Fontes de alimentação regulamentadas - como elas funcionam?

Estou construindo um pequeno amplificador de áudio ( uma variação controlada de corrente do projeto szekeres ) e ele aparentemente precisa de uma fonte de energia regulada e muito limpa. Devido aos requisitos mínimos de pedido de peças, vou acabar com, entre outras coisas, um lm317 de reposição e outros. Pelo que entendi, tanto o retificador de ponte do transformador-> ponte de wheatstone padrão quanto as fontes de alimentação de comutação são relativamente barulhentas, portanto, como tenho peças sobressalentes, fico pensando se seguir o projeto de referência para construir um regulador de tensão faria diferença ou se eu deveria apenas usar uma fonte de alimentação comutada para alimentá-la - eu deveria encontrar uma fonte de 15 a 20 v que planejo usar de qualquer maneira, e não usar o regulador de tensão para a fonte de alimentação

Nesse caso , o uso de um regulador de tensão reduz a ondulação e o ruído, ou é apenas um divisor de tensão complicado?

A potência de comutação é barulhenta, não há dúvida sobre isso - normalmente entre kilohertz e megahertz, tanto CM quanto DM.

Também acho que você está confundindo seus termos. Eu presumo que você quis dizer transformador e retificador de ponte, não ponte de Wheatstone.

Você pode usar um comutador para alimentar um regulador 317 e obter o benefício de uma saída mais limpa e menos perda de eficiência do que uma solução totalmente linear (transformador de freqüência da rede elétrica e outros)

Um 317 está ativo e rejeitará a ondulação em função da rede de feedback de tensão que controla o transistor de passagem em série no dispositivo.

O regulador de tensão não é um divisor de tensão glorificado - possui referências internas e circuitos de feedback que permitem manter ativamente o nível de energia. Não é perfeito (então você ainda fica ondulado), mas é muito melhor que um divisor de tensão.

As fontes de alimentação geralmente são classificadas por dois critérios: regulação de linha e regulação de carga. A regulação da linha é a capacidade da fonte de compensar alterações na tensão de entrada. Isso ajuda a reduzir a ondulação - se você estiver usando um transformador e uma ponte de wheatstone, ainda terá algumas ondulações após a filtragem passa-baixo. Uma boa regulação da linha (Vta delta baixo / Vin delta) significa que a tensão de saída resiste a essas ondulações e é mais limpa. A regulação de carga trata de quão bem o suprimento pode fornecer corrente enquanto mantém a tensão. Se você não consumir corrente da fonte, é provável que obtenha a tensão de saída correta. Porém, à medida que você consome mais e mais corrente, a maioria dos suprimentos perde tensão.

Os divisores de tensão têm uma péssima regulação de linha ou carga - eles são apenas dispositivos de avanço de alimentação que não compensam suas saídas. Qualquer oferta regulamentada será melhor que isso. Veja as folhas de dados dos reguladores e veja quais números eles fornecem para a regulação de linha e carga. Também importante será a largura de banda. O regulador possui um pequeno loop de controle interno que só pode explicar a ondulação que vê. Qualquer ondulação que fique fora da largura de banda é invisível e não pode ser corrigida. Se você vir uma frequência de problema específica, pode ser necessário trocar os reguladores. Existem também algumas notas de aplicação de alguns fabricantes que contêm informações sobre como estender a largura de banda dos reguladores às vezes.

Boa sorte.

Operação de fornecimento de energia regulada (tensão):

Para começar da perspectiva grande e mais simplista, o trabalho dos reguladores de tensão, tanto de comutação quanto linear, é atuar como fonte de tensão ideal. Isso é fornecer tensão constante, mesmo em caso de carga variável e / ou fornecimento próprio.

Geralmente, isso é alcançado usando o loop de feedback. Nesse cenário, a tensão de saída está sendo detectada e, caso caia abaixo do valor definido, algo é feito para fornecer mais corrente à saída, o que deve resultar na voltagem da saída voltando ao valor definido (e revertida se a tensão estiver acima do valor definido). Esse "algo" nos reguladores lineares é fazer com que o elemento de passagem * 1) conduza mais corrente da entrada para a saída ajustando a corrente base ou a tensão da porta. Na mudança de regulador, geralmente "algo" é ajustar a frequência e / ou o ciclo de trabalho para atingir o mesmo objetivo. Portanto, o trabalho principal dos reguladores linear e de comutação é reduzir as variações de tensão de saída.

Agora, nada na vida é perfeito, e ambas as realizações do mesmo objetivo têm limitações (severas). Há muitos fatores a serem levados em consideração (linha, regulação de carga, velocidade de regulagem, estabilidade, ruído de saída, tensão de entrada / saída de operação / faixa de corrente e muitos mais), mas, por uma questão de (super) simplificação, os reguladores lineares são melhores ao fornecer uma saída sem ondulação, então comutada ao custo da eficiência (este é o regulador comutado, pois introduz sua própria ondulação, mas, por sua vez, é mais eficiente e pode fazer coisas que os reguladores lineares não podem fazer - como aumentar a tensão).

Para o caso da pergunta:

A) Nesta aplicação, é realmente necessário uma fonte de energia regulada e boa, pois a ondulação de 50Hz / 60Hz (100Hz / 120Hz) da rede elétrica é audível (o chamado hum da linha de energia). Também os amplificadores ligados à luz trocam imunidade à variação da oferta por simplicidade.

B) O LM317, a partir do seu DS, possui 80dB * 2) rejeição típica de ondulações a 120Hz (linha de energia x2). Ou seja, se você tiver uma ondulação pk-pk de 1V na entrada, sua ondulação de saída deverá ser de 0,1mV (10k vezes a atenuação). Não me cite nisso (como existem muitos fatores a serem resolvidos), mas parece que isso deve ser mais do que suficiente para esta aplicação.

C) O regulador de comutação / fonte de alimentação pode ser bom o suficiente, desde que rejeite muito bem 100Hz / 120Hz (80dB, como no caso do LM317 seria bom). Mesmo produzindo mais ondulações (encontrar uma com menos de 5mV de auto-ondulação de saída é difícil), se elas estiverem acima de 20kHz (e para a maior parte da fonte de comutação for o caso), você não precisa se preocupar com isso, pois essas ondulações estaria fora da faixa de frequência que o ouvido humano pode ouvir.

Aliás, você pode considerar os reguladores lineares como "divisores de tensão complicados"), o que de fato é uma analogia muito boa (já que o elemento passante pode ser tratado como resistência "ajustável"). Observe, no entanto, essa "complicação" fornece 80dB de rejeição de ondulações :)

* 1) elemento de passagem - geralmente é transistor, BJT ou MOSFET, conectado entre a entrada e a saída do regulador. O loop de feedback o ajustará para um estado mais "aberto" ou "fechado", de modo que este elemento passe mais ou menos corrente para manter a tensão de saída.

* 2) você precisa projetá-lo corretamente, ou seja, fornecer tampas de desacoplamento suficientes, garantir que ele funcione com a queda apropriada para manter a regulamentação etc. A documentação é sua amiga.

Um regulador linear é um regulador de tensão baseado em um dispositivo ativo, como um transistor de junção bipolar (BJT) ou transistor de efeito de campo (FET) operando em sua região linear. É muito ineficiente em comparação com uma fonte de alimentação comutada, pois a diferença entre a tensão de entrada e saída é dissipada como calor.

O LM317 possui três terminais: entrada, saída e ajuste. O regulador desenvolve uma tensão de referência nominal de 1,25V entre a saída e os terminais de ajuste. Essa tensão constante é aplicada através de um resistor, fazendo com que uma corrente constante flua. Essa corrente constante flui através de um segundo resistor ligado ao terra. Ao variar o valor do segundo resistor, a tensão ao longo dele varia e, portanto, a tensão de saída pode ser ajustada.

Embora o LM317 possa ser usado sem capacitores, adicionar um capacitor de 1 uF na entrada e na saída resultará em uma saída mais limpa.

Esta página é útil para calcular os valores dos resistores. Aqui está outro.

O regulador de tensão compara a tensão de saída com uma tensão de referência (geralmente embutida no próprio regulador); portanto, se não houvesse imperfeições, a tensão de saída seria totalmente independente da tensão de entrada, corrente de saída, temperatura etc.

Um regulador de comutação pode não ser necessariamente uma má ideia, se você pode garantir que o ruído de comutação esteja sempre fora da faixa de frequência do seu sinal de interesse (aqui 20Hz ~ 20kHz) - então é tão bom quanto um regulador de tensão linear. Na prática, isso pode não ser tão fácil de verificar (o ruído é modulado pela resposta do loop, etc.)