첫 번째 원칙의 전압 조정기-왜 트랜지스터에 전력이 덤프됩니까?


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전자 장치에 대한 이해를 높이려고 노력하고 있으므로 앰프 등을 공급할 수있는 고정 전압 조정기를 설계하려고했습니다. 전압 레귤레이터가 일반적으로 어떻게 설계되는지에 대한 어떠한 참조도 언급하지 않고 첫 번째 원칙에서 이것을 정리했습니다.

내 생각은 :

  • 고정 전압 기준을 제공하는 제너 및 저항.
  • 출력 전압이 목표 임계 값을 초과 한 시점을 감지하는 비교기.
  • 공급 장치를 켜고 끄는 트랜지스터.
  • 저수지 역할을하는 커패시터.

이를 염두에두고이 고정 5V 레귤레이터를 설계했습니다.

전압 조정기 설계

그러나 내가 주목 한 것은 다음과 같은 원인을 도출 할 수없는 특정 제한 사항이 있다는 것입니다.

  • V1 (입력)의 전류는 전압이 다르더라도 R2 (출력)의 전류와 거의 같습니다. 이것은 선형 전압 레귤레이터의 동작과 일치하는 것 같습니다 (방금 만든 것입니까?). 왜 그런지 확실하지 않습니다. 스위치를 켜고 끄는 것을 고려할 때 Q2에서 왜 그렇게 많은 전력이 소비됩니까?
  • V1이 약 7.5V 미만인 경우 출력 전압이 5V 임계 값에 도달하지 않고 대신 4V 정도 움직입니다. 나는 다양한 부하로 이것을 시도했지만 단순히 해당 입력 전압 아래에서 작동하지 않습니다. 이것의 원인은 무엇입니까?

기존 답변은 이미보고있는 이유를 설명합니다. opamp 'comparator'에 대해 약간의 긍정적 인 피드백을 도입하여 스위처처럼 동작하도록 강요하십시오.
brhans

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"감지하는 비교기 ..." -회로에는 비교기가 없으며 연산 증폭기 만 있습니다. 실제 비교기로 바꾸면 다른 행동 ( 더 나은 것은 아니지만 ) 행동을 볼 수 있습니다 .
marcelm

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트랜지스터가 완전히 켜져 있거나 완전히 꺼져 있어도 여전히 선형 레귤레이터가 될 것입니다. 트랜지스터는 저항을 갖지 않고 전선의 저항을 사용하는 것입니다.
user253751

답변:


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전압 레귤레이터가 일반적으로 어떻게 설계되는지에 대한 어떠한 참조도 언급하지 않고 첫 번째 원칙에서 이것을 정리했습니다.

좋은 시작은 아니지만 실제로 대부분의 선형 레귤레이터의 거의 정확한 설계로 끝났습니다. 그러나 잊어 버린 "첫 번째 원칙"은 MOSFET 선형 영역 입니다. 시뮬레이터에서 이것을 시도 했습니까? 시스템은 트랜지스터가 반-온인 지점에서 안정되어 전력을 저항으로 소산시킵니다.

V1이 약 7.5V 미만인 경우 출력 전압이 5V 임계 값에 도달하지 않고 대신 4V 정도 움직입니다. 나는 다양한 부하로 이것을 시도했지만 단순히 해당 입력 전압 아래에서 작동하지 않습니다. 이것의 원인은 무엇입니까?

이것을 "드롭 아웃 전압"이라고합니다. opamp가 구동 할 수있는 입력 레일과의 거리가 제한되어 있기 때문입니다. MOSFET의 임계 전압으로 인해 opamp의 출력 트랜지스터에서 약 0.7V가 손실되고 다른 0.7V가 손실됩니다.

고대의 더 이상 사용되지 않는 741보다 더 나은 연산 증폭기로 더 잘 수행 할 수 있습니다. 그렇지 않으면 LDO : 저 드롭 아웃 레귤레이터를 설계하려고합니다.


facepalm- 이것들은 내가 아는 모든 것이지만 맥락에서 적용하지 못했습니다. 감사합니다.
다항식

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나는 이것이 시뮬레이터에서 순수하게 설계되었다는 것을 언급해야합니다. 그렇습니다. 정확히 일어난 일입니다. 나는 아니에요 기준을 참조하지 않고 실제 부품과 같이 뭔가를 함께 넣어 미친 정도.
다항식

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선형 레귤레이터는 기본적으로 스마트 저항입니다. 트랜지스터는 여기서 저항의 일부를 재생합니다.
Ecnerwal

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좋은 출발이 아닌 이유는 무엇입니까? (이것은 생산
용이

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전원을 켜고 끄는 것만으로 Q2에서 왜 그렇게 많은 전력이 소비됩니까?

스위칭 레귤레이터 회로가 아니기 때문에 설계 한 선형 레귤레이터입니다.

V1 (입력)의 전류는 전압이 다르더라도 R2 (출력)의 전류와 거의 같습니다. 이것은 선형 전압 조정기의 동작과 일치하는 것 같습니다 (방금 만든 것입니까?)

네 당신이 그랬어요.

V1이 약 7.5V 미만인 경우 출력 전압이 5V 임계 값에 도달하지 않습니다

MOSFET을 켜려면 게이트 (소스와 관련하여)에 약 2 볼트가 필요합니다. 이것은 op-amp에서 나 왔으며 아마도 들어오는 파워 레일과 비교하여 출력에서 ​​약 1V의 전압을 잃어 버릴 것입니다. 따라서 5V의 출력 전압을 원한다면 약 8V의 입력 공급 장치가 필요하며 이는 가벼운 부하에 있습니다.

부하가 클 경우 게이트 소스 전압은 3 또는 4V 여야합니다. 이제 레귤레이터 출력을 5V로 유지하려면 약 10V의 입력 전원이 필요할 것입니다.

간단한 레귤레이터, 특히 저 드롭 아웃 타입을 존중하십시오 !!


또한 제너 전류는 10V에서도 5mA로 매우 낮으며 장치는 50ma에 가깝습니다. 역전 류가 낮을수록 제너 전압이 떨어집니다. 이러한 넓은 범위를 기대하는 경우 대신 전압 기준 장치를 사용합니다.
Trevor_G

"간단한 레귤레이터를 존중"-실제로! 나는 얼마나 많은 엔지니어링이 겸손한 LDO에 들어가는 지 감사하지 않았습니다!
다항식

예, 엔지니어링이 많이 있습니다. 우리는 여기서 안정성, PSRR 또는 소음에 대해 이야기하기 시작하지 않았습니다.
pjc50

P_channel 전력 MOSFET을 사용해 볼 수 있습니다. INVERTING_MODE에서 실행되므로 N_channel IRFP054가 사용되는 방식과 비교하여 OpAmp의 입력을 뒤집어 야합니다.
analogsystemsrf

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MOSFET 선형 영역이 아닌 스위치로 사용 하더라도 전압 소스에서 커패시터를 충전하려고 시도하기 때문에 여전히 상당한 열을 발산해야 한다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 50 % 이상 효율적입니다.
pericynthion

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FET LDO의 드롭 아웃이 BJT LDO보다 낮을 수 있다는 점을 제외하고는 설계는 정상이지만 FET 보상은 안정성을 위해 제한된 범위의 ESR을 요구하고 피드백을위한 약간의 리플을 허용 할 수 있습니다.

RDSOn 스위치가 낮고 DCR 초크가 낮은 인덕터를 선택하면 최대 98 % 효율을 얻을 수 있습니다. 이제 벅 레귤레이터가 있습니다. 여기 시뮬레이션

여기에 이미지 설명을 입력하십시오


이것은 정말 오래된 대답이지만 이것이 벅 레귤레이터라고 확신하지는 않습니다. 스위칭 소자는 하나 뿐이며 트랜지스터는 여전히 상당한 양의 전력을 소비합니다.
난로

@Felthry 내 시뮬레이션을 의심하는 이유는 마우스로 Zener Vz를 확인하고 Tranny를 스코프에 추가하고 스코프를 와트 최대, Vce, Min의 최소값으로 표시하도록 변경하고 가변 입력 삼각형 입력 V 및 펄스 부하를 0.7에서 1.9A로 변경 한 다음 NPN을 변경하십시오. NFET (삭제, FET 그리기)로 gm을 1에서 5로 변경하고 Scope에 추가하고 Watts min, max로 변경하고 L에 DCR을 추가하고 Shift 또는 ^ 키로 부품의 모서리를 드래그합니까? 수축 또는 회전을 늘릴 고무 밴드 모드. 작동하는지 또는 얼마나 잘 만들 수 있는지 증명하십시오. 낮은 ESR을 추가하도록 캡을 변경 한 다음 낮은 ESR로 0.1uF를 추가하십시오.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

글쎄, 트랜지스터 위로 마우스를 가져 가면 짧은 버스트에서 20 와트 이상의 전력이 소비되고 스위칭 컨버터에서 발생해서는 안되는 여러 와트를 정기적으로 소비한다는 것을 알 수 있습니다. 이상하게도, 거짓 시뮬레이터에서 트랜지스터의 전력 손실을 그래프로 표시 할 수 없습니다.
Hearth

스코프 스케일에서 와트를 볼 수 있지만 여기에서 PFET로 90 % 효율로 조정 된 PFET를 사용하여 2V 리플 입력 및 5mV 리플 출력으로 125W로드 펄스 전체 단계 50 %를 조정하여 FET의 전력을 플로팅 할 수 있습니다. tinyurl.com/ya5gyufe . 일부 부품에는 ESR이 포함되며 FET 선택이 중요합니다. @Felthry
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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전력은 직렬 요소이기 때문에 트랜지스터에 덤프됩니다. 따라서 부하의 모든 전류가 트랜지스터를 통과 해야하는 동시에 입력 전압과 출력 전압의 차이를 떨어 뜨려야합니다.


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이것의 원인은 무엇입니까?

v1에서 e opamp 로의 공급으로 opamp 및 thee MOSFET 게이트의 최대 출력 전압은 v1입니다. MOSFET은 사용되는 MOSFET에 따라 작동하는 데 몇 가지 vg가 필요하며, 일반적으로 2 ~ 5v의 모래가 필요합니다. 비트의 경우 0.7v, 달링턴의 경우 1.3v

이는 MOSFET 소스가 볼 수있는 최대 값이 v1-2 ~ 5v임을 의미합니다. 그것이 바로 당신이 본 것입니다.

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