Fuentes de alimentación reguladas: ¿cómo funcionan?

La potencia de conmutación es ruidosa, no hay duda de ello, por lo general en cualquier lugar desde kilohertz hasta el rango de megahertz, tanto CM como DM.

También creo que estás confundiendo tus términos. Supongo que quiso decir transformador y puente rectificador, no puente de Wheatstone.

Puede usar un conmutador para alimentar un regulador 317 y obtener el beneficio de una salida más limpia y menos pérdida de eficiencia que una solución totalmente lineal (transformador de frecuencia de red, etc.)

Un 317 está activo y rechazará la ondulación en función de la red de realimentación de voltaje que controla el transistor de paso en serie en el dispositivo.

El regulador de voltaje no es un divisor de voltaje glorificado, tiene referencias internas y circuitos de retroalimentación que le permiten mantener activamente el nivel de potencia. No es perfecto (por lo que todavía tienes rizado) pero es mucho mejor que un divisor de voltaje.

Las fuentes de alimentación generalmente se clasifican según dos criterios: regulación de línea y regulación de carga. La regulación de línea es la capacidad del suministro para compensar los cambios en el voltaje de entrada. Esto ayuda a reducir la ondulación: si está utilizando un transformador y un puente de piedra de trigo, todavía tendrá alguna ondulación después del filtrado de paso bajo. Una buena regulación de la línea (bajo delta Vout / delta Vin) significa que el voltaje de salida resiste estas ondulaciones y es más limpio. La regulación de carga se refiere a qué tan bien el suministro puede suministrar corriente mientras se mantiene el voltaje. Si no extrajera corriente del suministro, es probable que obtenga el voltaje de salida correcto. Pero a medida que consume más y más corriente, la mayoría de los suministros pierden voltaje. Una buena característica de regulación de la carga (baja carga delta Vout / delta I) significa que su fuente de alimentación mantiene el voltaje correcto a pesar de los cambios en la carga.

Los divisores de voltaje tienen una terrible regulación de línea o carga: solo son dispositivos de avance que no compensan sus salidas en absoluto. Cualquier suministro regulado será mejor que eso. Mire las hojas de datos de los reguladores y vea qué números proporcionan para la regulación de línea y carga. También será importante el ancho de banda. El regulador tiene un pequeño circuito de control en el interior que solo puede dar cuenta de la ondulación que ve. Cualquier ondulación que caiga fuera de su ancho de banda es invisible y no se puede arreglar. Si ve una frecuencia de problema en particular, es posible que necesite cambiar los reguladores. También hay algunas notas de aplicación de algunos fabricantes que contienen información sobre cómo ampliar el ancho de banda de los reguladores a veces.

Buena suerte.

Operación de alimentación regulada (tensión):

Para comenzar desde la perspectiva más grande y simplista, el trabajo de los reguladores de voltaje, tanto de conmutación como lineal, es actuar como fuente de voltaje ideal. Eso es para proporcionar voltaje constante incluso en caso de cargas variables y / o su propio suministro.

Por lo general, se logra mediante el uso de bucle de retroalimentación. En tal ajuste, se detecta la tensión de salida y, en caso de que caiga por debajo del valor establecido, se hace algo para proporcionar más corriente a la salida, lo que debería hacer que la tensión de salida regrese al valor establecido (e invierta si el voltaje está por encima del valor establecido). Este "algo" en los reguladores lineales es hacer que el elemento de paso * 1) conduzca más corriente de entrada a salida ajustando la corriente de base o el voltaje de la puerta. En el regulador de conmutación, por lo general, "algo" es ajustar la frecuencia y / o el ciclo de trabajo para lograr el mismo objetivo. Así que, en suma, el trabajo principal de los reguladores lineales y de conmutación es reducir las variaciones de voltaje de salida.

Ahora, nada en la vida es perfecto, y ambas realizaciones del mismo objetivo tienen limitaciones (severas). Hay muchos factores que se deben tener en cuenta (línea, regulación de carga, velocidad de regulación, estabilidad, ruido de salida, voltaje de entrada / salida de operación / rango de corriente y muchos muchos más), pero para simplificar (sobre) la simplificación, los reguladores lineales son mejores al proporcionar una salida sin fluctuaciones, luego cambiarse a costa de la eficiencia (esto es debido a que el regulador conmutado introduce su propia ondulación, pero a su vez es más eficiente y puede hacer cosas que los reguladores lineales no pueden hacer, como aumentar el voltaje). p>

Para el caso de la pregunta:

A) En esta aplicación, realmente se necesita una buena fuente de alimentación regulada, ya que las ondulaciones de 50Hz / 60Hz (100Hz / 120Hz) de la red son audibles (también llamadas zumbidos de la línea de alimentación). Además, los amplificadores vinculados intercambian la inmunidad de la variación de la oferta por simplicidad.

B) LM317, desde su DS, tiene 80dB * 2) rechazo de ondulación típico a 120Hz (línea eléctrica x2). Es decir, si tiene una ondulación pk-pk de 1 V en la entrada, su ondulación de salida debería ser de 0.1 mV (10k veces la atenuación). No me cites sobre eso (ya que hay muchos factores que cuidar) pero parece que esto debería ser más que suficiente para esta aplicación.

C) El regulador de conmutación / fuente de alimentación puede ser lo suficientemente bueno siempre que rechace muy bien 100Hz / 120Hz (80dB como en el caso de LM317 sería bueno). Incluso si produce más rizado (es difícil encontrar uno con menos de 5 mV de salida automática), si están por encima de 20 kHz (y para la mayoría de la fuente de conmutación es el caso), no tiene que preocuparse por eso, ya que esos rizos estaría fuera del rango de frecuencia que el oído humano puede oír.

Por cierto, puede ver a los reguladores lineales como "divisores de tensión complicados"), que de hecho es una buena analogía (ya que el elemento de paso podría tratarse como una resistencia "ajustable"). Sin embargo, tenga en cuenta que esta "complicación" le proporciona 80dB de rechazo de rizado :)

* 1) elemento de paso: generalmente es un transistor, BJT o MOSFET, conectado entre la entrada y la salida del regulador. El circuito de retroalimentación lo ajustará hacia un estado más "abierto" o "cerrado", por lo que este elemento pasará más o menos corriente para mantener el voltaje de salida.

* 2) debe diseñarlo correctamente, es decir, proporcionar suficientes tapas de desacoplamiento, asegurarse de que funcionará con la caída adecuada para mantener la regulación, etc. La documentación es su amigo.

Un regulador lineal es un regulador de voltaje basado en un dispositivo activo como un transistor de unión bipolar (BJT) o un transistor de efecto de campo (FET) que opera en su región lineal. Es muy ineficiente en comparación con una fuente de alimentación de modo conmutado, ya que la diferencia entre la tensión de entrada y la de salida se disipa como calor.

El LM317 tiene tres terminales: entrada, salida y ajuste. El regulador desarrolla una tensión de referencia nominal de 1.25 V entre la salida y los terminales de ajuste. Este voltaje constante se aplica a través de una resistencia, causando que fluya una corriente constante. Esta corriente constante fluye a través de una segunda resistencia atada al suelo. Al variar el valor de la segunda resistencia, el voltaje a través de él variará y, por lo tanto, se puede establecer el voltaje de salida.

Aunque el LM317 se puede usar sin condensadores, agregar un condensador de 1 uF tanto en la entrada como en la salida dará una salida más limpia.

Esta página es útil para calcular los valores de las resistencias. Aquí hay otro.

El regulador de voltaje compara el voltaje de salida con un voltaje de referencia (a menudo integrado en el propio regulador), por lo que si no hubiera ninguna imperfección, el voltaje de salida sería totalmente independiente del voltaje de entrada, Corriente de salida, temperatura, etc.

Un regulador de conmutación puede no ser necesariamente una mala idea, si puede asegurarse de que el ruido de conmutación esté siempre fuera de la banda de frecuencia de su señal de interés (aquí 20Hz ~ 20kHz) - entonces es tan bueno como un voltaje lineal regulador. En la práctica, puede que no sea tan fácil de verificar (el ruido es modulado por la respuesta del bucle, etc.)