Menjadi pengatur switching , rangkaian ini sangat efisien dan tidak akan membuang atau membuang energi, tidak seperti regulator linier seperti IC 7812, atau IC LM317 atau IC LM338.
Mengapa Regulator Linear seperti 7812, LM317 dan LM338 adalah Konverter Step down yang Buruk?
Regulator linier seperti 7812 dan LM317 dianggap sebagai konverter step-down yang tidak efisien karena karakteristik operasionalnya.
Dalam regulator linier, kelebihan tegangan input mengalami disipasi dalam bentuk panas. Ini menyiratkan bahwa penurunan tegangan antara terminal input dan output hanya 'dibakar' sebagai energi yang terbuang. Regulator linier berfungsi dengan bertindak sebagai resistor variabel, menyesuaikan resistansinya untuk menghilangkan kelebihan energi dan mengatur tegangan keluaran.
Proses disipasi ini menyebabkan hilangnya daya yang cukup besar dan efisiensi yang rendah. Efisiensi regulator linier ditentukan oleh rasio daya keluaran terhadap daya masukan. Ketika perbedaan tegangan input-output meningkat, daya yang hilang sebagai panas, yang merupakan perbedaan tegangan dikalikan dengan arus output, juga meningkat. Akibatnya, efisiensi berkurang ketika perbedaan tegangan antara input dan output meningkat.
Misalnya, ketika menggunakan regulator linier untuk mengatur input 24 V menjadi 12 V, kelebihan 12 V akan hilang sebagai panas. Hal ini dapat mengakibatkan pemborosan daya yang besar dan memerlukan mekanisme pendinginan tambahan dalam aplikasi yang melibatkan daya tinggi.
Sebaliknya, mengganti regulator (seperti konverter uang ) lebih efisien untuk konversi step-down. Mereka menggunakan kombinasi induktor, kapasitor, dan sakelar untuk mengubah tegangan secara efisien.
Switching regulator menyimpan energi selama satu fase siklus switching dan mengirimkannya ke fase lain, sehingga meminimalkan disipasi energi sebagai panas. Bergantung pada desain spesifiknya, regulator switching dapat mencapai efisiensi mulai dari 80-95% atau bahkan lebih tinggi.
Singkatnya, sementara regulator linier seperti 7812 dan LM317 sangat mudah dan hemat biaya, mereka bukan pilihan yang paling efisien untuk konversi step-down ketika efisiensi daya menjadi perhatian yang signifikan.
Deskripsi Sirkuit
Gambar di bawah ini menunjukkan diagram dasar konverter 24 V ke 12 V.
Regulator switching yang digunakan adalah model umum dari Motorola: µA78S40.
Gambar berikut menyajikan struktur internal sirkuit terpadu ini, yang mencakup berbagai komponen yang diperlukan untuk regulator switching: osilator, flip-flop, komparator, sumber referensi tegangan, driver dan transistor switching.
Selain itu, ada penguat operasional yang tidak diperlukan untuk aplikasi ini. Penyaringan dan penghalusan catu daya ditangani oleh kapasitor C3 hingga C7.
Kapasitor C1 menentukan frekuensi osilator, sedangkan resistor R1, R5, dan R6 membantu membatasi arus keluaran konverter.
Tegangan melintasi resistor R1 sebanding dengan arus yang disuplai oleh konverter.
Dengan mengatur perbedaan tegangan sekitar 0,3 V antara pin 13 dan 14 dari μA78S40, resistor R6 dan R7 membuat pembagi tegangan, yang memungkinkan pembatasan arus terjadi pada sekitar 5A.
Sumber referensi tegangan, dipisahkan oleh kapasitor C2, tersedia di pin 8 IC1.
Tegangan referensi ini diterapkan pada input non-pembalik komparator internal IC1. Input pembalik diatur ke potensi yang sebanding dengan tegangan output konverter.
Untuk mempertahankan tegangan keluaran konstan, komparator mengontrol tahap keluaran IC1.
Kedua input komparator dipertahankan pada potensi yang sama, dan tegangan output diberikan dengan rumus berikut:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
Resistor Aj1 yang dapat disesuaikan memungkinkan untuk menyesuaikan tegangan keluaran konverter dalam kisaran +10V hingga +15V.
Dua transistor keluaran membentuk pasangan Darlington, dan peralihan berturut-turutnya dikendalikan oleh flip-flop yang sinkron dengan osilasi kapasitor C1.
Dikombinasikan dengan gerbang AND, flip-flop ini dikendalikan oleh pembanding untuk menyesuaikan waktu konduksi tahap keluaran µA78S40 dan mempertahankan tegangan keluaran konstan.
Keadaan transistor T1 jenuh atau tersumbat mengikuti keadaan pasangan Darlington IC1. Ketika tingkat keluaran IC1 jenuh, transistor T1 bias, dan arus basisnya dibatasi oleh resistor R2.
Resistor R3, bersama dengan resistor R9, membentuk pembagi tegangan, membatasi tegangan VBE dari transistor T1 pada awal proses pensaklaran.
Transistor T1, bertindak sebagai model Darlington, berperilaku sebagai sakelar terbuka atau tertutup pada frekuensi osilator µA78S40.
Induktor L1 memungkinkan penurunan tegangan dari 24V ke 12V menggunakan sifat induktansi. Dalam keadaan stabil, ketika transistor T1 jenuh, tegangan +12V diterapkan pada induktor L1.
Selama fase ini, induktansi menyimpan energi, yang dilepaskannya ketika tegangan yang diberikan menghilang. Jadi, ketika transistor T1 diblokir, induktor L1 cenderung mempertahankan arus yang mengalir melewatinya.
Dioda D1 menjadi konduktif, dan gaya kontra-elektromotif -12V muncul di induktor L1.
