İlk prensiplerden voltaj regülatörü - transistöre güç neden dökülür?

15

Elektronik anlayışımı daha da geliştirmeye çalışıyorum, bu yüzden bir amper sağlayabilecek sabit bir voltaj regülatörü tasarlamaya karar verdim. Gerilim regülatörlerinin genellikle nasıl tasarlandığına dair herhangi bir referansa başvurmadan bunu ilk prensiplerden bir araya getirdim.

Düşüncelerim:

Sabit voltaj referansı sağlamak için Zener ve direnç.
Çıkış voltajının hedef eşiğin ne zaman üzerinde olduğunu algılayan karşılaştırıcı.
Transistör beslemeyi açmak ve kapatmak için.
Rezervuar görevi görecek kapasitör.

Bunu göz önünde bulundurarak, işe yarayan bu sabit 5V regülatörü tasarladım:

Ne fark ettim, bunun nedenini oldukça türetemediğim bazı sınırlamalar var:

V1'den (giriş) gelen akım, farklı voltajlara rağmen kabaca R2'deki (çıkış) akıma eşittir. Bu, doğrusal voltaj regülatörlerinin davranışıyla eşleşiyor gibi görünüyor (az önce yarattığım şey bu mu?) Ama bunun neden olduğundan emin değilim. Neden sadece açıp kapandığını düşünerek Q2'den bu kadar çok güç harcanıyor?
V1 yaklaşık 7.5V'den düşük olduğunda, çıkış voltajı asla 5V eşiğine ulaşmaz, bunun yerine 4V civarında döner. Bunu değişken yüklerle denedim ama sadece bu giriş voltajının altında çalışmıyor. Bunun nedeni nedir?

— Polinom
kaynak

Mevcut cevaplar gördüğünüz şeyin nedenlerini zaten ele alıyor. Opamp 'karşılaştırıcısının etrafına bir anahtarlayıcı gibi biraz daha fazla davranmaya zorlamak için biraz olumlu geri bildirim sunmayı deneyin - tıpkı bir egzersiz gibi ...

— brhans

1

"Algılanacak karşılaştırıcı ..." - Devrenizde bir karşılaştırıcı yok, sadece bir op-amp. Gerçek bir karşılaştırıcıyla değiştirirseniz, farklı (ille de daha iyi değil ) davranışlar görebilirsiniz.

— marcelm

1

Transistör sadece tamamen açık veya tamamen kapalı olsa bile, yine de doğrusal bir regülatör olacaktır - transistörün direncine sahip olmak yerine sadece tellerin direncini kullanırsınız.

— user253751

11

Gerilim regülatörlerinin genellikle nasıl tasarlandığına dair herhangi bir referansa başvurmadan bunu ilk prensiplerden bir araya getirdim.

İyi bir başlangıç değil, ama aslında çoğu doğrusal regülatörün neredeyse kesin tasarımıyla sonuçlandınız. Ancak unutmuş olduğunuz "ilk prensip" MOSFET doğrusal bölgesidir . Bu şeyi bir simülatörde denediniz mi? Sistem, transistörün yarı açık olduğu bir noktaya yerleşecek ve gücü bir direnç olarak dağıtacaktır.

V1 yaklaşık 7.5V'den düşük olduğunda, çıkış voltajı asla 5V eşiğine ulaşmaz, bunun yerine 4V civarında döner. Bunu değişken yüklerle denedim ama sadece bu giriş voltajının altında çalışmıyor. Bunun nedeni nedir?

Buna "çıkış gerilimi" denir. Opamp'ın giriş raylarına ne kadar yakın olabileceği sınırlamaları nedeniyle; oposun çıkış transistöründe yaklaşık 0.7V ve MOSFET'in eşik voltajı nedeniyle başka bir 0.7V kaybedersiniz.

Eski, eski 741'den daha iyi bir op-amp ile daha iyisini yapabilirsiniz. Aksi takdirde, bir LDO: düşük bırakma regülatörü olarak adlandırılan şeyi tasarlamaya çalışıyorsunuz.

— pjc50
kaynak

facepalm - bunların hepsi bildiğim, ama bağlamda uygulayamadığım şeyler. Teşekkür ederim.

— Polinom

1

Bunun tamamen bir simülatörde tasarlandığından bahsetmeliyim ve evet, tam olarak böyle oluyor. Ben değilim oldukça referans atıfta olmadan gerçek parçalarla böyle birlikte bir şeyler koymak için deli yeter.

— Polinom

9

Doğrusal bir regülatör temel olarak akıllı bir dirençtir - transistör, direncin bir kısmını burada oynatır.

— Ecnerwal

5

Neden iyi bir başlangıç değil? (bunun üretim için değil bir hobi / öğrenme projesi olduğunu varsayarsak)

— user253751

5

Neden sadece açıp kapandığını düşünerek Q2'den bu kadar çok güç harcanıyor?

Bir anahtarlama regülatörü devresi olmadığı için - tasarladığınız doğrusal bir regülatördür.

V1'den (giriş) gelen akım, farklı voltajlara rağmen kabaca R2'deki (çıkış) akıma eşittir. Bu, doğrusal voltaj regülatörlerinin davranışıyla eşleşiyor gibi görünüyor (az önce yarattığım şey bu mu?)

Evet sende var.

V1 yaklaşık 7.5V'den düşük olduğunda, çıkış voltajı asla 5V eşiğine ulaşmaz

MOSFET'i açmaya başlamak için kapıdaki birkaç volta (kaynağa göre) ihtiyacınız var. Bu op-amp'den gelmelidir ve muhtemelen gelen güç rayına kıyasla çıkışındaki bir volt hakkında "kaybeder". Yani, 5 voltluk bir çıkış voltajı istiyorsanız, yaklaşık 8 voltluk bir giriş kaynağına ihtiyacınız vardır ve bu hafif yüklerde olacaktır.

Ağır yüklerde, geçit kaynağı voltajının 3 veya 4 volt olması gerekebilir. Şimdi regülatör çıkışını 5 voltta tutmak için muhtemelen yaklaşık 10 voltluk bir giriş kaynağına ihtiyacınız olacak.

Basit regülatöre, özellikle düşük bırakma tiplerine saygı duyun!

— Andy aka
kaynak

Ek olarak, zener akımı sadece 5ma'da 10v'de bile çok düşüktür, cihaz 50ma'ya daha yakın olarak belirtilmiştir. Zener voltajı daha düşük ters akımlarla düşer. Böyle geniş bir aralık bekliyorsanız, bunun yerine bir voltaj referans cihazı kullanırdım.

— Trevor_G

"Basit regülatöre saygı var" - gerçekten! Mütevazı LDO'ya ne kadar mühendislik girdiğini gerçekten anlamadım!

— Polinom

Evet, çok fazla mühendislik var. Burada istikrar, PSRR veya gürültü hakkında konuşmaya bile başlamamıştık.

— pjc50

Bir P_channel power MOSFET'i deneyebilirsiniz. Bu INVERTING_MODE içinde çalıştığından, N_channel IRFP054'ün kullanımıyla karşılaştırıldığında, OpAmp girişlerini çevirmeniz gerekir.

— analogsystemsrf

1

Bu MOSFET bile belirterek belki değer olduğunu doğrusu onun lineer bölgede daha bir anahtar olarak kullanılmak üzere, bu olur hala hangi asla can, bir gerilim kaynağından bir kapasitör şarj çalışıyor olurdum çünkü, önemli ısı dağılımı zorunda % 50'den fazla verimli olun.

— pericynthion

3

FET LDO'nun bırakılması BJT LDO'dan daha düşük olabilmesi dışında tasarım TAMAM, ancak FET telafisi istikrar için sınırlı bir ESR talep edebilir ve geri bildirim için bazı dalgalanmalara izin verebilir.

Düşük RDSOn anahtarlı ve düşük DCR bobinli iyi indüktör seçimi ile% 98'e kadar verimli hale getirebilirsiniz. Şimdi bir kova düzenleyiciniz var. Burada simülasyon

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
kaynak

Bu gerçekten eski bir cevap, ama bunun bir kova düzenleyici olduğuna ikna olmadım. Sadece bir anahtarlama elemanı vardır ve transistör hala önemli miktarda güç harcar.

— Ocak

@Felthry Neden simülasyonumdan şüpheliyim, fare ile Zener Vz'yi kontrol edin, kapsama Tranny ekleyin, Watts max'ı görüntülemek için kapsamı değiştirin, Vce, Ice için min, değişken giriş üçgen girişi V ve darbeli yükü 0,7'den 1,9A'ya not edin NFET'e (silme, FET çizme) gm'yi 1 ila 5 olarak değiştirin ve Scope'a ekleyin, Watts min, max olarak değiştirin, DCR'yi L'ye ekleyin, shift veya ^ tuşuyla parçanın köşesini sürükleyin? Küçültmek veya döndürmek için lastik bant moduna geçirin. Çalıştığını veya ne kadar iyi yapabileceğinizi kanıtlayın. Düşük ESR eklemek için kapağı değiştirin ve daha sonra düşük ESR ile 0.1 uF ekleyin.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Bir şey için, transistörün üzerinde dolaşırken kısa patlamalarda 20 watt yukarı doğru dağıldığını ve bir anahtarlama dönüştürücüsünde olmaması gereken düzenli olarak birden fazla watt dağıtıldığını görebiliyorum. Garip bir şekilde, falstad simülatöründeki transistörlerde güç dağılımını çizemezsiniz.

— Ocak

Watt'ı kapsam ölçeğinde görebilirsiniz, ancak FF'lerde Gücü çizin, burada PFET,% 90 verimlilik için 125W yük darbesi tam adım 50% 2V dalgalanma girişi ve 5 mV dalgalanma çıkışı ile ayarlandı. tinyurl.com/ya5gyufe . Bazı parçalar ESR içerir, FET seçimi önemlidir. @Felthry

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

0

Güç, transistöre dökülür, çünkü seri elemandır, bu nedenle yük için tüm akımın içinden geçmesi gerekirken, aynı zamanda giriş voltajı ve çıkış voltajı arasındaki farkı düşürmek zorundadır.

— kırlangıç
kaynak

-1

Bunun nedeni nedir?

V1'deki opamp beslemesiyle, opamp ve MOSFET'ler geçidindeki maksimum çıkış voltajı v1'dir. MOSFET'in çalışması için bazı VG'ler gerekir, kullanılan MOSFET'e bağlı olarak kum genellikle 2 ila 5v'dir. Bitler için 0.7v ve Darlington için 1.3v.

Bu, MOSFET kaynağının görebileceği maksimum v1 - 2 ila 5v olduğu anlamına gelir. Aynen bunu gördün.

— dannyf
kaynak