Peer Review des Abwärtswandlers

Es sieht praktikabel aus.

Welche Strömung?
Was Vout? Es ist 3V3 basierend auf Zener, aber Sie sollten sagen.

Erstens - eine Alternative:

Sind Sie in Großbritannien? In diesem Fall oder an einem anderen Ort mit gutem Zugang zu Komponenten werden Sie es wahrscheinlich nie bereuen, die Bekanntschaft mit den DC-DC-Wandler-ICs der MC34063-Familie gemacht zu haben. Diese sind nach modernen Maßstäben alt und langsam, ABER ultraflexibel, so billig wie alle Alternativen und sehr einfach zu bedienen. Man würde diesen Antrag ausfüllen

Digikey auf Lager 0,61 $ in 1 in DIP, aber manchmal viel billiger für ein paar, wenn Sie sich umschauen.

Datenblatt hier siehe Abb. 16 für einen Abwärtswandler, der IC + 2 x Widerstand, 1 x Diode, x Induktor plus Filterkondensatoren für eine vollständige Lösung verwendet. Verwendet internen Schalter, also kein Q1.

Zweitens - Kommentare:

Die Teile sind sicherlich nicht optimal, leider.

Der TIP31 wird als Emitterfolger betrieben, verliert also mindestens 0,6 V - wahrscheinlich mehr. Es ist ein niedriges Beta - ob dies eine Rolle spielt, hängt vom gewünschten Laststrom ab.
Der Wechsel zu einem PNP-Transistor (oder noch besser einem P-Kanal-MOSFET) reduziert den Spannungsabfall über Q1, da er im Emittermodus vollständig eingeschaltet werden kann. Wenn Sie nur das verwenden können, was Sie haben, ist das in Ordnung.

1N 4001 ist nicht gut über etwa 1 kHz. Besser ist zB 1N581x (1N5817 OK). Wenn 1N400-1 alles ist, was Sie haben, funktioniert es auch bei niedrigeren Frequenzen. Wenn die Frequenz steigt, werden auch Verluste auftreten, aber wahrscheinlich kein großes Problem hier.

3. Besser schalten:

Die Frequenz hängt von der Last ab, L1 und C2. Dies ist ein "hysteretischer" Wandler und hängt von der Welligkeit in C2 ab, um eine Hysterese bereitzustellen. Dies ist "informell", funktioniert aber einwandfrei. Ausgangswellenform ist chaotisch. Sie können das Umschalten auf Wunsch mit einem Hauch von Feedback von der Q1-L1-D2-Verbindung zurück zum Referenzeingang des Operationsverstärkers R1-D1 quadratischer und regelmäßiger machen. Fügen Sie beispielsweise 1k von Zener zu OA- und einen hohen Wert R - vielleicht 100k - von Q1-Emitter zu OA- hinzu. Nennen Sie dies Rfb = Rfeedback. Was passiert ist, wenn Q1 Q1 ausschaltet, geht e auf Low und Rfb zieht den OA-Referenzpunkt etwas niedriger, sodass OA+ so viel mehr fallen muss, bevor Q1 wieder einschaltet. Dies ermöglicht ein regeneratives Ein-/Ausschalten, das dabei hilft, die Schaltwellenform zu quadrieren.

4. Noch günstiger:

Sie können dieses CCT auf Wunsch entweder ohne 555 oder 358 mit insgesamt 3 Transistoren implementieren. Sie möchten jedoch einen PNP-High-Side-Schalter verwenden, also nicht gut mit TIP31. Auf Wunsch mehr dazu.

Elliott Sound Products AN006 Ultra einfacher 5-V-Schaltregler

Diese Schaltung funktioniert im Wesentlichen genauso wie die ursprüngliche in dieser Frage.
Q1 fungiert als Komparator und ersetzt so den 358.
Q2 fungiert als Treiber für Q3 und ersetzt so den 555 (der eigentlich nur als Treiber verwendet wurde). Wenn die Ausgangsspannung hoch genug ansteigt, leitet Zener D2 und schaltet Q1 ein. Q1 schaltet Q2 aus, was Q3 ausschaltet, und die Polarität von L1 invertiert und D1 leitet in der klassischen Abwärtsphase des Abwärtswandlers. Das Entladen von L1 führt dazu, dass die Spannung an C2 LEICHT ansteigt und Q1 eingeschaltet bleibt. Wenn die Energie in L1 nicht ausreicht, um den Ausgangsstrom aufrechtzuerhalten, fällt die Spannung an C2, bis Q1 ausschaltet, Q2 ein, Q3 ein und die Induktivität von Vin gespeist wird, bis Vout wieder hoch genug ansteigt und der Zyklus wiederholt wird.
Beachten Sie, dass er einen sehr kleinen Widerstandswert für R1 (47 Ohm) verwendet. Dies bedeutet, dass zum Einschalten von Q1 (bei etwa 0,5 V Vbe) ein Zenerstrom von I = V / R = 0,5/47 ~ = 2 mA erforderlich ist. Dies ist WENIGER als der Strom, bei dem die meisten Zener Nennspannung erreichen ( oft 10 mA - siehe Datenblätter), aber hoch genug, dass es nahe an der Nennspannung liegt.Wenn R1 beispielsweise 1K beträgt, schaltet sich Q1 ein, wenn sich der Zener irgendwo auf seinem "sehr weichen Knie" befindet, und Vout ist viel niedriger als Angenommen, Vz beträgt beispielsweise 4,5 V für einen 4,7-V-Zener.Beim Einschalten von Q1 beträgt Vout ungefähr 0,5 V + Vz1 = 0,5 + 4,5 V oder ungefähr 5 V.
Um Iout zu liefern, benötigt Q3 einen Basisstrom von Iout/Beta_Q3, also benötigt Q2 einen Basisstrom von Iout/(BetaQ3 x Beta_Q2) und Q1 benötigt einen Basisstrom von Iout/(BetaQ3 x Beta_Q2 x Beta_Q1) = so ziemlich nichts, also diese Schaltung neigt dazu, mit einem winzigen Strom in Q1_base zu wechseln.
Wie bei der ursprünglichen Schaltung ist der Betrieb hysteretisch und beruht auf der Brummspannung an C2, um überhaupt zu schalten und nicht nur zu einem linearen Regler zu werden. (Kurz L1 und es IST ein linearer Regler). Um es beim Schalten etwas formeller zu machen, kann ein Hauch positiver Rückmeldung bereitgestellt werden (wie mein Kommentar zur ursprünglichen Schaltung). Hier würde wahrscheinlich ein größerer Wert R von der Q3-Basis zur Q1-Basis ODER vom Q3-Kollektor zur Q2-Basis (wahrscheinlich besser) ausreichen - das Ziel besteht darin, zwei Punkte in der Schaltkette zu finden, die beim Einschalten oder bei in die gleiche Richtung schwingen ausschalten und ein positives Rückkopplungssignal von dem einen weiter entlang der Kette zurück zu einem früheren in der Kette speisen. Hier bietet das massiv fallende V_Q3_C, wenn Q3 abschaltet, eine ideale Quelle für Feedback zu Q2_b.

Ich habe 2001 eine Schaltung gebaut, die funktional identisch mit dieser ist (ich nenne sie "GSR" = God's Switching Regulator, weil die Schaltung von dort stammt, ABER das ist eine andere Geschichte (fragen Sie bei Interesse von der Liste)). "Mein" GSR war die früheste Version davon, die ich gesehen habe (früher als die von Elliott, wie es scheint), ABER ich stelle mir vor, dass sie lange vor meiner Verwendung liegt.

Das Hinzufügen des Hysteresepfads kann aufgrund der Schaltgeschwindigkeit und der "Rechteckigkeit" von Wellenformen die Effizienz auf nützliche Weise verbessern.

Ohne die hinzugefügte Hysterese ist das Schalten "chaotisch" und kann nicht auf einem Oszilloskop synchronisiert werden. Dies ist bei einigen Anwendungen ein potenzieller Vorteil, da es die vom Oszillator abgestrahlte Energie gut verteilt und die Spitzenemissionen senkt.

"GSR" - 12-200 V Eingang, 12 V Ausgang, einstufiger Abwärtswandler.

Hier ist eine vereinfachte Version von 'meiner' GSR-Schaltung. Dies war die Lösung für eine Anforderung an ein Netzteil mit niedrigem Weitbereich von Vin für ein Trainingsgerät. Vin kam von einer vom Benutzer betriebenen Lichtmaschine, die als Last fungierte. Vout war nominell 12v.

Unbekannte 1.000 (vielleicht 10 von Tausend) wurden hergestellt. Ich sage „unbekannt“, da mir Tantiemen ausbezahlt werden sollten, aber „es lief schief“. Dies wurde ursprünglich in taiwanesischen Trainingsgeräten verwendet. Vin, angezeigt als V100, lag normalerweise im Bereich von 20–60 V, konnte aber 200 V erreichen. Vout ist 12V. Beachten Sie, dass ich einen 10-V-Zener verwende, der mehr an seinem weichen Knie arbeitet als die Elliott-Version. . Dies funktioniert gut, solange Sie wissen, was Sie erwartet. Ich habe einen P-Kanal-MOSFET als High-Side-Schalter verwendet (was dazu beigetragen hat, den Antriebsstrombedarf zu minimieren - was wichtig ist, wenn Sie möglicherweise fast 200 V über RBUK3 haben. Die endgültige Version hat möglicherweise (soweit ich mich nach 14 Jahren erinnere) einen High-Side-Emitter zur Geschwindigkeit hinzugefügt Standardmäßig wird empfohlen, dass Sie mit einem einstufigen Abwärtswandler kein Vin-Umschalten mit großem Bereich durchführen können, dieser jedoch mit 12 V bis 200 V OK (16 +: 1) umgeht. Der Wirkungsgrad war bei 200 Volt in (vielleicht 50%) schlecht, aber das sind immer noch nur etwa 6% dessen, was ein Linearregler abführen würde. Viel besser bei niedrigerem Vin. [zB 1 Watt aus. GSR: Bei 50 % Wirkungsgrad = 2 Watt Eingang = 1 Watt Verlustleistung.
Linearregler: Bei 200 V in, 12 V out Pdissipated für 1 Watt out = = (200-12)/12 Watt = 15+ Watt!)

Hier ist eine ausführliche Diskussion von 2004 über die GSR und verwandte Themen. Dort gibt es jede Menge nützliches Material (wenn ich das so sagen darf :-) selbst). .

Ähnlich: Auf Messen (und wahrscheinlich zu Hause) stellten Kinder die Last auf Null und traten diese so schnell sie konnten in die Pedale - und drückten Vout auf über 200 Volt. Dies war kein Modus, den ernsthafte Benutzer (oder der Kunde) schätzten. Ich habe den Controller so programmiert, dass er die Last nach Bedarf hinzufügt, wenn die Eingangsspannung zu hoch wird. Entschuldigung Kinder.
[Dies verwendete einen Z8! was damals wie eine gute Idee schien.
Es war nicht.
Wenn sie so sind, wie sie damals waren, nicht!].

D2 sollte sich auf der Schalterseite des Induktors befinden, da sonst beim Öffnen des Schalters kein Weg für den Stromfluss des Induktors vorhanden ist.