Μέχρι στιγμής σε αυτόν τον ιστότοπο μελετήσαμε τα κυκλώματα γραμμικής τροφοδοσίας με βάση το LM317, εδώ θα μάθουμε πώς ένα LM317 μπορεί να εκτελεστεί ως μεταβλητή κατάσταση λειτουργίας διακόπτη ή SMPS με μηδενική απώλεια.
LM317 ως γραμμικός ρυθμιστής
Όλοι γνωρίζουμε ότι ένα IC LM317 είναι εσωτερικά σχεδιασμένο για να λειτουργεί ως IC γραμμικού ρυθμιστή τάσης, το οποίο έχει ένα σοβαρό μειονέκτημα της απόρριψης ισχύος μέσω θέρμανσης. Επιπλέον, τέτοια τοπολογία απαιτεί επίσης η είσοδος να είναι τουλάχιστον 3V υψηλότερη από την επιθυμητή έξοδο, προσθέτοντας περαιτέρω περιορισμούς στη δεδομένη διαμόρφωση του ρυθμιστή.
Εδώ συζητάμε πώς το ίδιο IC θα μπορούσε να εφαρμοστεί απλά ως Μεταβλητή παροχή ρεύματος 0-40V χρησιμοποιώντας την τοπολογία SMPS και συνεπώς εξαλείφοντας τις απώλειες που αναφέρονται στην παραπάνω παράγραφο.
Τροποποίηση κυκλώματος LM317 σε κύκλωμα ρυθμιστή εναλλαγής PWM
Το κύκλωμα μεταβλητής SMPS LM317 που εξηγείται εδώ μετατρέπει αβίαστα ένα συνηθισμένο IC LM317 σε αντίστοιχο τροφοδοτικό βασισμένο σε επαγωγέα, όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα:
Διάγραμμα κυκλώματος
Αναφερόμενος στο παραπάνω απεικονιζόμενο διάγραμμα μπορούμε να δούμε ότι το LM317 έχει διαμορφωθεί στο σύνηθες μεταβλητή ρυθμιστής λειτουργία αλλά με μερικά επιπλέον μέρη με τη μορφή R6, C3 και D1.
Μπορούμε επίσης να δούμε έναν επαγωγέα συνδεδεμένο με D1 και μια σχετική ισχύ BJT Q1.
Πως δουλεύει
Εδώ το LM317 IC εκτελεί δύο εργασίες μαζί. Μεταβάλλει την τάση εξόδου μέσω του υποδεικνυόμενου δοχείου R4 και με τη σειρά του προκαλεί την έναρξη ενός PWM για τη βάση του Q1.
Βασικά, η εισαγωγή του R6 / C3 μετατρέπει το κύκλωμα ρυθμιστή LM317 σε κύκλωμα ταλαντωτή υψηλής συχνότητας, αναγκάζοντας την έξοδο του LM317 να ενεργοποιήσει / απενεργοποιήσει γρήγορα το μεταβαλλόμενο PWM, το οποίο εξαρτάται από τη ρύθμιση του R4.
Το BJT Q1 μαζί με τον επαγωγέα L1 και D1 αποτελεί πρότυπο κύκλωμα μετατροπέα buck το οποίο ελέγχεται από το παραπάνω εξηγημένο PWM που παράγεται από το κύκλωμα LM317.
Αυτό υπονοεί ότι ενώ το δοχείο R4 μεταβάλλεται, το πλάτος παλμού τάσης που αναπτύσσεται κατά μήκος του R1 επίσης ποικίλλει αναλογικά προκαλώντας το Q1 να αλλάξει το L1 σύμφωνα με τα διαφορετικά PWMs.
Τα υψηλότερα πλάτη παλμού επιτρέπουν στον επαγωγέα να παράγει υψηλότερες τάσεις και αντιστρόφως.
Ο πυκνωτής C4 διασφαλίζει ότι η κυμαινόμενη έξοδος από το L1 στην έξοδο εξομαλύνεται και εξαλείφεται επαρκώς, συνεπώς αυξάνει το ρεύμα κυματισμού σε ένα σταθερό DC.
Στο προτεινόμενο κύκλωμα τροφοδοσίας λειτουργίας διακόπτη LM317, δεδομένου ότι το IC LM317 δεν εμπλέκεται άμεσα με το χειρισμό του ρεύματος φορτίου, περιορίζεται από την απόρριψη ρεύματος και εξασφαλίζει έτσι μια αποτελεσματική ρύθμιση της υψηλής τάσης εισόδου στα επιθυμητά χαμηλά επίπεδα τάσης εξόδου.
Ο σχεδιασμός επιτρέπει επίσης στο χρήστη να αναβαθμίσει το κύκλωμα σε κύκλωμα SMPS υψηλού ρεύματος απλά αλλάζοντας την βαθμολογία Q1, L1, D1 σύμφωνα με τις απαιτούμενες προδιαγραφές ρεύματος εξόδου.
Το L1 μπορεί να κατασκευαστεί με τύλιγμα διχαλωτού χάλκινου σύρματος πάνω από οποιονδήποτε κατάλληλο πυρήνα φερρίτη.
Αν και αυτό το κύκλωμα LM317 SMPS υπόσχεται σχεδόν μηδενική έξοδο απώλειας, το Q1 πρέπει να τοποθετηθεί σε μια ψύκτρα και μπορεί να αναμένεται κάποιος βαθμός απόσβεσης.
Ενδιαφέροντα σχόλια από έναν από τους Avid Readers:
Κύριος. Σουαγκάταμ:
Είμαι συνταξιούχος ΕΕ, αλλά συνεχίζω να ενδιαφέρομαι για διάφορους τομείς. Μου άρεσε να συναντήσω τον ιστότοπό σας όταν ερευνούσα τροφοδοτικά χρησιμοποιώντας το LM317.
Είδα το ενδιαφέρον σχηματικό τροφοδοτικό με διακόπτη χρησιμοποιώντας το LM317.
Όπως αποδεικνύεται, το ακριβές κύκλωμα εμφανίζεται στο Εγχειρίδιο του Εθνικού Ημιαγωγού Τάσης του 1978, με επιπλέον λόγια για να εξηγήσει τη συμπεριφορά του.
Ωστόσο, το βρήκα ακόμη πιο χρήσιμο να προσομοιώσω το κύκλωμα χρησιμοποιώντας το LTSpiceVII (το οποίο είναι δωρεάν για λήψη και χρήση) για να πάρω μια καλύτερη ιδέα για το πώς λειτουργεί το κύκλωμα με τις αλλαγές της τιμής των στοιχείων.
Τέλος πάντων, αποφάσισα να σαρώσω τις δύο σελίδες από το Εγχειρίδιο του 1978 και να σας στείλω email σε περίπτωση που θέλετε να τα δημοσιεύσετε με το σχηματικό για άλλους που μπορεί να ενδιαφέρονται για λίγο περισσότερες λεπτομέρειες.
Χαιρετισμοί,
Ντέντον Κόνραντ
Raleigh, NC
Προηγούμενο: Πώς να φτιάξετε το κύκλωμα μετρητή ατμοσφαιρικής ρύπανσης LED με το Arduino Επόμενο: Ενιαίο κύκλωμα προσομοιωτή MPPT βασισμένο σε LM317
