor T1 sa simula ng proseso ng paglipat.
Ang Transistor T1, na kumikilos bilang modelo ng Darlington, ay kumikilos bilang bukas o saradong switch sa dalas ng oscillator ng µA78S40.
Ang inductor L1 ay nagbibigay-daan para sa pagbaba ng boltahe mula 24V hanggang 12V gamit ang mga katangian ng inductance. Sa isang matatag na estado, kapag ang transistor T1 ay puspos, isang boltahe ng +12V ang inilalapat sa inductor L1.
Sa yugtong ito, ang inductance ay nag-iimbak ng enerhiya, na inilalabas nito kapag nawala ang inilapat na boltahe. Kaya, kapag ang transistor T1 ay naharang, ang inductor L1 ay may posibilidad na mapanatili ang kasalukuyang dumadaloy dito.
Nagiging conductive ang Diode D1, at lumilitaw ang isang counter-electromotive na puwersa ng -12V sa buong inductor L1.
