Alimentatori regolati: come funzionano?

Sto costruendo un piccolo amplificatore audio ( una varietà attualmente controllata del design degli szeker ) e apparentemente ha bisogno di una fonte di energia molto pulita e regolata. A causa dei requisiti minimi di ordine delle parti, finirò con, tra l'altro, un lm317 di riserva e altri. A quanto ho capito, sia il trasformatore standard-> raddrizzatore a ponte a ponte di Wheatstone che gli alimentatori di commutazione sono relativamente rumorosi, quindi poiché ho pezzi di ricambio, mi chiedo se seguire il progetto di riferimento per costruire un regolatore di tensione farebbe la differenza, o se dovrei semplicemente usare un alimentatore a commutazione per alimentarlo - dovrei essere in grado di trovarne uno da 15-20 v che sto pianificando di utilizzare comunque, e non usare affatto il regolatore di tensione per l'alimentazione

Del resto l' uso di un regolatore di tensione riduce le increspature e il rumore o è solo un complicato divisore di tensione?

Il cambio di potenza è rumoroso, non c'è dubbio, in genere ovunque dal kilohertz fino alla gamma megahertz, sia CM che DM.

Penso anche che tu stia confondendo i tuoi termini. Presumo che intendevi dire trasformatore e raddrizzatore a ponte, non ponte di Wheatstone.

È possibile utilizzare uno switcher per alimentare un regolatore 317 e ottenere il vantaggio di un'uscita più pulita e una minore perdita di efficienza rispetto a una soluzione completamente lineare (trasformatore di frequenza di rete e altri)

Un 317 è attivo e rifiuterà l'ondulazione in funzione della rete di retroazione di tensione che controlla il transistor passante in serie nel dispositivo.

Il regolatore di tensione non è un divisore di tensione glorificato: ha riferimenti interni e circuiti di feedback che gli consentono di mantenere attivamente il livello di potenza. Non è perfetto (quindi ottieni ancora ondulazioni) ma è molto meglio di un divisore di tensione.

Gli alimentatori sono generalmente classificati in base a due criteri: regolazione della linea e regolazione del carico. La regolazione della linea è la capacità dell'alimentazione di compensare le variazioni della tensione di ingresso. Questo aiuta a ridurre l'ondulazione - se stai usando un trasformatore e un ponte di Wheatstone avrai ancora qualche ondulazione dopo il filtro passa-basso. Una buona regolazione della linea (basso delta Vout / delta Vin) significa che la tensione di uscita resiste a queste increspature ed è più pulita. La regolazione del carico riguarda la capacità dell'alimentazione di erogare corrente mantenendo la tensione. Se non si assorbisse corrente dall'alimentazione, è probabile che si ottenga la tensione di uscita corretta. Ma man mano che si assorbe sempre più corrente, la maggior parte degli alimentatori perde tensione.

I divisori di tensione hanno una terribile regolazione della linea o del carico: sono solo dispositivi di feed forward che non compensano affatto le loro uscite. Qualsiasi fornitura regolamentata sarà migliore di quella. Guarda le schede tecniche dei regolatori e vedi quali numeri forniscono per la regolazione della linea e del carico. Importante sarà anche la larghezza di banda. Il regolatore ha un piccolo circuito di controllo all'interno che può solo spiegare l'increspatura che vede. Qualsiasi increspatura che cade al di fuori della sua larghezza di banda è invisibile e non può essere riparata. Se vedi una particolare frequenza del problema, potresti dover cambiare regolatore. Ci sono anche alcune note applicative di alcuni produttori che contengono informazioni su come estendere la larghezza di banda dei regolatori a volte.

In bocca al lupo.

Funzionamento dell'alimentazione regolata (tensione):

Per iniziare dalla prospettiva più ampia e semplicistica, il compito dei regolatori di tensione, sia a commutazione che lineare, è quello di fungere da sorgente di tensione ideale. Ciò significa fornire una tensione costante anche in caso di carico variabile e / o di propria alimentazione.

Di solito si ottiene utilizzando il circuito di feedback. In tale impostazione viene rilevata la tensione di uscita e nel caso in cui scenda al di sotto del valore impostato, viene fatto qualcosa per fornire più corrente all'uscita, il che dovrebbe comportare il ritorno della tensione di uscita al valore impostato (e viceversa se la tensione è al di sopra del valore impostato). Questo "qualcosa" nei regolatori lineari è quello di fare passare l'elemento * 1) per condurre più corrente dall'ingresso all'uscita regolando la corrente di base o la tensione di gate. Nel regolatore di commutazione di solito "qualcosa" è regolare la frequenza e / o il ciclo di lavoro per raggiungere lo stesso obiettivo. Quindi, in sintesi, il compito principale dei regolatori lineari e di commutazione è ridurre le variazioni della tensione di uscita.

Ora, nulla nella vita è perfetto, ed entrambe le realizzazioni dello stesso obiettivo hanno (severi) limiti. Ci sono molti fattori da tenere in considerazione (linea, regolazione del carico, velocità di regolazione, stabilità, rumore di uscita, tensione di ingresso / uscita di funzionamento / intervallo di corrente e molti altri ancora) ma per motivi di semplificazione (eccessiva) i regolatori lineari sono migliori nel fornire un'uscita senza increspature quindi commutata a scapito dell'efficienza (questo è un regolatore commutato perché introducono una propria increspatura, ma a loro volta sono più efficienti e possono fare cose che i regolatori lineari non possono fare, come aumentare la tensione).

Per il caso dalla domanda:

A) In questa applicazione è davvero necessaria una buona fonte di energia regolata, poiché si sentono ondulazioni da 50Hz / 60Hz (100Hz / 120Hz) dalla rete (il cosiddetto ronzio della linea di alimentazione). Anche gli amplificatori collegati a beacouse scambiano l'immunità alla variazione dell'offerta per semplicità.

B) LM317, dal suo DS, ha 80dB * 2) tipico rifiuto di ripple a 120Hz (linea di alimentazione x2). Cioè se si dispone di un'ondulazione pk-pk di 1 V all'ingresso, l'ondulazione di uscita deve essere di 0,1mV (attenuazione di 10k volte). Non citarmi su questo (poiché ci sono molti fattori di cui occuparsi) ma sembra che questo dovrebbe essere più che sufficiente per questa applicazione.

C) Il regolatore di commutazione / alimentatore può essere abbastanza buono a condizione che respinga molto bene 100Hz / 120Hz (80dB come nel caso di LM317 sarebbe bello). Anche se produce più ripple (trovarne uno con meno di 5mV di auto-ripple in uscita è difficile), se quelli sono al di sopra di 20kHz (e per la maggior parte dell'alimentazione di commutazione è il caso) non devi preoccuparti perché questi ripple sarebbe al di fuori della gamma di frequenza che l'orecchio umano può sentire.

A proposito, puoi vedere i regolatori lineari come "divisori di tensione complicati"), che in realtà è un'analogia abbastanza buona (poiché l'elemento di passaggio potrebbe essere trattato come una resistenza "regolabile"). Nota, tuttavia, questa "complicazione" ti dà 80dB di rifiuto dell'ondulazione :)

* 1) elemento passante - di solito è transistor, BJT o MOSFET, collegato tra ingresso e uscita del regolatore. Il circuito di retroazione lo regolerà verso uno stato più "aperto" o "chiuso", in modo che questo elemento passi più o meno corrente per mantenere la tensione di uscita.

* 2) è necessario progettarlo correttamente, ovvero fornire sufficienti tappi di disaccoppiamento, assicurarsi che funzionerà con una caduta adeguata per mantenere la regolamentazione, ecc. La documentazione è di vostro amico.

Un regolatore lineare è un regolatore di tensione basato su un dispositivo attivo come un transistor di giunzione bipolare (BJT) o transistor ad effetto di campo (FET) che opera nella sua regione lineare. È molto inefficiente rispetto a un alimentatore a commutazione, poiché la differenza tra la tensione di ingresso e di uscita viene dissipata sotto forma di calore.

L'LM317 ha tre terminali: ingresso, uscita e regolazione. Il regolatore sviluppa una tensione di riferimento nominale di 1,25 V tra i terminali di uscita e di regolazione. Questa tensione costante viene applicata attraverso un resistore, causando un flusso di corrente costante. Questa corrente costante scorre attraverso un secondo resistore collegato a terra. Variando il valore del secondo resistore, la tensione su di esso varierà e quindi sarà possibile impostare la tensione di uscita.

Sebbene l'LM317 possa essere utilizzato senza condensatori, l'aggiunta di un condensatore da 1 uF sia sull'ingresso che sull'uscita darà un'uscita più pulita.

Questa pagina è utile per calcolare i valori dei resistori. Eccone un altro.

Il regolatore di tensione confronta la tensione di uscita con una tensione di riferimento (spesso incorporata nel regolatore stesso), quindi se non ci fossero imperfezioni, la tensione di uscita sarebbe totalmente indipendente dalla tensione di ingresso, corrente di uscita, temperatura ecc.

Un regolatore di commutazione potrebbe non essere necessariamente una cattiva idea, se puoi assicurarti che il rumore di commutazione sia sempre fuori dalla banda di frequenza del tuo segnale di interesse (qui 20Hz ~ 20kHz) - allora è altrettanto buono di un regolatore di tensione lineare. In pratica ciò potrebbe non essere così facile da verificare (il rumore è modulato dalla risposta del circuito ecc.)