Ввод в эксплуатацию стабилизаторов напряжения

Место установки стабилизатора. Хоть современные модели стабилизаторов и характеризуются низким уровнем шума, но он все же существует, поэтому при выборе места установки выбирайте нежилые или подсобные помещения.

В помещении, где будет установлен прибор, должен соблюдаться диапазон температур, который указан в технических характеристиках к прибору. Как правило, электромеханические модели могут эксплуатироваться от +5 до +45°С, а релейные допускают своё использование при отрицательной температуре -5°С. Верхний предел температур довольно высокий, но, при попадании прямых солнечных лучей, он легко может быть превышен, поэтому следует избегать солнечных участков. При своей работе стабилизатор выделяет тепло и для его отвода требуется вентиляция. Обратите внимание на корпус агрегата, он имеет вентиляционные жалюзи, которые не должны быть плотно придвинуты к стене или другой поверхности. Минимально допустимый зазор должен составлять не менее 60 см. Избегайте установки прибора на тканевые поверхности, это также может нарушить отведение тепла.

Выбор кабеля для подключения. При установке стабилизатора необходимо правильно подобрать провод – материал, сечение и рабочее напряжение. Неправильно подобранные провода могут не выдерживать нагрузку по току и начнут нагреваться, а это пагубно скажется на пожаробезопасности.

Если говорить о выборе материала, из которого изготовлен провод, то лучше остановить свой выбор на меди. Этот материал лучше проводит ток, выдерживает большие нагрузки и более безопасный, чем алюминий.

Характеристика провода по рабочему напряжению может быть 380 и 220V. Провод, рассчитанный на 380 пригоден для использования, как в однофазной, так и в трехфазной сети. А кабель с рабочим напряжением 220, можно использовать только для однофазной сети.

Далее выбираем сечение кабеля, от которого зависит максимально-допустимая нагрузка. Для расчета сечения кабеля при установке стабилизатора используют следующую формулу: мощность стабилизатора (в вольт-амперах) делим на минимальное входное напряжение. Результатом расчета будет максимальная сила тока на выходе. Далее, по таблице, находим силу тока и соответствующее для нее сечение кабеля. Если получаем значение, которого нет в таблице, выбор делаем в сторону увеличения толщины кабеля. Например, у вас ток равен 20А. Такого показателя нет в таблице, соответственно сечение кабеля выбираем, как для 23А. Такой выбор даст определенный «резерв» в случае увеличения нагрузки.

Для подключения заземления требуется кабель с сечением 2.5мм. Заземление – это обязательное условие при установке стабилизатора и предохраняет от поражения электрическим током.

Выбор автоматического выключателя. Установка автомата – условие не обязательное, но автоматический выключатель может предохранить стабилизатор от перегрузки и короткого замыкания. Автоматический выключатель следует подбирать, исходя из его мощности, которая указана в амперах. Мощность автомата должна превышать максимальную силу тока, расчет которой вы проводили при выборе сечения кабеля.

Перейдем непосредственно к подключению стабилизатора и рассмотрим все возможные варианты на моделях фирмы «Ресанта».

Подключение однофазного стабилизатора после счетчика (на все помещение). Установка стабилизатора на вводе, перед нагрузкой – самая распространенная схема. После счетчика, в разрыв фазного провода устанавливаем автоматический выключатель (не обязательно). Выход из автомата подключаем на вход стабилизатора, а выход стабилизатора на разводку помещения. Стабилизатор имеет три контакта для подключения: вход(фаза), выход(фаза), нуль.

Последовательность действий:

1.      Фазу от вводного автомата подключаем на вход(фазу) стабилизатора

2.      Выход(фазу) стабилизатора подключаем к проводу нагрузки.

3.      Нулевой контакт стабилизатора соединяем с нулевым проводом сети (без разрыва).

В некоторых моделях стабилизаторов схема подключения состоит из четырех контактов: фаза(вход), нуль(вход), фаза(выход), нуль(выход). При таком подключении фазный нулевой провода сети подключаем к соответствующим клеммам на входе стабилизатора и соответственно, провода нагрузки соединяем с контактами на выходе агрегата.

Розеточное подключение однофазного стабилизатора к сети 220V. Такая схема подключения актуальна, когда планируется использовать стабилизатор, как защиту одного или нескольких потребителей. Это может быть насос, котел отопления или компьютер.

Последовательность действий:

1.      На вход стабилизатора подключаем электрический провод оснащенный вилкой.

2.      На выход стабилизатора – провод на конце с розеткой. Последовательность подключения фазы роли не играет.

3.      Включаем стабилизатор в сеть и к нему подключаем потребителей.

Схема подключения стабилизатора к сети 380V. В основном, трехфазные сети используются на производстве и в промышленных помещениях, но не исключены случаи, когда и в частных домах применяется такая система питания. Для защиты от перепадов напряжения в такой сети возможно два варианта подключения стабилизаторов. Первый – это установка трехфазного агрегата, но такое возможно только в том случае если имеются трехфазные потребители, что для бытовых приборов очень редкий случай. И второй вариант, более оптимальный – установка трех однофазных стабилизаторов, когда идет равномерное разделение нагрузки на все три фазы.

Эта схема установки имеет неоспоримые преимущества: вы получаете полностью независимые друг от друга сети, в случае выхода из строя одного из стабилизаторов две оставшиеся будут работать в нормальном режиме. При выходе из строя одного трехфазного стабилизатора, все помещение останется обесточенным.

Еще одно неоспоримое преимущество это возможность выбора трех разных моделей стабилизаторов, что позволяет подобрать прибор под определенный вид оборудования. На рисунке представлена схема подключения трех однофазных стабилизаторов в одну трехфазную группу. Каждый из стабилизаторов подключаются по такой же схеме, как и для сети в 220, для каждой из фаз отдельно. Из схемы видно, что стабилизируется каждая фаза отдельно и агрегат подключается в разрыв сети. Нулевой провод подключается неразрывно.

Основные правила при установке и вводе в эксплуатацию стабилизатора напряжения.

• Не спешите устанавливать и подключать стабилизатор, если он был приобретен в холодное время года или если транспортировка проводилась при отрицательной температуре. Рекомендуется выдержать прибор в течении суток в помещении где он будет эксплуатироваться, так как при перепаде температур может образоваться конденсат, который способен привести к поломке.
• Перед выполнением работ по установке необходимо отключить напряжение. Сделать это можно в щитке на входе, обесточив автоматы. После этого не поленитесь проверить отсутствие напряжения с помощью индикаторной отвертки.
• При подключении соблюдайте очередность подключения проводов и производите подключение соответственно схемам.
• После подключения стабилизатора возобновляют подачу электроэнергии и выключатель прибора ставят в положение «включено», при этом должен загореться световой индикатор. Далее работа стабилизатора будет проходит в автоматическом режиме.
• При эксплуатации помните про перегрузку прибора. Ее номинальная мощность не должна превышать мощность стабилизатора. Даже если изначально мощность стабилизатора была выбрана правильно, всегда может возникнуть необходимость подключения новой техники, не учтенной при покупке стабилизатора, что может вызвать перегрузку и поломку стабилизатора.
• Желательно проводить профилактическое обслуживание стабилизатора: проверку соединения контактов и уборку пыли с оборудования. Не стоит делать влажную уборку, так как корпус не защищен от попадания влаги.

Если после прочтения статьи у вас остались вопросы, обращайтесь в нашу службу поддержки на сайте или посетите наш специализированный магазин в г Екатеринбурге по адресу ул. Новостроя 1А, офис 104.

Каждая единица оборудования в нашей компании имеет идентификационные данные, они регистрируются на всех этапах: при производстве, продаже и даже ремонте в СЦ.
Покупая у нас продукцию Ресанта, Huter и Вихрь, Вы можете быть уверены в её 100% подлинности!
Даем гарантию на все агрегаты и оборудование на этом сайте!
Покупая у нас Вы можете быть уверены в том что получите 100% оригинальный товар, гарантию и обслуживание в нашем Сервисном центре

 + Маска “Хамелеон” **  только для физ. лиц при покупке сварочного аппарата с этим стикером за наличный расчет или по карте в офисе магазина.

 + Пачка электродов **  только для физ. лиц при покупке сварочного аппарата с этим стикером за наличный расчет или по карте в офисе магазина.

 +  ЕЩЁ   ПОДАРОК  **    только для физ. лиц при покупке сварочного аппарата с этим стикером за наличный расчет или по карте в офисе магазина.

 +  КРАГИ  сварщика  **  только для физ. лиц при покупке сварочного аппарата с этим стикером за наличный расчет или по карте в офисе магазина.

Стабилизатор напряжения – это устройство, которое стабилизирует напряжение переменного тока и поддерживает его в диапазоне от 200 В до 255 В переменного тока. Иногда в линии переменного тока появляются колебания напряжения или всплески, если мы используем стабилизатор напряжения, то сверхвысокие или низкие напряжения не могут вызвать проблем для приборов. Он защищает любое подключенное к нему электронное устройство от повреждения. Автоматический стабилизатор напряжения – очень хороший пример из силовой электроники проекта .

На рынке представлены различные разновидности стабилизаторов напряжения. Но мы также можем изготовить их дома в соответствии с нашими потребностями и требованиями.

Перед созданием этого устройства необходимо иметь в виду следующие моменты и характеристики, чтобы устройство, которое мы создали, могло работать должным образом и давать желаемые результаты:

• Диапазон входного напряжения должен быть от 150 до 260 В.
• Диапазон выходного напряжения должен составлять от 200 до 240 В.
• Форма волны или частота входных / выходных напряжений не должны изменяться.
• Материал, используемый в нем, не должен быть слишком дорогим, иначе было бы бесполезно делать его дома, переживая все проблемы, вместо этого можно просто купить дешевый на рынке. Следовательно, это не должно быть дорогим.
• В готовом изделии не должно быть варисторов или переменных резисторов.
• Всего в цепи используется 4 реле.
• Используемый автотрансформатор имеет 4 дополнительных вывода, установленных на 165 В, 190 В, 215 В и 240 В, все с разницей примерно в 25 В.
• Используемый микроконтроллер r – PIC 16F873A.

Микроконтроллер генерирует управляющие сигналы, а четыре реле используются с автотрансформатором для управления и преобразования напряжения.Входное напряжение воспринимается микроконтроллером, и он пытается удерживать выходное напряжение между заданными диапазонами, переключая реле. Из четырех реле два из них переключают соединение между выводами 165 В, 190 В и 240 В, одно переключает выходное соединение между выводами 215 и 240, а последнее является главным реле включения / выключения, которое отключает выход в случае режимы low и high cut. Связь реле с микроконтроллером очень проста.

Прежде всего, мост выпрямитель используется для преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а затем большой конденсатор, который сглаживает постоянное напряжение.И, используя схему делителя напряжения, мы понижаем напряжение постоянного тока, чтобы микроконтроллер мог его принять. После долгих размышлений и экспериментов было выбрано соотношение резисторов схемы делителя напряжения (47 кОм * 6): 3,3 кОм. схема с таким соотношением работает лучше, а рассеиваемая мощность также снижается.

На выходе схемы делителя напряжения была подключена фиксирующая схема, образованная двумя диодами. Напряжение будет ограничено одним из диодов, когда он начнет работать в прямом смещенном состоянии после получения высокого напряжения.Это будет примерно 5,7 В. Если на выходе делителя напряжения появляется низкое напряжение, то другой диод начинает работать в режиме прямого смещения и ограничивает напряжение на -0,7. Затем эти напряжения могут безопасно поступать на ADC микроконтроллера. Диоды Шоттки можно использовать для улучшения фиксации напряжений.

Входное сопротивление АЦП и входные конденсаторы – это две вещи, которые могут повлиять на правильную работу схемы:

• Если входной конденсатор очень большой, его разряд будет медленнее, и мы не сможем получить быструю или быструю реакцию.После использования различных конденсаторов мы обнаружили, что лучше всего подходит конденсатор емкостью 22 мкФ, поскольку его реакция эффективна в случае постоянного напряжения, а также пульсаций.
• Для правильного измерения уровня постоянного тока АЦП ПОС мы подключаем конденсатор на выходе делителя напряжения. Это обеспечит параллельную емкость внутреннему конденсатору АЦП. Время выборки АЦП также было скорректировано, чтобы мы могли получить точные результаты.

Для калибровки мы поместили в цепь переключатель.Когда этот переключатель активируется и мы сбрасываем микроконтроллер, тогда контроллер переходит в режим калибровки. Это будет единственный переменный резистор, который мы использовали в схеме, и он необходим, потому что может быть много расхождений в различных компонентах и ​​их выходах в схеме. На выходы могут влиять допуск резисторов и вариации прямого падения напряжения диодов, а также многие другие факторы. Мы подключим переменный резистор в нашу схему делителя напряжения и, изменив значения сопротивления, мы сможем получить требуемый выход.

Переменный резистор в этой схеме ненадежен, и в условиях переменного высокого и низкого напряжения нам нужна последовательность в работе этой схемы в течение более длительных периодов времени, поэтому мы решили не использовать переменный резистор в конечном продукте.

Когда микроконтроллер входит в режим калибровки, измененное входное напряжение отображается контроллером. Мы можем измерить реальное напряжение с помощью вольтметра.Меняем переменное сопротивление и микроконтроллер показывает другое напряжение. Кодирование АЦП микроконтроллера выполнено таким образом, что результат АЦП преобразуется в уровень переменного напряжения. Также вводится константа, которая умножается на все выражение, и когда мы меняем значение переменного резистора, то постоянное значение также изменяется, что можно увидеть на семисегментном дисплее. Микроконтроллер сохраняет это значение в своей EEPROM .

При запуске контроллер проверяет калибровку.Постоянное значение было сохранено в EEPROM, контроллер извлекает данные, и теперь это значение будет использоваться во всех дальнейших расчетах напряжения. При первом запуске микроконтроллер ожидает калибровки, если переключатель нажат и калибровка выполнена, переключатель размыкается, константа сохраняется в EEPROM, и выполняются дальнейшие операции.

После успешной калибровки мы можем удалить переключатель и переменный резистор из схемы.Переключатель и переменный резистор могут понадобиться только сейчас, если мы хотим перекалибровать схему, в противном случае они больше не требуются в схеме.

Приведенная выше конфигурация показывает различные ответвления трансформатора с реле. Переключение входа осуществляется между 165 В, 190 В и 240 В, а для вывода – 240 В и 215 В. В этой схеме мы использовали простой автотрансформатор.Вспомогательная обмотка используется для питания схемы, также показано соотношение витков:

Обе части принципиальной схемы автоматического стабилизатора напряжения показаны ниже. Вы можете использовать эти схемы.

Для схемы микроконтроллера мы используем внешний кристалл на 4 МГц.Это необходимо, потому что в PIC 16F873A нет внутреннего кристалла. Вход 5 В постоянного тока используется для питания микроконтроллера. Вспомогательная обмотка автотрансформатора 12,5В. Это напряжение не будет сильно изменяться, потому что цепь и реле также будут работать, чтобы регулировать это напряжение. Этот переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, а затем конденсатор фильтрует его. Также используется регулятор 7805 напряжения, который принимает отфильтрованный постоянный ток. Также используется развязывающий конденсатор, который размещается рядом с микроконтроллером.

Напряжение постоянного тока, которое подается на 7805 , также используется для питания реле. Но не напрямую, так как напряжение все же немного выше номинального напряжения реле. Таким образом, мы пропускаем это напряжение через четыре последовательно соединенных диода, что снизит напряжение на 2,8 В. Микроконтроллер управляет переключением реле, но он не может обеспечить ток, необходимый для работы реле, поэтому мы используем транзисторы для увеличения значения тока.

Переходя к семисегментному дисплею, три семи сегментных дисплея, используемые в схеме, переключаются один за другим, что минимизирует количество выводов, необходимых для их управления.Но это происходит так быстро, что мы не можем понять это, просто глядя на них. Частота обновления составляет 167 Гц, то есть дисплей обновляется 167 раз за секунду. Для достижения необходимой яркости мы соединили семь транзисторов с семисегментными дисплеями.

Мы использовали в схеме три светодиода , которые также показывают задержку, обрезку низких или высоких частот или просто нормальный режим работы контроллера. Это был весь процесс создания автоматического стабилизатора напряжения в домашних условиях. Мы надеемся, что, выполнив все действия правильно, вы сможете сделать его и дома, а также можете изменить его в соответствии с вашими требованиями.

Как сделать автоматический стабилизатор напряжения? Схема, объяснение конструкции

Введение

На рынке доступно огромное количество разнообразных стабилизаторов напряжения, и, конечно же, не составляет большого труда приобрести один в соответствии с потребностями. Но, конечно, может быть очень забавно построить один дома самостоятельно и увидеть, как он действительно работает. Схема автоматического стабилизатора напряжения (АВС), описанная в этой статье, на самом деле очень проста по конструкции, достаточно точна и обеспечит хорошую защиту подключенного к ней электронного устройства.Это особенно защитит их от опасных высоких напряжений, а также от возможных отключений (низкого напряжения). Выходной сигнал будет находиться в диапазоне 200–255 В переменного тока при входном напряжении 175–280 В переменного тока.

Как работает стабилизатор напряжения?

В одной из моих предыдущих статей вы, должно быть, узнали о работе автотрансформатора. Там мы изучили, как автотрансформатор может быть использован для создания напряжений выше и ниже, чем входное напряжение сети переменного тока.Автотрансформатор фактически играет самую важную роль в цепи стабилизатора напряжения.

Схема стабилизатора напряжения в основном состоит из датчика напряжения. Он настроен на обнаружение повышения или понижения напряжения сети переменного тока до опасного уровня. Как только он обнаруживает опасное входное напряжение, он немедленно включает реле, подключенные к нему. Эти реле, в свою очередь, меняют местами и переключают соответствующие клеммы обмотки автотрансформатора для корректировки и стабилизации выходного напряжения.Таким образом, устройство, подключенное к выходу схемы стабилизатора напряжения, всегда получает безопасное, допустимое напряжение и может надежно работать независимо от колеблющихся входных напряжений.

Давайте перейдем к изучению деталей, необходимых для его постройки, а также деталей его конструкции.

Необходимые детали

Для схемы потребуются следующие детали:

• Резистор Вт, CFR R1 = 2 K 7,

• Предустановка P1 = 10 K Линейный,

• Транзистор T1 = BC 547,

• Стабилитрон Z1 = 3 В / 400 мВт,

• Диод D1, D2 = 1N4007,

• Конденсатор = 220 мкФ / 25 В

• Реле RL1 = 12 В / DPDT mini ( двойной полюс, двойной ход),

• Трансформатор T1 = 12 – 0 – 12 В / 5 ампер.T2 = 0 – 12 В / 500 мА (вход в соответствии со спецификациями страны)

• Плата общего назначения = 3 дюйма на 3 дюйма

Строительные подсказки

С помощью данной принципиальной схемы (на следующей странице ) Построение этой простой схемы AVS может быть выполнено с помощью следующих простых шагов:

• В данную часть платы общего назначения вставьте транзистор, припаяйте и отрежьте его выводы.

• Закрепите и припаяйте остальные связанные детали вместе с реле вокруг транзистора.

• Свяжите их все согласно принципиальной схеме.

• Наконец, подключите первичный и вторичный провода трансформатора к контактам реле, как показано на схеме.

На следующей странице описаны схема и детали конструкции этой схемы автоматического стабилизатора напряжения.

Описание схемы

Функционирование этой простой схемы стабилизатора напряжения можно понять по следующим пунктам:

Обращаясь к рисунку ( Нажмите, чтобы увеличить ), мы видим, что транзистор T1 образует основную активную часть всей системы. схема.

Напряжение от меньшего трансформатора выпрямляется D1 и фильтруется C1 для получения необходимой рабочей мощности для схемы управления, состоящей из транзистора T1, предварительно установленного P1, стабилитрона Z1 и реле DPDT.

Вышеупомянутое напряжение также используется как базовое опорное или чувствительное напряжение. Поскольку это напряжение будет изменяться пропорционально изменениям приложенного входного напряжения.

Например, если обычно рабочее напряжение постоянного тока составляет около 12 вольт, увеличение или уменьшение входного напряжения сети переменного тока, скажем, на 25 вольт будет пропорционально увеличивать или уменьшать напряжение постоянного тока до 14 или 10 вольт соответственно.

Предварительная установка P1 настроена таким образом, что транзистор проводит и управляет реле всякий раз, когда входная сеть переменного тока имеет тенденцию отклоняться выше точного нормального напряжения (110 или 225 вольт) и наоборот.

Если входное напряжение превышает вышеуказанный предел, T1 проводит и активирует реле. Контакты реле подключают соответствующие соединения трансформатора стабилизатора мощности, чтобы вычесть 25 вольт на входе, то есть довести выходное напряжение примерно до 205 вольт. С этого момента, если сетевое напряжение продолжает увеличиваться, выходное напряжение для приборов будет на 25 вольт ниже него.Это означает, что даже если напряжение достигнет 260 В, выходная мощность будет только до 260 – 25 = 235 вольт.

Совершенно противоположное произойдет, если входной переменный ток упадет ниже нормального уровня, то есть в этом случае к выходу будет добавлено 25 вольт, и даже если вход продолжит падать и достигнет 180 вольт, выход достигнет только до 180 + 25 = 205 вольт.

Настоящая конструкция очень проста и проста, поэтому стабилизация не может быть очень точной. Но, конечно, он будет поддерживать выходное напряжение в пределах 200 и 250 вольт против предельных входных напряжений от 180 до 275 вольт (или в пределах 100 и 125 против 90 и 130 вольт).

Как это проверить?

Готовая монтажная плата простого стабилизатора напряжения может быть протестирована следующим способом:

• Для процедуры тестирования вам потребуется универсальный регулируемый источник питания постоянного тока 0–12 вольт.

• Можно предположить, что максимальное напряжение источника питания 12 В соответствует входному напряжению приблизительно 230 В переменного тока. Это напряжение примем за напряжение срабатывания или за напряжение переключения стабилизатора.

• Подключите источник питания к клеммам питания собранной печатной платы.

• Поддерживайте максимальное напряжение источника питания 12 вольт.

• Тщательно отрегулируйте предустановку, чтобы реле просто сработало.

• Теперь при уменьшении напряжения питания на 1 вольт, т.е. до 11 вольт, реле должно вернуться в деактивированное положение.

• На этом настройка устройства завершена. Он должен поддерживать выходное напряжение в диапазоне от 200 до 255 вольт с предельным входным напряжением от 175 до 280 вольт.

Ваш стабилизатор напряжения теперь готов и должен защищать все бытовые электронные устройства, подключенные к его выходу.

1% 20kw% 20220v% 20ac% 20voltage% 20stabilizer% 20schematic% 20диаграмма и примечания по применению

% PDF-1.7 % 372 0 объект > эндобдж xref 372 74 0000000016 00000 н. 0000003050 00000 н. 0000003240 00000 н. 0000003276 00000 н. 0000003885 00000 н. 0000003920 00000 н. 0000004057 00000 н. 0000004195 00000 н. 0000004302 00000 н. 0000004980 00000 н. 0000005247 00000 н. 0000005593 00000 п. 0000005705 00000 н. 0000005819 00000 н. 0000005856 00000 н. 0000006076 00000 н. 0000006795 00000 н. 0000007821 00000 п. 0000008784 00000 н. 0000009152 00000 п. 0000009179 00000 п. 0000009310 00000 п. 0000009832 00000 н. 0000010187 00000 п. 0000010524 00000 п. 0000010925 00000 п. 0000011248 00000 п. 0000012479 00000 п. 0000012793 00000 п. 0000012882 00000 п. 0000013424 00000 п. 0000014047 00000 п. 0000014391 00000 п. 0000014673 00000 п. 0000015295 00000 п. 0000016572 00000 п. 0000016918 00000 п. 0000017643 00000 п. 0000018309 00000 п. 0000018834 00000 п. 0000019762 00000 п. 0000019893 00000 п. 0000020974 00000 п. 0000021389 00000 п. 0000023187 00000 п. 0000023882 00000 п. 2i “3 + 6`5.b4O

Управление питанием, Глава 7: ИС регулятора напряжения

Практически во всех источниках питания используются полупроводники для обеспечения регулируемого выходного напряжения. Если источник питания имеет вход переменного тока, он выпрямляется до постоянного напряжения. ИС преобразователя мощности принимает входной сигнал постоянного тока и выдает выходной сигнал постоянного тока или управляет полупроводниковыми переключателями на выходе внешней мощности для создания выходного постоянного тока. Это стабилизатор напряжения, когда его выходное напряжение возвращается в цепь, благодаря которой напряжение остается постоянным.Если выходное напряжение имеет тенденцию повышаться или понижаться, обратная связь заставляет выходное значение оставаться прежним.

Преобразователь мощности может работать как по импульсной, так и по линейной схеме. В линейной конфигурации управляющий транзистор всегда рассеивает мощность, которую можно минимизировать, используя стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO), которые регулируют должным образом даже при относительно низком перепаде напряжения между их входом и выходом. ИС LDO имеют более простые схемы, чем их собратья с импульсным режимом, и производят меньше шума (без переключения), но ограничены своей способностью выдерживать ток и рассеивать мощность.Некоторые ИС LDO рассчитаны на ток около 200 мА, а другие могут выдерживать ток до 1 А.

КПД ИС LDO может составлять 40-60%, тогда как ИС в режиме переключения могут показывать КПД до 95%. Топологии с коммутационным режимом являются основным подходом для встроенных систем, но LDO также находят применение в некоторых приложениях.

Линейный регулятор с малым падением напряжения (LDO)

LDO обычно используются в системах, где требуется малошумящий источник питания вместо импульсного стабилизатора, который может нарушить работу системы.LDO также находят применение в приложениях, где регулятор должен поддерживать регулирование с небольшими различиями между входным напряжением питания и выходным напряжением нагрузки, например, в системах с батарейным питанием. Их низкое падение напряжения и низкий ток покоя делают их подходящими для портативных и беспроводных приложений. LDO со встроенным силовым полевым МОП-транзистором или биполярным транзистором обычно обеспечивают выходные сигналы в диапазоне от 50 до 500 мА.

Стабилизатор напряжения LDO работает в линейной области с топологией, показанной на рис.7-1. Основными компонентами стабилизатора напряжения являются последовательный транзистор (биполярный транзистор или полевой МОП-транзистор), усилитель дифференциальной ошибки и точный источник опорного напряжения.

7-1. В базовом LDO один вход усилителя дифференциальной ошибки, установленный резисторами R1 и R2, контролирует процентное значение выходного напряжения. Другой вход усилителя ошибки – это стабильное опорное напряжение (V _REF ). Если выходное напряжение увеличивается относительно VREF, усилитель дифференциальной ошибки изменяет выход проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения нагрузки (V _OUT ).

Ключевыми рабочими факторами LDO являются его падение напряжения, коэффициент отклонения источника питания (PSRR) и выходной шум. Низкое падение напряжения относится к разнице между входным и выходным напряжениями, которая позволяет ИС регулировать выходное напряжение нагрузки. То есть LDO может регулировать выходное напряжение нагрузки до тех пор, пока его вход и выход не приблизятся друг к другу при падении напряжения. В идеале падение напряжения должно быть как можно меньшим, чтобы свести к минимуму рассеивание мощности и максимизировать эффективность.Обычно считается, что падение напряжения достигается, когда выходное напряжение упало на 100 мВ ниже номинального значения. Ток нагрузки и температура проходного транзистора влияют на падение напряжения.

Внутренний источник опорного напряжения LDO – это потенциальный источник шума, обычно выражаемый в микровольтах RMS в определенной полосе частот, например, 30 мкВ RMS в диапазоне от 1 до 100 кГц. Этот низкий уровень шума вызывает меньше проблем, чем переходные процессы переключения и гармоники импульсного преобразователя. На рис. 7-1 LDO имеет штырек байпаса (опорного напряжения) для фильтрации шума опорного напряжения с конденсатором относительно земли.Добавление входных, выходных и байпасных конденсаторов, указанных в таблице, обычно приводит к беспроблемному уровню шума.

Среди их эксплуатационных соображений – тип и диапазон приложенного входного напряжения, требуемое выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, минимальное падение напряжения, ток покоя, рассеиваемая мощность и ток отключения.

Управление контуром компенсации частоты LDO с включением нагрузочного конденсатора снижает чувствительность к ESR конденсатора (эквивалентное последовательное сопротивление), что обеспечивает стабильный LDO с конденсаторами хорошего качества любого типа.Кроме того, выходной конденсатор должен располагаться как можно ближе к выходному.

Дополнительные функции в некоторых LDO:

• Вход разрешения, позволяющий внешнее управлять включением и выключением LDO.

• Плавный пуск, который ограничивает пусковой ток и контролирует время нарастания выходного напряжения при включении питания.

• Контакт байпаса, который позволяет внешнему конденсатору снижать шум опорного напряжения.

• Выходной сигнал ошибки, указывающий, выходит ли выход из регулирования.

• Тепловое отключение, при котором LDO отключается, если его температура превышает заданное значение.

• Защита от перегрузки по току (OCP), которая ограничивает выходной ток LDO и рассеиваемую мощность.

LT3042

LT3042 от Linear Technology – это линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), в котором используется уникальная архитектура для минимизации шумовых эффектов и оптимизации подавления пульсаций источника питания (PSRR).

PSRR описывает, насколько хорошо схема отклоняет пульсации, введенные на ее входе.Пульсации могут быть вызваны либо входным источником питания, например пульсациями питания 50/60 Гц, пульсациями переключения от преобразователя постоянного / постоянного тока, либо пульсациями из-за совместного использования входного питания с другими цепями.

Для LDO PSRR – это функция регулируемой пульсации выходного напряжения по сравнению с пульсацией входного напряжения в заданном частотном диапазоне (обычно от 10 Гц до 1 МГц), выраженная в децибелах (дБ). Это может быть важным фактором, когда LDO питает аналоговые схемы, потому что низкий PSRR может позволить пульсации на выходе влиять на другие схемы.

с низким ESR и дополнительные конденсаторы обхода опорного напряжения улучшают характеристики PSRR. В аккумуляторных системах должны использоваться LDO, которые поддерживают высокий PSRR при низком напряжении аккумуляторной батареи.

LT3042, показанный на упрощенной схеме на рис. 7-2, представляет собой LDO, который снижает шум и увеличивает PSRR. Вместо опорного напряжения, используемого в большинстве традиционных линейных регуляторов, LT3042 использует опорный ток, который работает с типичным уровнем шумового тока 20 пА / √Гц (6nARMS в полосе пропускания от 10 Гц до 100 кГц).

7-2. LT3042 – это LDO-стабилизатор, в котором используется уникальная архитектура для минимизации шумовых эффектов и оптимизации подавления пульсаций источника питания (PSRR).

Источник тока сопровождается высокопроизводительным буфером напряжения Rail-to-Rail, что позволяет легко подключать его параллельно для дальнейшего снижения шума, увеличения выходного тока и распределения тепла на печатной плате. Параллельное подключение нескольких LT3042 дополнительно снижает уровень шума в √N раз, где N – количество параллельных цепей.

LT3080

Linear Technology является уникальным, 1.1A LDO, который можно подключить параллельно для увеличения выходного тока или распределения тепла в платах для поверхностного монтажа (рис. 7-3). Эта ИС выводит коллектор проходного транзистора, чтобы обеспечить работу с малым падением напряжения – до 350 мВ – при использовании с несколькими источниками питания. Функции защиты включают защиту от короткого замыкания и безопасную рабочую зону, а также тепловое отключение.

7-3. LT3080 может программировать выходное напряжение на любой уровень от нуля до 36 В.

Ключевой особенностью LT3080 является способность обеспечивать широкий диапазон выходного напряжения.Используя опорный ток через единственный резистор, выходное напряжение программируется на любой уровень от нуля до 36 В. Он стабилен с емкостью на выходе 2,2 мкФ и может использовать небольшие керамические конденсаторы, которые не требуют дополнительного ESR, в отличие от других регуляторов.

LT3080 особенно хорошо подходит для приложений, требующих нескольких рельсов. Его архитектура регулируется до нуля с помощью одного резистора, который обслуживает современные низковольтные цифровые ИС, а также обеспечивает простую параллельную работу и управление температурой без радиаторов.Регулировка выхода на «ноль» позволяет отключить схему с питанием, а когда вход предварительно отрегулирован – например, входной источник 5 В или 3,3 В – внешние резисторы могут помочь распределить тепло.

Прецизионный «0» внутренний источник тока TC 10 мкА подключается к неинвертирующему входу его операционного усилителя мощности, который обеспечивает низкоомный буферизованный выход для напряжения на неинвертирующем входе. Один резистор между неинвертирующим входом и землей устанавливает выходное напряжение; установка этого резистора на ноль дает нулевой выходной сигнал.Любое выходное напряжение может быть получено от нуля до максимального значения, определяемого входным источником питания.

Использование источника истинного тока позволяет регулятору демонстрировать усиление и частотную характеристику независимо от положительного входного импеданса. Старые регулируемые регуляторы изменяют усиление контура в зависимости от выходного напряжения и изменяют полосу пропускания при обходе регулировочного штифта. Для LT3080 коэффициент усиления контура не изменяется при изменении выходного напряжения или обходе. Регулировка выхода не фиксируется в процентах от выходного напряжения, а составляет фиксированную долю милливольт.Использование источника истинного тока позволяет обеспечить стабилизацию всего коэффициента усиления буферного усилителя, и никакое усиление не требуется для повышения опорного напряжения до более высокого выходного напряжения.

ИС может работать в двух режимах. Один из них – это трехконтактный режим, который соединяет управляющий контакт с входным контактом питания, что ограничивает его падение до 1,35 В. В качестве альтернативы вы можете подключить вывод «control» к более высокому напряжению, а вывод питания IN к более низкому напряжению, что приведет к падению напряжения 350 мВ на выводе IN и минимизации рассеиваемой мощности.Это позволяет источнику питания 1,1 А регулировать от 2,5VIN до 1,8VOUT или от 1,8VIN до 1,2VOUT с низким уровнем рассеивания.

Импульсные ИС

На рис. 7-4 показан упрощенный ШИМ-контроллер, используемый с импульсным преобразователем. Во время работы часть выходного постоянного напряжения возвращается в усилитель ошибки, который заставляет компаратор управлять временем включения и выключения ШИМ. На рис. 7-4 показано, как изменяется ширина импульса ШИМ для разных процентов времени включения и выключения. Чем больше время включения, тем выше выпрямленное выходное напряжение постоянного тока.Регулировка выходного напряжения сохраняется, если выходной сигнал, отфильтрованный силовым полевым МОП-транзистором, имеет тенденцию к изменению, в этом случае обратная связь регулирует рабочий цикл ШИМ, чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

7-4. Контроллер PWM генерирует прямоугольные волны разной ширины в зависимости от обратной связи по выходному напряжению.

Для генерации сигнала ШИМ усилитель ошибки принимает входной сигнал обратной связи и стабильное опорное напряжение для создания выходного сигнала, связанного с разностью двух входов.Компаратор сравнивает выходное напряжение усилителя ошибки с пилообразной характеристикой генератора, создавая модулированную ширину импульса. Выход компаратора применяется к логической схеме переключения, выход которой поступает на выходной драйвер для внешнего силового полевого МОП-транзистора. Логика переключения обеспечивает возможность включения или отключения сигнала ШИМ, подаваемого на силовой полевой МОП-транзистор.

Большинство микросхем ШИМ-контроллеров обеспечивают токоограничивающую защиту, измеряя выходной ток. Если вход считывания тока превышает определенный порог, он завершает текущий цикл (поцикловое ограничение тока).

Компоновка схемы имеет решающее значение при использовании резистора считывания тока, который должен быть типа с низкой индуктивностью. Расположите конденсатор фильтра считывания тока очень близко к выводу PWM IC и подключите его напрямую. Кроме того, все чувствительные к шуму маломощные заземляющие соединения должны быть соединены вместе рядом с IC GND, а одно соединение должно быть выполнено с заземлением питания (точка заземления сенсорного резистора).

В большинстве микросхем ШИМ-контроллеров частоту генератора задает один внешний резистор или конденсатор.Чтобы установить желаемую частоту генератора, используйте уравнение в таблице данных контроллера для расчета номинала резистора.

Некоторые преобразователи ШИМ включают возможность синхронизации генератора с внешними часами с частотой, которая либо выше, либо ниже частоты внутреннего генератора. Если нет необходимости в синхронизации, подключите вывод синхронизации к GND, чтобы предотвратить шумовые помехи.

Поскольку ИС ШИМ является частью цепи обратной связи, вход усилителя ошибки должен использовать схему частотной компенсации для обеспечения стабильности системы.

Типичный преобразователь мощности принимает входной сигнал постоянного тока, преобразует его в частоту переключения, а затем выпрямляет его для получения выходного постоянного тока. Часть его выхода постоянного тока сравнивается с опорным напряжением (V _REF ) и управляет ШИМ. Если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, напряжение, подаваемое обратно в схему ШИМ, снижает ее рабочий цикл, в результате чего ее выходное напряжение уменьшается и поддерживается надлежащее регулируемое напряжение. И наоборот, если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, обратная связь приводит к увеличению рабочего цикла переключателя мощности, поддерживая регулируемый выход при надлежащем напряжении.

Обычно силовой полупроводниковый переключатель включается и выключается с частотой, которая может находиться в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц, в зависимости от типа ИС. Частота переключения определяет физический размер и стоимость катушек индуктивности, конденсаторов и трансформаторов фильтра. Чем выше частота переключения, тем меньше физический размер и стоимость компонентов. Чтобы оптимизировать эффективность, материал магнитопровода для индуктора и трансформатора должен соответствовать частоте переключения. Таким образом, материал сердечника трансформатора / катушки индуктивности следует выбирать таким образом, чтобы он эффективно работал на частоте переключения.

На рис. 7-5 показана упрощенная схема импульсного регулятора напряжения. Для импульсных преобразователей постоянного и постоянного тока требуется средство для изменения выходного напряжения в ответ на изменения нагрузки. Один из подходов заключается в использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая управляет входом в соответствующий переключатель питания. Сигнал ШИМ состоит из двух значений: ВКЛ и ВЫКЛ. Фильтр нижних частот, подключенный к выходу переключателя питания, обеспечивает напряжение, пропорциональное времени включения и выключения контроллера ШИМ.

7-5. Импульсный преобразователь использует широтно-импульсный модулятор для управления регулированием

Существует два типа импульсных преобразователей: изолированные и неизолированные, что зависит от наличия прямого пути постоянного тока от входа к выходу. В изолированном преобразователе используется трансформатор, обеспечивающий изоляцию входного и выходного напряжения (рис. 7-6).

7-6. Изолированный импульсный преобразователь использует трансформатор для изоляции.

В неизолированном преобразователе обычно используется индуктор, и между входом и выходом нет развязки по напряжению (рис. 7-7). Для подавляющего большинства приложений подходят неизолированные преобразователи. Однако в некоторых приложениях требуется изоляция между входным и выходным напряжениями. Преимущество преобразователя на основе трансформатора состоит в том, что он может легко создавать несколько выходных напряжений, тогда как преобразователь на основе индуктора обеспечивает только один выход.

7-7.Неизолированный импульсный преобразователь.

Топологии цепей

В преобразователях постоянного тока используются две основные топологии ИС. Если выходное напряжение ниже входного напряжения, ИС называется понижающим преобразователем. Если выходное напряжение выше входного напряжения, ИС называется повышающим преобразователем.

В своей базовой схеме (рис. 7-8) понижающий стабилизатор принимает входной сигнал постоянного тока, преобразует его в частоту переключения ШИМ (широтно-импульсный модулятор), которая управляет выходным сигналом силового полевого МОП-транзистора (Q1).Внешний выпрямитель, катушка индуктивности и выходной конденсатор создают регулируемый выход постоянного тока. ИС регулятора сравнивает часть выпрямленного выходного напряжения постоянного тока с опорным напряжением (V _REF ) и изменяет рабочий цикл ШИМ для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока. Если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, ШИМ снижает свой рабочий цикл, вызывая уменьшение выходного сигнала и поддержание регулируемого выходного сигнала при надлежащем напряжении. И наоборот, если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, обратная связь заставляет рабочий цикл ШИМ увеличиваться и поддерживать регулируемый выход.

7,8. Базовый понижающий преобразователь; индуктор всегда «противостоит» входному напряжению.

Топология понижающего или понижающего регулятора имеет преимущества простоты и низкой стоимости. Однако он имеет ограниченный диапазон мощности, и его прямой путь постоянного тока от входа к выходу может создать проблему, если есть закороченный переключатель питания.

LT8602

LT8602 от Linear Technology представляет собой монолитный понижающий импульсный стабилизатор постоянной частоты, работающий по току, с четырьмя выходными каналами (рис.7-9). Два канала – это каналы высокого напряжения с входом от 3 до 42 В, а два других – каналы низкого напряжения с входом от 2,6 до 5,5 В.

7-9. Четырехканальный понижающий преобразователь LT8602 имеет два канала высокого напряжения с входом от 3 до 42 В, а два других – каналы низкого напряжения с входом от 2,6 до 5,5 В.

В ИС используется один генератор, который генерирует два тактовых сигнала (CLK) на 180 градусов. не в фазе. Каналы 1 и 3 работают с CLK1, а каналы 2 и 4 работают с CLK2.Понижающий стабилизатор потребляет входной ток только во время верхнего цикла включения, поэтому многофазный режим снижает пиковый входной ток и удваивает частоту входного тока. Это снижает как пульсации входного тока, так и требуемую входную емкость.

Каждый канал высокого напряжения (HV) представляет собой синхронный понижающий стабилизатор, который работает от собственного вывода PVIN. Внутренний полевой МОП-транзистор с максимальной мощностью включается в начале каждого цикла генератора и выключается, когда ток, протекающий через верхний МОП-транзистор, достигает уровня, определяемого его усилителем ошибки.Усилитель ошибки измеряет выходное напряжение через внешний резистивный делитель, подключенный к выводу FB, для управления пиковым током в верхнем переключателе.

Пока верхний МОП-транзистор выключен, нижний МОП-транзистор включен на оставшуюся часть цикла генератора или до тех пор, пока ток в катушке индуктивности не начнет реверсировать. Если в результате перегрузки через нижний переключатель проходит ток более 2 А (канал 1) или 3,3 А (канал 2), следующий тактовый цикл будет отложен до тех пор, пока ток переключения не вернется к более низкому безопасному уровню.

Высоковольтные каналы имеют входы Track / Soft-Start (TRKSS1, TRKSS2). Когда на этом выводе ниже 1 В, преобразователь регулирует вывод FB на напряжение TRKSS вместо внутреннего опорного напряжения. Вывод TRKSS имеет подтягивающий ток 2,4 мкА. Вывод TRKSS также может использоваться, чтобы позволить выходу отслеживать другой регулятор, либо другой канал высокого напряжения, либо внешний регулятор.

Как показано на упрощенной схеме индуктивно-повышающего преобразователя постоянного тока (рис. 7-10), включение силового полевого МОП-транзистора вызывает нарастание тока через катушку индуктивности.При выключении силового МОП-транзистора ток через диод направляется к выходному конденсатору. Несколько циклов переключения создают напряжение выходного конденсатора из-за заряда, который он накапливает от тока катушки индуктивности. В результате выходное напряжение выше входного.

7-10. Базовый неизолированный импульсный индуктивно-повышающий преобразователь постоянного тока.

LTC3124

Типичная прикладная схема LTC3124 компании Linear Technology, показанная на рис. 7-11, использует внешний резистивный делитель напряжения от VOUT до FB и до SGND для программирования выхода из 2.От 5 до 15 В. При настройке на выход 12 В он может непрерывно выдавать до 1,5 А от входа 5 В. Ограничение по току 2,5 А на фазу, а также возможность программирования выходного напряжения до 15 В делают его пригодным для различных приложений.

7-11. В прикладной схеме LTC3124 используется внешний резистивный делитель напряжения от VOUT до FB и до SGND для программирования выхода от 2,5 до 15 В.

Использование двух фаз, расположенных на равном расстоянии 180 град. кроме того, удваивает частоту пульсаций на выходе и значительно снижает ток пульсаций выходного конденсатора.Хотя для этой архитектуры требуются две катушки индуктивности, а не одна, она имеет несколько важных преимуществ:

• Существенно более низкий пиковый ток индуктивности позволяет использовать индукторы меньшего размера и по более низкой цене.

• Значительно сниженный выходной ток пульсации сводит к минимуму требования к выходной емкости.

• Более высокочастотные пульсации на выходе легче отфильтровать для приложений с низким уровнем шума.

• Входной ток пульсации также снижен для снижения шума VIN.

При двухфазном режиме работы одна фаза всегда подает ток на нагрузку, если VIN больше половины VOUT (для рабочих циклов менее 50%).По мере дальнейшего уменьшения рабочего цикла, ток нагрузки между двумя фазами начинает перекрываться, происходя одновременно для растущей части каждой фазы по мере того, как рабочий цикл приближается к нулю. По сравнению с однофазным преобразователем, это значительно снижает как выходной ток пульсации, так и пиковый ток в каждой катушке индуктивности.

LTC3124 обеспечивает преимущество для систем с батарейным питанием, он может запускаться от входов с низким напряжением 1,8 В и продолжать работать от входов с низким напряжением 0.5 В, при этом выходное напряжение превышает 2,5 В. Это увеличивает время работы за счет максимального увеличения количества энергии, извлекаемой из входного источника. Ограничивающими факторами для применения являются способность источника питания обеспечивать достаточную мощность на выходе при низком входном напряжении и максимальный рабочий цикл, который ограничен 94%. При низких входных напряжениях небольшие падения напряжения из-за последовательного сопротивления становятся критическими и ограничивают подачу мощности преобразователем.

Даже если входное напряжение превышает выходное напряжение, ИС будет регулировать выход, обеспечивая совместимость с любым типом батарей.LTC3124 – идеальное решение для повышающих приложений, требующих выходного напряжения до 15 В, где определяющими факторами являются высокая эффективность, небольшие размеры и высокая надежность.

LTC3110

LTC3110 от Linear Technology представляет собой комбинацию понижающе-повышающего регулятора / зарядного устройства постоянного / постоянного тока на 2 А с выбираемыми контактами режимами работы для зарядки и резервного питания системы (рис. 7-12). Это двунаправленное, программируемое зарядное устройство суперконденсатора с понижающим и повышающим входным током обеспечивает активную балансировку заряда для суперконденсаторов 1-й или 2-й серии.Его запатентованная топология понижающего-повышающего шума с низким уровнем шума выполняет работу двух отдельных импульсных регуляторов, экономя размер, стоимость и сложность.

7-12. LTC3110 – это комбинация понижающе-повышающего регулятора / зарядного устройства постоянного / постоянного тока на 2 А с выбираемыми контактами режимами работы для зарядки и резервного питания системы.

Двунаправленный относится к потоку постоянного тока, связанному с VSYS, выводом источника питания для резервного выходного напряжения системы и входного напряжения зарядного тока. В одном направлении LTC3110 работает как понижающий-повышающий стабилизатор, снимая ток с суперконденсатора и обеспечивая регулируемое напряжение на нагрузке на выводе VSYS.В другом направлении знак тока меняется на противоположный, и точно ограниченный ток течет от системной шины обратно, чтобы зарядить суперконденсатор. Если VSYS падает из-за потери мощности, он может автономно переключать направление для стабилизации напряжения системы, подавая ток от суперконденсатора в VSYS.

LTC3110 имеет диапазоны напряжения конденсатора / батареи от 0,1 до 5,5 В и резервного напряжения системы от 1,8 до 5,25 В, что делает его подходящим для широкого спектра приложений резервного копирования с использованием суперконденсаторов или батарей, например:

• Он объединяет все функции, необходимые для использования преимуществ суперконденсаторов, зарядки, балансировки и резервного копирования.

• Ограничение входного тока с точностью ± 2% исключает использование внешних компонентов, снижает IQ и позволяет использовать все возможности источника питания без превышения пределов безопасности.

• Распределение входной мощности позволяет LTC3110 и другим преобразователям постоянного / постоянного тока или нагрузкам использовать один и тот же источник питания с минимальным снижением номинальных характеристик / запасом.

• Активный балансировщик синхронно перемещает заряд между конденсаторами, устраняя внешние балластные резисторы и их потери мощности, что приводит к меньшему количеству циклов перезарядки и более быстрой зарядке.

• Он может автономно переходить из режима зарядки в резервный или переключать режимы на основе внешней команды.

На рис. 7-13 ШИМ-регулятор включает и выключает полевой МОП-транзистор. Без обратной связи рабочий цикл ШИМ определяет выходное напряжение, которое в два раза превышает входное для рабочего цикла 50%. Увеличение напряжения в два раза приводит к тому, что входной ток в два раза превышает выходной ток. В реальной схеме с потерями входной ток немного выше.

7-13.Базовый прямой преобразователь может работать как повышающий или понижающий преобразователь. Теоретически он должен использовать «идеальный» трансформатор без потоков утечки, нулевого тока намагничивания и потерь.

Его преимущества – простота, низкая стоимость и возможность увеличения мощности без использования трансформатора. Недостатками являются ограниченный диапазон мощности и относительно высокая пульсация на выходе из-за нерабочего времени, исходящего от выходного конденсатора.

Выбор индуктора является важной частью этой схемы повышения, потому что значение индуктивности влияет на входные и выходные пульсации напряжения и токи.Индуктор с низким последовательным сопротивлением обеспечивает оптимальную эффективность преобразования энергии. Выберите номинальный ток насыщения катушки индуктивности так, чтобы он был выше установившегося пикового тока катушки индуктивности в приложении.

Для обеспечения стабильности для рабочих циклов выше 50% для индуктора требуется минимальное значение, определяемое минимальным входным напряжением и максимальным выходным напряжением. Это зависит от частоты переключения, рабочего цикла и сопротивления открытого МОП-транзистора.

Топология прямого преобразователя (рис.7-13) представляет собой изолированную версию понижающего преобразователя. Использование трансформатора позволяет прямому преобразователю быть либо повышающим, либо понижающим преобразователем, хотя наиболее распространенным применением является понижающий преобразователь. Основными преимуществами прямой топологии являются ее простота и гибкость.

Другая топология с трансформаторной изоляцией, упрощенный обратноходовой преобразователь (рис. 7-14), работает в режиме непрямого преобразования. Топология Flyback – одно из наиболее распространенных и экономичных средств для генерирования умеренного уровня изолированного питания в преобразователях переменного тока в постоянный.Он обладает большей гибкостью, поскольку может легко генерировать несколько выходных напряжений путем добавления дополнительных вторичных обмоток трансформатора. Недостатком является то, что регулирование и пульсации на выходе не так жестко контролируются, как в некоторых других топологиях, и нагрузки на выключатель питания выше.

7-14. Трансформатор базового обратноходового преобразователя обычно имеет воздушный зазор, что позволяет ему накапливать энергию во время работы и передавать энергию диоду во время простоя.

LT3798

Linear Technology представляет собой изолированный контроллер обратного хода с одноступенчатой ​​активной коррекцией коэффициента мощности (PFC). Эффективность более 86% может быть достигнута при уровне выходной мощности до 100 Вт. В зависимости от выбора внешних компонентов, он может работать в диапазоне входных напряжений от 90 до 277 В переменного тока и может легко увеличиваться или уменьшаться. Кроме того, LT3798 может использоваться в приложениях с высоким входным напряжением постоянного тока, что делает его пригодным для использования в промышленности, электромобилях, горнодобывающей промышленности и медицине.

На Рис. 7-15 показано типичное приложение для LT3798. Эта ИС представляет собой контроллер переключения режима тока, специально предназначенный для создания источника постоянного тока / постоянного напряжения с изолированной обратноходовой топологией. Для поддержания регулирования в этой топологии обычно используется обратная связь по выходному напряжению и току от изолированной вторичной обмотки выходного трансформатора до VIN. Обычно для этого требуется оптоизолятор. Вместо этого LT3798 использует пиковый ток внешнего полевого МОП-транзистора, полученный из считывающего резистора, для определения выходного тока обратноходового преобразователя, не требуя оптопары.

7-15. Контроллер обратного хода LT3798 с одноступенчатой ​​активной коррекцией коэффициента мощности (PFC).

Как показано на рис. 7-15, выходной трансформатор имеет три обмотки, включая выходную. Сток внешнего полевого МОП-транзистора подключается к одной из первичных обмоток. Третья обмотка трансформатора определяет выходное напряжение, а также подает питание для установившегося режима работы. Вывод VIN подает питание на внутренний LDO, который генерирует 10 В на выводе INTVCC. Схема внутреннего управления состоит из двух усилителей ошибок, схемы минимума, умножителя, передаточного затвора, компаратора тока, генератора низкого выходного тока и главной защелки.Кроме того, схема выборки и хранения контролирует выходное напряжение третьей обмотки. Компаратор обнаруживает режим прерывистой проводимости (DCM) с конденсатором и последовательным резистором, подключенными к третьей обмотке.

Во время типичного цикла драйвер затвора включает внешний полевой МОП-транзистор, так что ток течет в первичной обмотке. Этот ток увеличивается со скоростью, пропорциональной входному напряжению и обратно пропорциональной индуктивности намагничивания трансформатора. Контур управления определяет максимальный ток, и компаратор выключает переключатель, когда он достигает этого значения.Когда переключатель выключается, энергия трансформатора вытекает из вторичной обмотки через выходной диод D1. Этот ток уменьшается со скоростью, пропорциональной выходному напряжению. Когда ток уменьшается до нуля, выходной диод выключается, и напряжение на вторичной обмотке начинает колебаться в зависимости от паразитной емкости и намагничивающей индуктивности трансформатора.

Напряжение на всех обмотках одинаковое, поэтому третья обмотка тоже работает. Конденсатор, подключенный к выводу DCM, отключает компаратор, который служит детектором du / dt при возникновении звонка.Эта временная информация используется для расчета выходного тока. Детектор du / dt ожидает, пока сигнал вызывного сигнала достигнет своего минимального значения, а затем включается переключатель. Такое переключение аналогично переключению при нулевом напряжении и сводит к минимуму потери энергии при включении переключателя, повышая эффективность до 5%. Эта ИС работает на границе непрерывного и прерывистого режимов проводимости, что называется критическим режимом проводимости (или граничным режимом проводимости). Работа в режиме критической проводимости позволяет использовать трансформатор меньшего размера, чем конструкции, работающие в режиме постоянной проводимости.

SEPIC

Несимметричный преобразователь первичной индуктивности (SEPIC) представляет собой топологию преобразователя постоянного / постоянного тока, который обеспечивает положительное регулируемое выходное напряжение от входного напряжения, которое изменяется сверху вниз от выходного напряжения. В упрощенном преобразователе SEPIC, показанном на рис. 7-16, используются две катушки индуктивности, L1 и L2, которые могут быть намотаны на один и тот же сердечник, поскольку на протяжении всего цикла переключения к ним прикладываются одинаковые напряжения. Использование спаренного дросселя занимает меньше места на ПК. плата и, как правило, дешевле, чем два отдельных индуктора.Конденсатор C4 изолирует вход от выхода и обеспечивает защиту от короткого замыкания нагрузки.

7-16. Две катушки индуктивности в базовом преобразователе SEPIC могут быть намотаны на один и тот же сердечник, поскольку в течение всего цикла переключения к ним прикладываются одинаковые напряжения.

ИС регулирует выход с помощью ШИМ-управления в текущем режиме, которое включает силовой полевой МОП-транзистор Q1 в начале каждого цикла переключения. Входное напряжение подается на катушку индуктивности и сохраняет энергию по мере нарастания тока в катушке индуктивности.Во время этой части цикла переключения ток нагрузки обеспечивается выходным конденсатором. Когда ток катушки индуктивности повышается до порога, установленного выходом усилителя ошибки, выключатель питания выключается, и внешний диод Шоттки смещается в прямом направлении. Катушка индуктивности передает накопленную энергию для пополнения выходного конденсатора и подачи тока нагрузки. Эта операция повторяется в каждом цикле переключения. Рабочий цикл преобразователя определяется компаратором управления ШИМ, который сравнивает выходной сигнал усилителя ошибки и текущий сигнал.

Сигнал пилообразного изменения от генератора добавляется к пилообразному сигналу тока. Эта компенсация наклона предназначена для предотвращения субгармонических колебаний, которые присущи управлению режимом тока при скважности выше 50%. Контур обратной связи регулирует вывод FB до опорного напряжения через усилитель ошибки. Выход усилителя ошибки подключен к выводу COMP. К выводу COMP подключена внешняя RC-компенсационная цепь для оптимизации контура обратной связи для обеспечения стабильности и переходной характеристики.

TPS61170

TPS61170 – это монолитный высоковольтный импульсный стабилизатор от Texas Instruments со встроенным силовым полевым МОП-транзистором 1,2 А, 40 В. Устройство может быть сконфигурировано в нескольких стандартных топологиях регулятора, включая повышающий и SEPIC. Рисунок 7-17 показывает конфигурацию SEPIC. Устройство имеет широкий диапазон входного напряжения для поддержки приложений с входным напряжением от батарей или регулируемых шин питания 5 В, 12 В.

7-17. TPS61170 сконфигурирован как преобразователь SEPIC.

В ИС встроен полевой транзистор нижнего уровня на 40 В для обеспечения выходного напряжения до 38 В. Устройство регулирует выход с помощью токового режима ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Частота переключения ШИМ составляет 1,2 МГц (типичное значение). Схема управления ШИМ включает переключатель в начале каждого цикла переключения. Входное напряжение подается на катушку индуктивности и сохраняет энергию по мере нарастания тока в катушке индуктивности. Во время этой части цикла переключения ток нагрузки обеспечивается выходным конденсатором.Когда ток катушки индуктивности повышается до порога, установленного выходом усилителя ошибки, выключатель питания выключается, и внешний диод Шоттки смещается в прямом направлении. Катушка индуктивности передает накопленную энергию для пополнения выходного конденсатора и подачи тока нагрузки. Эта операция повторяет каждый цикл переключения. Как показано на блок-схеме, рабочий цикл преобразователя определяется компаратором управления ШИМ, который сравнивает выходной сигнал усилителя ошибки и текущий сигнал.

TPS61170 работает на 1.Частота коммутации 2 МГц, что позволяет использовать низкопрофильные катушки индуктивности и недорогие керамические входные и выходные конденсаторы. Он имеет встроенную защиту, включая ограничение по току, плавный пуск и тепловое отключение.

Гистерезисный преобразователь

Базовый гистерезисный регулятор, показанный на рис. 7-18, представляет собой тип импульсного регулятора, в котором не используется ШИМ. Он состоит из компаратора с входным гистерезисом, который сравнивает выходное напряжение обратной связи с опорным напряжением. Когда напряжение обратной связи превышает опорное напряжение, выходной сигнал компаратора становится низким, отключая понижающий переключатель MOSFET.Переключатель остается выключенным до тех пор, пока напряжение обратной связи не упадет ниже опорного напряжения гистерезиса. Затем на выходе компаратора повышается уровень, включается переключатель и снова повышается выходное напряжение.

7-18. Базовый гистерезисный регулятор представляет собой самый быстрый способ управления преобразователем постоянного тока.

Базовый гистерезисный преобразователь состоит из компаратора ошибок, управляющей логики и внутреннего задания. Выход обычно управляет синхронным выпрямителем, который может быть внутренним или внешним.Часть выходного напряжения возвращается в компаратор ошибок, который сравнивает его с опорным напряжением. Если выходное напряжение стремится к низкому уровню относительно опорного напряжения, выходной конденсатор заряжается до тех пор, пока не достигнет равновесия с опорным напряжением. Затем компаратор включает синхронный выпрямитель. Когда синхронный выпрямитель включен, выходное напряжение падает достаточно низко, чтобы преодолеть гистерезис компаратора, после чего синхронный выпрямитель отключается, начиная новый цикл.

В гистерезисном регуляторе нет усилителя ошибки напряжения, поэтому его реакция на любое изменение тока нагрузки или входного напряжения практически мгновенно. Следовательно, гистерезисный регулятор представляет собой самый быстрый способ управления преобразователем постоянного тока. Недостатком обычного гистерезисного регулятора является то, что его частота изменяется пропорционально ESR выходного конденсатора. Поскольку начальное значение часто плохо контролируется, а ESR электролитических конденсаторов также изменяется с температурой и возрастом, практические изменения ESR могут легко привести к изменениям частоты в диапазоне от одного до трех.Однако существует модификация гистерезисной топологии, которая устраняет зависимость рабочей частоты от ESR.

LM3475

LM3475 – это понижающий (понижающий) контроллер постоянного и переменного тока, в котором используется гистерезисная архитектура управления, которая обеспечивает регулирование с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) (рис. 7-19). Схема гистерезисного управления не использует внутренний генератор. Частота переключения зависит от внешних компонентов и условий эксплуатации. Рабочая частота снижается при малых нагрузках, что обеспечивает превосходную эффективность по сравнению с архитектурами с ШИМ.Поскольку переключение напрямую контролируется выходными условиями, гистерезисное управление обеспечивает исключительную переходную характеристику нагрузки.

7-19. LM3475 – это понижающий (понижающий) контроллер постоянного / переменного тока, в котором используется гистерезисная архитектура управления, которая обеспечивает регулирование с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ).

LM3475 использует контур управления напряжением на основе компаратора. Напряжение на выводе обратной связи сравнивается с опорным напряжением 0,8 В с гистерезисом 21 мВ. Когда входное напряжение FB компаратора падает ниже опорного напряжения, выход компаратора становится низким.Это приводит к тому, что выходной сигнал драйвера PGATE переводит затвор PFET в низкий уровень и включает PFET.

При включенном PFET входной источник питания заряжает COUT и подает ток на нагрузку через PFET и катушку индуктивности. Ток через катушку индуктивности линейно нарастает, а выходное напряжение увеличивается. Когда напряжение FB достигает верхнего порога (опорное напряжение плюс гистерезис), выход компаратора становится высоким, и PGATE выключает PFET. Когда PFET выключается, загорается диод, и ток через катушку индуктивности падает.Когда выходное напряжение падает ниже опорного напряжения, цикл повторяется.

Конвертер Cuk

Преобразователь Cuk – это преобразователь постоянного тока, величина выходного напряжения которого может быть больше или меньше входного напряжения. По сути, это повышающий преобразователь, за которым следует понижающий преобразователь с конденсатором для передачи энергии. Это инвертирующий преобразователь, поэтому выходное напряжение отрицательно по отношению к входному. Неизолированный преобразователь Cuk может иметь только противоположную полярность между входом и выходом.Он использует конденсатор в качестве основного элемента накопления энергии, в отличие от большинства других типов преобразователей, в которых используется катушка индуктивности.

Как и другие преобразователи (понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, понижающий-повышающий преобразователь), преобразователь Cuk может работать в режиме непрерывного или прерывистого тока. Однако, в отличие от этих преобразователей, он также может работать в режиме прерывистого напряжения (напряжение на конденсаторе падает до нуля во время цикла коммутации).

LM2611 от Texas Instruments представляет собой преобразователь Cuk, который состоит из контроллера режима тока со встроенным первичным переключателем и встроенной схемой измерения тока (рис.7-20). Обратная связь подключена к усилителю внутренней ошибки и использует внутреннюю компенсацию типа II / III. Генератор рампы обеспечивает некоторую компенсацию наклона системе. Вывод SHDN – это логический вход, предназначенный для отключения преобразователя.

7-20. LM2611 сконфигурирован как преобразователь Cuk

А, LM2611 имеет опорное напряжение -1,23 В, что делает его идеальным для использования в преобразователе Cuk. Преобразователь Cuk инвертирует вход и может повышать или понижать абсолютное значение.Используя катушки индуктивности как на входе, так и на выходе, преобразователь Cuk производит очень небольшие колебания входного и выходного тока. Это значительное преимущество по сравнению с другими инвертирующими топологиями, такими как повышенно-понижающий и обратный.

Многофазный преобразователь

По мере увеличения требований к току возрастает и потребность в увеличении количества фаз в преобразователе. Однофазные понижающие контроллеры подходят для низковольтных устройств с токами до 25 А, однако рассеивание мощности и эффективность являются проблемой при более высоких токах.Одним из подходов к более высоким токовым нагрузкам является многофазный понижающий контроллер. Их производительность делает их идеальными для питания персональной электроники, портативных промышленных устройств, твердотельных накопителей, приложений с малыми ячейками, ПЛИС и микропроцессоров.

Двухфазная схема, показанная на рис. 7-21, имеет чередование фаз, что снижает токи пульсаций на входе и выходе. Это также уменьшает количество горячих точек на печатной плате или отдельном компоненте. Двухфазный понижающий преобразователь вдвое снижает рассеиваемую мощность тока RMS в полевых МОП-транзисторах и катушках индуктивности.Перемежение также снижает переходные потери.

7-21. Базовый многофазный преобразователь имеет две чередующиеся фазы, что снижает токи пульсаций на входе и выходе.

Многофазные ячейки работают на общей частоте, но сдвинуты по фазе, так что переключение преобразования происходит через равные промежутки времени, управляемое общим управляющим чипом. Микросхема управления смещает время переключения каждого преобразователя таким образом, чтобы фазовый угол между переключениями преобразователя составлял 360 градусов./ n, где n – количество фаз преобразователя. Выходы преобразователей параллельны, так что эффективная частота пульсаций на выходе равна n × f, где f – рабочая частота каждого преобразователя. Это обеспечивает лучшие динамические характеристики и значительно меньшую развязывающую емкость по сравнению с однофазной системой.

Разделение тока между многофазными ячейками необходимо, чтобы не потреблять слишком много тока. В идеале каждая многофазная ячейка должна потреблять одинаковое количество тока.Чтобы достичь равного распределения тока, необходимо контролировать и контролировать выходной ток для каждой ячейки.

Многофазный подход также предлагает преимущества упаковки. Каждый преобразователь выдает 1 / n от общей выходной мощности, уменьшая физический размер и величину магнитных полей, используемых в каждой фазе. Кроме того, силовые полупроводники в каждой фазе должны обрабатывать только 1 / n общей мощности. Это распределяет внутреннее рассеивание мощности между несколькими силовыми устройствами, устраняя концентрированные источники тепла и, возможно, необходимость в радиаторе.Несмотря на то, что здесь используется больше компонентов, компромисс по стоимости может быть благоприятным.

имеют важные преимущества:

• Пониженный среднеквадратичный ток конденсатора входного фильтра, позволяет использовать меньшие и менее дорогие типы

• Распределенный отвод тепла, снижает температуру горячих точек, повышая надежность

• Повышенная общая мощность

• Повышенная эквивалентная частота без увеличения коммутационных потерь, что позволяет использовать меньшие эквивалентные индуктивности, сокращающие переходное время нагрузки.

• Пониженный ток пульсаций в выходном конденсаторе снижает пульсации выходного напряжения и позволяет использовать меньшие и менее дорогие выходные конденсаторы

• Превосходная реакция на переходные процессы при нагрузке во всем диапазоне нагрузок

также имеют некоторые недостатки, которые следует учитывать при выборе количества фаз, например:

• Необходимость в большем количестве переключателей и выходных катушек индуктивности, чем в однофазной конструкции, что приводит к более высокой стоимости системы, чем однофазное решение, по крайней мере, ниже определенного уровня мощности

• Более сложный контроль

• Возможность неравномерного распределения тока между фазами

• Добавлена ​​сложность топологии схемы

Синхронное выпрямление

КПД – важный критерий при проектировании преобразователей постоянного тока, что означает, что потери мощности должны быть минимизированы.Эти потери вызваны переключателем мощности, магнитными элементами и выходным выпрямителем. Для уменьшения потерь в переключателе мощности и магнитных потерь требуются компоненты, которые могут эффективно работать на высоких частотах переключения. В выходных выпрямителях могут использоваться диоды Шоттки, но синхронное выпрямление (рис. 7-22), состоящее из силовых полевых МОП-транзисторов, может обеспечить более высокий КПД.

7-22. Синхронный выпрямитель более эффективен, чем диодный выпрямитель.

имеют более низкие потери прямой проводимости, чем диоды Шоттки.В отличие от обычных самокоммутирующихся диодов, полевые МОП-транзисторы включаются и выключаются с помощью управляющего сигнала затвора, синхронизированного с работой преобразователя. Основным недостатком синхронного выпрямления является дополнительная сложность и стоимость, связанные с устройствами MOSFET и соответствующей управляющей электроникой. Однако при низких выходных напряжениях результирующее повышение эффективности более чем компенсирует недостаток стоимости во многих приложениях.

Компенсация регулятора напряжения

используют отрицательную обратную связь для регулирования своей выходной мощности до желаемого значения.Оптимальная система управления SMPS, использующая отрицательную обратную связь, должна обеспечивать скорость, точность и отклик без колебаний. Один из способов добиться этого – ограничить частотный диапазон, в котором реагирует SMPS. Чтобы быть стабильным, частотный диапазон или полоса пропускания должны соответствовать частоте, на которой тракт передачи с обратной связью от входа к выходу падает на 3 дБ (так называемая частота кроссовера). Обязательно ограничивайте полосу пропускания до того, что на самом деле требуется вашему приложению. Принятие слишком широкой полосы пропускания влияет на помехозащищенность системы, а слишком низкая пропускная способность приводит к плохой переходной характеристике.Вы можете ограничить полосу пропускания системы управления SMPS, сформировав ее кривую усиления контура (V _OUT / V _IN ) с помощью блока компенсатора G (s), показанного на рис. 7-23. Этот блок гарантирует, что после определенной частоты амплитуда усиления контура упадет и опустится ниже 1 или 0 дБ.

7-23. Типичная модель импульсного источника питания с отрицательной обратной связью использует блок компенсации G (s) и H (s), коэффициент усиления разомкнутого контура. VIN (s) – это вход, а VOUT (s) – это выход.

Кроме того, для получения отклика, сходящегося к стабильному состоянию, нам необходимо убедиться, что фаза, при которой величина усиления контура равна 1, меньше -180 градусов. Чтобы убедиться, что мы держимся подальше от -180 град. на частоте кроссовера компенсатор G (s) должен адаптировать отклик контура на выбранной частоте кроссовера для создания необходимого запаса по фазе. Соответствующий запас по фазе гарантирует, что, несмотря на внешние возмущения или неизбежные спреды добычи, изменения в усилении контура не поставят под угрозу стабильность системы.Запас по фазе также влияет на переходную характеристику системы. Следовательно, компенсатор G (s) должен обеспечивать желаемые характеристики усиления и фазы.

Используя анализатор цепей, вы можете определить запасы устойчивости, измерив коэффициент усиления и фазу контура управления, а затем просмотреть полученный график Боде (рис. 7-24), который представляет собой график зависимости коэффициента усиления и фазы от частоты источника питания. . 60 град. запас по фазе предпочтителен, но 45 град. обычно приемлемо. Обычно приемлемым считается запас усиления –10 дБ.Коэффициент усиления и запас по фазе важны, потому что фактические значения компонентов могут изменяться в зависимости от температуры. Таким образом, значения компонентов могут отличаться от блока к блоку при производстве, что приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления напряжения и фазы контура управления. Кроме того, значения компонентов могут изменяться со временем и вызывать нестабильность.

7-24. Типичный график Боде для импульсного стабилизатора напряжения IC показывает частоту кроссовера, усиление и запас по фазе.

Если значения компонентов приводят к обнулению фазы на частоте кроссовера, регулятор становится нестабильным и колеблется.Целью компенсации является обеспечение наилучшего запаса по усилению и фазе при максимально возможной частоте кроссовера. Высокая частота кроссовера обеспечивает быструю реакцию на изменения тока нагрузки, тогда как высокое усиление на низких частотах обеспечивает быстрое установление выходного напряжения. Значения компонентов и вариации V _OUT / V _IN могут привести к компромиссу между высокой частотой кроссовера и высоким запасом устойчивости.

7-25. LM21305 – это ИС импульсного регулятора, в котором используется один узел компенсации, для которого требуются компоненты компенсации RC и CC1, подключенные между контактом COMP и AGND.

Определение компенсации для источника питания не всегда легко, потому что оценка графика Боде невозможна, когда нет доступа к петле обратной связи к детали. В других случаях доступ к контуру обратной связи затруднен, потому что аппаратное обеспечение интегрировано или потребуется вырезать дорожку на печатной плате. В других случаях устройства либо содержат несколько контуров управления, и только один из них доступен, либо порядок контура управления выше второго порядка, и в этом случае график Боде является плохим предсказателем относительной стабильности.Еще одна сложность заключается в том, что во многих портативных электронных устройствах, таких как сотовые телефоны и планшеты, схемы очень малы и густо заполнены, оставляя мало препятствий для доступа к элементам контура управления.

В вышеуказанных случаях единственный способ проверить стабильность – это оценка неинвазивного запаса стабильности (NISM). Он получен на основе легко доступных измерений выходного импеданса. Математическое соотношение, которое позволяет точно определять стабильность контура управления по данным выходного импеданса, было разработано Picotest и включено в программное обеспечение OMICRON Lab Bode 100 Vector Network Analyzer (VNA).На рис. 7-26 показана испытательная установка для этого измерения.

7-26. Недоступные измерения выходного импеданса (Пикотест).

Один из первых методов компенсации предусматривал использование регулятора напряжения с внешними узлами, чтобы разработчик мог вставлять компоненты компенсации. Определение значений компонентов компенсации включало анализ ИС регулятора и его внешних компонентов. После определения необходимой компенсации разработчик смоделировал или измерил схему регулятора с установленными компенсационными компонентами.Для получения желаемых результатов этот процесс обычно требовал нескольких итераций.

Для правильного внедрения компенсационной сети требуются инженеры со специальными инструментами, навыками и опытом. Если схема была смоделирована, а не измерена, разработчик должен был в конечном итоге вставить фактические компоненты компенсации для измерения характеристик источника питания. Моделирование было настолько хорошо, насколько хорошо дизайнер знал компоненты и паразиты. Модель могла быть неполной или отличаться от реальной схемы, поэтому компенсацию необходимо было проверить путем измерения реальной схемы.Неизменно требовалась доработка из-за возможных ошибок, связанных с заменой компонентов. Ремонтные работы также могут изменить характеристики источника питания и повредить цепи, питаемые от регулятора.

Некоторые поставщики ИС регуляторов включали компоненты внутренней компенсации, поэтому конструкция не нуждалась в дальнейшем анализе. Однако разработчику пришлось использовать внешние компоненты, указанные производителем.

Единичный компенсационный узел был следующим этапом в этой эволюции. Примером этого является ИС импульсного регулятора LM21305 компании Texas Instruments, показанная на рис.7-25. LM21305 обычно требует только одного резистора и конденсатора для компенсации. Однако иногда требовался дополнительный конденсатор.

Автокомпенсация

Для устранения проблем, связанных с ручным определением компенсации источника питания, две компании разработали технологию автоматической компенсации. В результате были разработаны ИС регулятора смешанных сигналов, использующие автоматическую компенсацию. Это избавило проектировщика от необходимости в специальных инструментах, знаниях или опыте для оптимизации производительности.Автоматическая компенсация устанавливает выходные характеристики таким образом, чтобы изменения из-за допусков компонентов, старения, температуры, входного напряжения и других факторов не влияли на производительность.

CUI NDM2Z (рис. 7-27) включает автоматическую компенсацию с использованием ИС регулятора Intersil / Zilker ZL8101M. Автоматическая компенсация обходит традиционную практику создания маржи для учета вариаций компонентов, что может привести к более высоким затратам на компоненты и более длительным циклам проектирования.

7-27. В семействе источников питания CUI NDM2Z используется автоматическая компенсация, которая позволяет динамически устанавливать оптимальную стабильность и переходную характеристику.

Источники питания NDM2Z на 50 А обеспечивают КПД 91% при входном напряжении 12 В постоянного тока и выходном напряжении 1,0 В постоянного тока при нагрузке 50%. Все эти источники питания имеют входной диапазон от 4,5 до 14 В постоянного тока и программируемый выход от 0,6 до 5,0 В постоянного тока в версии 12 А и от 0,6 до 3,3 В постоянного тока в версиях на 25 и 50 А.

включают активное разделение тока, последовательность напряжения, отслеживание напряжения, синхронизацию и распределение фазы, программируемый плавный пуск и останов, а также множество возможностей мониторинга.Простой и легкий в использовании графический интерфейс пользователя CUI помогает в этих проектах.

ZL8101

В NMD2Z используется синхронный понижающий контроллер Intersil / Zilker ZL8101, работающий в режиме напряжения, с широтно-импульсным модулятором постоянной частоты (PWM). В этом цифровом контроллере третьего поколения используется специальный оптимизированный конечный автомат для генерации точных импульсов ШИМ и собственный микроконтроллер, используемый для настройки, обслуживания и оптимизации (рис. 7-28). Для этого требуются внешние драйверы, силовые полевые МОП-транзисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Интегрированная подрегулировка позволяет работать от одного источника питания от 4,5 В до 14 В. Используя простые штыревые соединения или стандартные команды PMBus, вы можете настроить обширный набор функций управления питанием с помощью графического интерфейса Intersil PowerNavigator.

7-28. Блок-схема Intersil ZL8101 IC показывает выходы PWM (PWMH и PWML), которые взаимодействуют с внешним драйвером, таким как ZL1505.

Первоначально автоматическая компенсация ZL8101 измеряет характеристики силовой передачи и определяет требуемую компенсацию.ИС сохраняет значения компенсации и использует их при последующих входах. После включения ZL8101 готов к регулированию мощности и выполнению задач управления питанием без необходимости программирования. Расширенные параметры конфигурации и изменения конфигурации в реальном времени доступны через интерфейс I2C / SMBus. Встроенная энергонезависимая память (NVM) сохраняет данные конфигурации.

Вы должны выбирать полевые МОП-транзисторы с внешним питанием в первую очередь для RDS (ON) и во вторую очередь для полного заряда затвора. Фактический выходной ток преобразователя мощности зависит от характеристик драйверов и выходных полевых МОП-транзисторов.

Конфигурируемые функции защиты цепи непрерывно защищают ИС и нагрузку от повреждений из-за сбоев системы. ZL8101 непрерывно контролирует входное напряжение, выходное напряжение / ток, внутреннюю температуру и температуру внешнего термодиода. Вы также можете установить параметры мониторинга для определенных предупреждений о неисправности.

Петля с нелинейным откликом (NLR) улучшает время отклика и снижает переходные отклонения выходного сигнала нагрузки. Чтобы оптимизировать эффективность преобразователя мощности, ZL8101 отслеживает его рабочие условия и постоянно регулирует время включения и выключения полевых МОП-транзисторов высокого и низкого напряжения.Алгоритмы адаптивной оптимизации производительности, такие как управление мертвым временем, эмуляция диодов и адаптивная частота, обеспечивают большее повышение эффективности.

Сигнал Power-Good (PG) указывает, что выходное напряжение находится в пределах указанного допуска от целевого уровня, и условия неисправности отсутствуют. По умолчанию вывод PG определяет, находится ли выходное напряжение в пределах -10% / + 15% от целевого напряжения. Вы можете изменить эти пределы и полярность через интерфейс I2C / SMBus.

Внутренний контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) служит синхронизатором для внутренних схем.Вы можете управлять ФАПЧ от внешнего источника синхронизации, подключенного к выводу SYNC. Вы можете установить частоту переключения от 200 кГц до 1,33 МГц.

Графический интерфейс на базе Windows обеспечивает возможность полной настройки и мониторинга через интерфейс I2C / SMBus.

CUI – это модуль на 90 А, который имеет несколько функций, обеспечивающих высокую эффективность преобразования мощности. Адаптивные алгоритмы и управление зарядом от цикла к циклу сокращают время отклика и уменьшают отклонение выходного сигнала в результате переходных процессов нагрузки.

ZL8800

NDM3Z использует Intersil ZL8800 для автоматической компенсации. Это двойной или двухфазный цифровой контроллер постоянного / постоянного тока. Каждый выход может работать независимо или использоваться вместе в двухфазной конфигурации для сильноточных приложений. ZL8800 поддерживает широкий диапазон выходных напряжений (от 0,54 В до 5,5 В), работая от входных напряжений от 4,5 до 14 В. На рис. 7-29 показана двухфазная конфигурация, в которой используются внешние модули питания DRMOS.

7-29.Intersil ZL8800 сконфигурирован как двухфазный преобразователь

Благодаря полностью цифровому управлению ChargeMode Control, ZL8800 будет реагировать на скачок нагрузки в течение одного цикла переключения. Этот уникальный метод модуляции без компенсации позволяет конструкциям соответствовать характеристикам переходных процессов с минимальной выходной емкостью, что позволяет сэкономить средства и место на плате.

Intersil позволяет ZL8800 обмениваться данными между другими ИС Intersil.Используя DDC, ZL8800 выполняет сложные функции, такие как балансировка фазных токов между ИС, упорядочивание и устранение неисправностей, устраняя необходимость в сложных системах управления источниками питания с многочисленными внешними дискретными компонентами.

ZL8800 имеет пошаговую защиту от перегрузки по току на выходе. Входное и выходное напряжение, а также напряжение питания драйвера DrMOS / MOSFET защищены от повышенного и пониженного напряжения. Для контроля температуры доступны два внешних и один внутренний датчик температуры, один из которых используется для защиты от пониженной и повышенной температуры.Функция параметрического захвата моментальных снимков позволяет пользователям делать снимки рабочих данных и данных о неисправностях в нормальных условиях или в условиях сбоя.

с малым падением напряжения (LDO) позволяют ZL8800 работать от одного источника питания, устраняя необходимость в дополнительных линейных регуляторах. Выход LDO может использоваться для питания внешних драйверов или устройств DrMOS.

Благодаря полной совместимости с PMBus, ZL8800 способен измерять и сообщать входное напряжение, входной ток, выходное напряжение, выходной ток, а также внутреннюю температуру устройства, внешние температуры и вход вспомогательного напряжения.

Этот блок питания включает в себя широкий спектр настраиваемых функций управления питанием, которые легко реализовать с минимальным количеством внешних компонентов. Кроме того, источник питания имеет функции защиты, которые постоянно защищают нагрузку от повреждений из-за неожиданных сбоев системы.

Стандартная конфигурация источника питания подходит для широкого диапазона операций с точки зрения входного напряжения, выходного напряжения и нагрузки. Конфигурация хранится во внутренней энергонезависимой памяти (NVM).Все функции управления питанием можно перенастроить с помощью интерфейса PMBus.

Автоматическая компенсация Powervation

Bellnix Co. Ltd. (Япония) использует цифровой контроллер ROHM PV3012 Powervation в своем низкопрофильном модуле постоянного / постоянного тока на 60 А. Цифровой модуль питания BDP12-0.6S60R0 представляет собой неизолированный понижающий преобразователь, совместимый с PMBus, который удовлетворяет потребности в конструкциях с малым форм-фактором, обеспечивая при этом высокую надежность и высокую производительность. ROHM PV3012 – это цифровой двухфазный контроллер (рис.7-30).

7-30. ИС PV3012 от Powervation – это ИС с автоматической компенсацией в реальном времени с одним выходом, двух- или однофазным цифровым синхронным понижающим контроллером для приложений POL.

Используется BDP на 60 А, и параллельная работа модуля BDP поддерживается через шину разделения тока DSS компании ROHM. Этот совместимый с PMBus модуль обеспечивает точные измерения и телеметрические отчеты, полную линейку программируемых функций защиты источника питания, хорошее энергопотребление и дополнительную функцию отслеживания – все в компактном 32.Дизайн корпуса SMD, соответствующий ROHS, 8 мм × 23,0 мм.

ROHM PV3012 Powervation также используется в сильноточных цифровых модулях POL серии iJB от TDK-Lambda. Продукты серии iJB поддерживают работу при низком напряжении и сильном токе, обеспечивая точность заданного значения ± 0,5% по линии, нагрузке и диапазону температур. В то время как функциональность модуля PMBus обеспечивает телеметрию напряжения, тока и температуры в реальном времени и обеспечивает полную программируемость преобразователя постоянного / постоянного тока, в продуктах серии iJB также используются контакты для настройки функций, что позволяет использовать их в приложениях, не поддерживающих PMBus. .

Используя интеллектуальную технологию автонастройки Powervation, Auto-Control, модули iJB POL обеспечивают лучшую динамическую производительность и стабильность системы для приложения. Auto-Control – это запатентованная технология адаптивной компенсации, которая оптимизирует динамические характеристики и стабильность системы в режиме реального времени, не требуя внесения шума или недостатков периодических методов. Это ключевое преимущество для модулей и других конструкций, которые управляют неизвестными или переменными нагрузками на выходе, и решает проблемы, связанные с дрейфом параметров нагрузки, возникающим в зависимости от температуры и времени.

Еще одним пользователем цифрового контроллера PV3012 является модуль DC / DC OKLF-T / 25-W12N-C от Murata Power Solutions. Это неизолированный преобразователь постоянного тока в постоянный, вырабатывающий максимум 25 А при выходном напряжении 1,2 В при работе при температуре до 70 ° C с потоком воздуха 200 LFM. Регулируемые выходы обеспечивают точное регулирование от 0,69 В до 3,63 В в широком диапазоне входных сигналов (от 6,5 В до 14 В).

Murata Power Solutions обеспечивает сверхбыструю реакцию на переходные процессы при нагрузке, исключительные характеристики снижения номинальных характеристик и типичный КПД> 90% в форм-факторе с высокой плотностью мощности.Модуль представляет собой полноценный автономный источник питания; Благодаря использованию ИС цифрового управления PV3012 он обеспечивает полный набор функций защиты и прецизионную точность уставки.

Этот преобразователь POL обеспечивает прецизионную точность уставки ± 0,5% по линии, нагрузке и диапазону температур – намного лучше, чем аналоговые варианты. Кроме того, это предложение повышает ценность за счет использования компактных приподнятых катушек индуктивности и функции автоматического управления Powervation.

PV3204

Одним из новых продуктов Powervation от ROHM, обеспечивающих автокомпенсацию, является PV3204, двухфазный цифровой синхронный понижающий контроллер с адаптивной компенсацией контура для приложений точки нагрузки (POL) (рис.7-31). Выход может подавать от 0,6 В до 5,5 В и может быть настроен и управляться через PMBus или посредством программирования, хранящегося в энергонезависимой памяти (NVM). Помимо интерфейса SMBus, PV3204 предоставляет 3-битный параллельный интерфейс VID с отображением от 0,85 В до 1,0 В с шагом 25 мВ и 1,05 В.

7-31. Powervation PV3204 – это двухфазный цифровой синхронный понижающий контроллер с адаптивной автоматической компенсацией контура для приложений точки нагрузки (POL).

PV3204

PV3204 использует фирменный адаптивный цифровой контур управления Powervation, Auto-Control, технологию адаптивной компенсации контура в реальном времени для переключаемых преобразователей мощности, которая автономно балансирует компромисс между динамическими характеристиками и стабильностью системы.Auto-Control избавляет от сложных вычислений и настройки оптимальной стабильности, используемой с традиционными методами компенсации. Функция Auto-Control регулирует коэффициенты P, I и D в каждом цикле переключения для непрерывного достижения оптимальной стабильности в широком диапазоне помех. Автоматическое управление встроено в архитектуру управления цифровых устройств Powervation и не зависит от шума, вносимого периодическими калибровками. Непрерывный характер автоматического управления позволяет ему управлять изменениями в системе, которые происходят в режиме реального времени или медленно с течением времени при использовании источника питания.Эта самокомпенсация происходит от цикла к циклу, поэтому Auto-Control может непрерывно регулировать в соответствии с изменениями температуры, которые происходят во время использования источника питания, и учитывает другие факторы, такие как старение и дрейф.

Этот контроллер может использоваться в одно- или двухфазном режиме. При использовании в двухфазном режиме фазы могут добавляться или удаляться по мере изменения нагрузки, так что эффективность максимальна во всем диапазоне нагрузки. Кроме того, выходы фаз чередуются, так что эффективная частота переключения на выходе увеличивается вдвое.

Цифровые функции этого контроллера преобразователя мощности PMBus позволяют осуществлять системную телеметрию (удаленное измерение и отчетность) о токе, напряжении и температуре.

Кроме того, чтобы максимизировать производительность и надежность системы, ИС обеспечивает температурную коррекцию / компенсацию нескольких параметров.

A Понижающий регулятор с низким входным током и широким коэффициентом преобразования с КПД 75% для высоковольтных трибоэлектрических наногенераторов

Li-Chuan Luo

¹ Пекинский институт наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук, Пекин 100083, Китай

De-Chun Bao

¹ Пекинский институт наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук, Пекин 100083, Китай

Ву-Ци Юй

¹ Пекинский институт наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук, Пекин 100083, Китай

Чжао-Хуа Чжан

¹ Пекинский институт наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук, Пекин 100083, Китай

Tian-Ling Ren

² Ins титул Микроэлектроники и Национальной лаборатории информационных наук и технологий Цинхуа (TNLIST), Университет Цинхуа, Пекин, 100084, Китай

¹ Пекинский институт наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук, Пекин, 100083, Китай

² Institute Микроэлектроники и Национальной лаборатории информационных наук и технологий Цинхуа (TNLIST), Университет Цинхуа, Пекин, 100084, Китай

^* Эти авторы внесли равный вклад в эту работу.

Поступила 13 октября 2015 г .; Принято 9 декабря 2015 г.

Abstract

Целесообразно исследовать трибоэлектрические наногенераторы (TENG), которые могут вырабатывать электричество где угодно и когда угодно. Существует множество исследований структур и материалов TENG, чтобы объяснить феномен, заключающийся в том, что максимальное напряжение стабильно, а ток увеличивается. Выходное напряжение TENG высокое – около 180–400 В, а выходной ток – небольшой, около 39 мкА, поэтому прямая интеграция электронных устройств TENG с литий-ионными батареями приведет к огромным потерям энергии из-за сверхвысокого импеданса TENG.Впервые в этой статье представлена ​​новая схема интерфейса с высоковольтным понижающим стабилизатором для TENG. Схема интерфейса может преобразовывать выходной сигнал TENG в сигнал, подходящий для литий-ионной батареи. Среднее выходное напряжение через цепь понижающего регулятора составляет около 4,0 В, а средний выходной ток – около 1,12 мА. Далее обсуждаются надежность и доступность ионно-литиевой батареи и схемы. Схема интерфейса моделируется с помощью программного обеспечения Cadence и проверяется с помощью экспериментов с печатной платой.Понижающий стабилизатор может обеспечить КПД высоковольтного ТЭНа 75%. Это приведет к горячим исследованиям и индустриализации приложений.

В последние годы было проведено множество исследований по включению электростатической энергии в портативную электронику с автономным питанием ¹ . В связи с огромным увеличением количества мини-электроники жизненно важно развивать технологии, связанные с накоплением энергии. Это область наноэнергетики, которая обеспечивает устойчивую, не требующую обслуживания и автономную работу нано-систем ^{2 , 3} .Недавно профессор Ван изобрел трибоэлектрический наногенератор (TENG), который используется для преобразования механической энергии в электричество за счет сочетания трибоэлектрификации и электростатической индукции ^{4 , 5 , 6 , 7} . Однако модель эквивалентной схемы TENG представляет собой источник очень высокого напряжения, соединенный последовательно с небольшим конденсатором, значение которого примерно ниже диапазона нФ ^{8 , 9} . Для TENG стоит исследовать схемы управления питанием, потому что TENG – это новые энергоуборочные комбайны ^{10 , 11} .В этом случае наиболее важной функцией схемы должно быть повышение эффективности зарядки, поскольку прямая интеграция TENG с литий-ионными батареями приведет к огромным потерям энергии из-за сверхвысокого импеданса TENG ¹² .

На данный момент существует три режима TENG: режим вертикального разделения контактов, режим скольжения в плоскости и режим вращения ⁹ . Первый режим – это вертикальное разделение контактов: диэлектрик-диэлектрик. Выходной ток короткого замыкания формируется двумя электродами с наведенной плотностью заряда ¹³ .Для режима частота вибрации будет влиять на эти факторы скорости, расстояния и выходного напряжения ^{14 , 15} . При каждом контакте количество всех электронов и время разряда ограничены, так что ток составляет всего около микроампер. Для конструкции среднее выходное напряжение составляет около 40 В, а максимальное выходное напряжение составляет около 125 В, при этом средний выходной ток составляет около 0,15 мА, а максимальный выходной ток составляет 0,3 мА. Максимальная выходная мощность составляет около 3 мВт ¹⁶ .Для случая «металл-диэлектрик» принцип почти такой же, как и для случая «диэлектрик-диэлектрик». Максимальное выходное напряжение составляет около 300 В, а выходной ток составляет около 80 мкА ^{17 , 18} . Для полезного режима скольжения в плоскости корпуса диэлектрик на диэлектрике и корпуса металл на диэлектрике максимальное выходное напряжение составляет около 400 В, а выходной ток – около 50 мкА ^{19 , 20} . Таким образом, максимальная выходная мощность составляет около 8 мВт. Для принципиальной схемы цилиндрического вращающегося ТЭН с 6 полосами максимальное напряжение остается стабильным около 350 В при различных скоростях вращения.Выходной ток составляет около 39 мкА, при скорости вращения около 600 об / мин ^{21 , 22} . В целом максимальное выходное напряжение, генерируемое TENG, составляет примерно от 180 до 400 В, а выходной ток составляет примерно от 39 до 175 мкА, как показано на рис. Очень сложно спроектировать схему для регулятора мощности с высоким КПД, так как выходная мощность чрезвычайно мала для обычно используемого энергоуборочного комбайна. Выходное напряжение TENG очень высокое, что может легко вывести из строя некоторые электронные устройства, в первую очередь КМОП-интегральные схемы и некоторые полевые МОП-транзисторы.В этой статье мы представляем схему интерфейса, используя некоторые специальные устройства для решения проблем с высоким сопротивлением и высоким напряжением с высокой эффективностью для хранения энергии. Создание наноэнергетических источников энергии – это доступность и стабильность.

Таблица 1

Параметры типового ТЭНа.

В этом письме литий-ионный аккумулятор выбран для хранения энергии TENG, номинальное напряжение которого составляет 3,6 В ²³ . Минимальное напряжение составляет около 2,5 В при потреблении всей мощности.Напряжение падает, а затем расходуется мощность. Для литий-ионного аккумулятора его достоинствами являются легкий вес, высокое напряжение, пластичность и высокая плотность энергии. Однако ионно-литиевый аккумулятор без защиты от перезарядки может вызвать взрыв при перезарядке.

Результаты

Конструкция интерфейсной схемы

Для TENG выходное высокое напряжение и низкий ток не являются обычными для пьезоэлектрического генератора ^{24 , 25 , 26} , солнечная батарея ²⁷ и энергия ветра , источники питания которых имеют свои собственные схемы управления питанием на рынке, ни для TENG.Выбрана и разработана новая схема для управления мощностью TENG ²⁸ . Понижающий стабилизатор подает выходное напряжение и ток, подходящие для литиевой батареи. Должна быть разработана схема защиты, так как перезарядка может привести к взрыву батареи. Когда заряд батареи разряжен, следует рассмотреть возможность замены имеющейся батареи, чтобы продлить срок службы батареи. Надежность всей системы также следует рассматривать как.

Система состоит из комбайна, аккумуляторной батареи и системы управления питанием. В цепь заряда входят выпрямитель, фильтр и регулятор. Управление питанием включает индикатор емкости аккумулятора, переключение потребления и защиту от перезарядки.

Как показано на рисунке, система сбора энергии состоит из устройства сбора энергии, аккумуляторной батареи и системы управления питанием. В схему заряда входят выпрямитель, фильтр и регулятор. Управление питанием включает индикатор емкости аккумулятора, переключение потребления и защиту от перезарядки.Доступная энергия из окружающей среды зависит от изменяющихся во времени условий, которая извлекается и сохраняется в батарее. Таким образом, нагрузка все еще может работать, пока энергия окружающей среды недоступна. Понижающий регулятор используется для сбора большего количества доступной энергии от комбайна к аккумулятору. Основными факторами схемы интерфейса являются стабильность, эффективность преобразования и сложность. При управлении питанием он должен выполнять следующие функции: 1) он может контролировать выходное напряжение батареи и следить за тем, чтобы напряжение находилось между пороговыми значениями пониженного (УФ) и повышенного (OV) напряжения, чтобы оставаться в безопасном диапазоне.2) Он может использовать светодиод для контроля емкости аккумулятора.

Учитывая надежность, диапазон входного напряжения должен быть больше свободного места. Максимальное напряжение TENG установлено на уровне 400 В, минимальный ток установлен на уровне 25 мкА, а частота переменного тока установлена ​​в диапазоне от 1 Гц до 100 Гц. Через интерфейсную схему напряжение составляет около 4,2 В, что соответствует литиево-ионной батарее. Перед подачей высокого напряжения и тока в батарею некоторые транзисторы с высоким пробивным напряжением и трансформатор должны быть спроектированы таким образом, чтобы уменьшить помехи от высокого напряжения.

Схема выпрямителя и схема фильтра

Эквивалентная схема модели TENG должна представлять собой источник напряжения, подключенный последовательно с небольшим конденсатором примерно ниже нФ, как показано на рис. 2a ⁸ . Из-за присущих им емкостных характеристик, TENG могут обеспечивать только нестабильные выходы переменного напряжения / тока, что нелегко смоделировать сложный сигнал ²⁸ . TENG имеет нижний статор и верхний ротор, как показано на рис. На плате ротора расположен радиальный массив медных решеток, каждая из которых имеет длину 7 штук.2 см и центральный угол 10 °. Сверху статора радиально встречно-штыревая структура из двух медных электродов покрыта тонкой каптоновой пленкой. Каждый «палец» нижней медной решетки также имеет центральный угол около 10 ° ¹⁴ . Выходное напряжение холостого хода и выходной ток короткого замыкания можно проверить, чтобы проверить работу цепи в. Что касается выходного напряжения, то по форме больше нравится сигнал переменного тока, который включает не только одну частоту. Выходной ток короткого замыкания также демонстрирует поведение переменного тока с равным количеством электронов, текущих в противоположных направлениях в течение одного цикла.

( a ) Структура схемы выпрямителя и фильтра. ( b ) Схематическое изображение реального диска TENG. ( c ) Схематическое изображение задней части диска TENG. ( d ) Выходное напряжение. ( e ) Выходной ток.

Выпрямитель и фильтр преобразуют сигнал высокого переменного напряжения в сигнал постоянного напряжения, что облегчает последующую обработку сигнала.Блок-схема выпрямителя и фильтра представлена ​​на рис. Результаты моделирования представлены в формате. После выпрямления конденсатор может фильтровать некоторый шум. Когда емкость больше 1 мкФ, это будет электролитический конденсатор, который имеет большую индуктивную составляющую. Чтобы уменьшить его, большой электролитический конденсатор обычно включается параллельно маленькому. В схеме π-фильтр состоит из C1, C2 и L1 для формирования выпрямленного постоянного напряжения. У каждого конденсатора есть резистор, включенный параллельно, чтобы сформировать RC-петлю.Ток можно рассчитать по уравнению (1).

( a ) Выпрямленное напряжение через трансформатор и диоды. ( б ) Выпрямленный ток через трансформатор и диоды. ( c ) Испытательное напряжение через трансформатор и диоды. ( d ) Испытательный ток через трансформатор и диоды.

При фактическом напряжении конструкции, результаты испытаний показаны в, максимальное напряжение составляет около 25 В.Сила тока около 1 мА. Мощность рассчитывается по уравнению (2).

Где θ – угол между фазой напряжения и тока. Выходная мощность может быть максимальной, когда нет никакого угла между фазой напряжения и тока.

Схема регулятора

Выходное напряжение выпрямителя и фильтра также является проблемой для этих схем переключения. Высокая стоимость полевого МОП-транзистора и традиционной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) ограничена в условиях высокого напряжения и низкого тока.В этом письме используется технология StackFET, в которой используются некоторые экономичные MOSFET при более низком напряжении и в других режимах схемы. В этой ситуации напряжение широкого входного диапазона и простая схема предназначена для цепи регулятора. Как и два транзистора со сверхнизким энергопотреблением, используются для управления и передачи общего тока, который может заряжать аккумулятор как можно большим количеством электричества.

( а ) Схема регулятора. ( b ) Результаты развертки постоянного тока для тока через транзисторы Q1 и Q2. ( c ) Результаты во временной области тока через транзисторы Q1 и Q2. ( d ) Результат полного выходного тока во временной области. ( e ) Фактическое выходное напряжение понижающего стабилизатора. ( f ) Фактический выходной ток регулятора.

Схема регулятора предназначена для передачи выходного напряжения фитинга на литий-ионный аккумулятор.В схеме стабилитрон D ₅ и базовое напряжение VB ₁ транзистора Q ₁ (NPN) приняты за опорное напряжение, как показано в . Опорное напряжение находится на резисторе R ₆ , который позволяет получить постоянный выходной ток. Однако в широком диапазоне напряжений ток стабилитрона будет изменяться, а мощность увеличиваться.Транзистор Q ₂ (PNP) и резистор R ₅ могут получать дополнительный ток. Таким образом, ток I _C1 обеспечивается при низком входном напряжении посредством Q ₁ , а ток I _C2 обеспечивается при высоком входном напряжении посредством Q ₂ в случае сигнала помехи, как показано в. Полный ток I _из обеспечивается Q ₁ и Q ₂ , который почти постоянен при различных входных напряжениях, как показано в уравнении (3).

Общий ток через R ₆ составляет около 15 мА, как показано на. Постоянное доступное напряжение можно получить через диод D ₆ . D ₆ – диод подавления переходных напряжений, который соединяет линию питания и генерацию параллельно. Как только возникает переходное высокое напряжение, он может немедленно выдать сигнал для защиты других компонентов и мгновенно восстанавливать непроводящее состояние, что считается конструкцией надежности.В соответствии с уравнением (3), V _D5 – V _Q2BC устанавливается равным 12 В, а V _D5 составляет около 15 В. Используя D ₆ , можно спроектировать разумную нагрузку для формирования доступного напряжения. Через цепь он может передавать энергию TENG для хранения в батарее. Кроме того, фактическое напряжение и ток TENG такие же, как сигнал переменного тока, показанный на. Среднее выходное напряжение в тестовом ТЭНе составляет около 40 В. Максимальное напряжение может достигать 125 В. Через понижающий стабилизатор результаты тестирования напряжения и тока отображаются в таблице.Среднее выходное напряжение составляет около 4 В. Средний ток составляет около 1,12 мА при сопротивлении нагрузки около 3 кОм.

Управление мониторингом в реальном времени

В то же время очень важно разработать управление мониторингом в реальном времени в батарее. Модуль может контролировать свою полную мощность или полностью потребленную. При продолжении заряда на полной мощности он будет взорван ²⁹ . Схема защиты должна быть спроектирована, а светодиод должен гореть для предупреждения.Схема индикатора отображается в формате. Напряжение регуляторов D ₆ составляет около 5 В. Через R ₁₆ и R ₁₇ опорное напряжение устанавливается равным 3 В. Когда батарея набирает полную мощность, ее выходная мощность будет больше опорного напряжения. а операционный усилитель (ОУ) выдаст ноль. Транзистор Q5 и транзистор Q ₆ выключены, поэтому светодиод D ₉ будет гореть. В противном случае загорится светодиод D ₁₀ и аккумулятор полностью заряжен.Q ₆ используется для предотвращения повторной зарядки аккумулятора. Конденсатор C ₄ , C ₅ и C ₆ предназначены в основном для уменьшения шума, чтобы быть более надежным и стабильным.

Думая о надежности и доступности, разработано управление мониторингом в реальном времени за батареей.

Обсуждение

Кстати, вся система управления питанием может быть изготовлена ​​по образцу в.Печатная плата была спроектирована и изготовлена ​​для тестирования и проверки производительности и эффективности системы управления питанием. Результаты тестирования образцов печатной платы приведены на рис. Из результата видно, что чем больше резистор нагрузки, тем больше напряжение. Как и у TENG, когда нагрузка составляет около 260 кОм, максимальная выходная мощность составляет около 6 мВт при напряжении около 40 В. Благодаря встроенному регулятору мощности, когда нагрузка составляет около 3 кОм, максимальная выходная мощность составляет около 4,5 мВт, при выходном напряжении около 4 В.Эффективность ТЭНа можно рассчитать по уравнению (4).

( a ) С интегрированной системой TENG, напряжение постоянного тока при различных сопротивлениях нагрузки. ( b ) С интегрированной системой TENG, средняя выходная мощность при различных сопротивлениях нагрузки. ( c ) Благодаря встроенному регулятору мощности выходное напряжение при различных сопротивлениях нагрузки.( d ) Средняя выходная мощность со встроенным регулятором мощности при различных сопротивлениях нагрузки. ( e ) Фактический образец печатной платы системы.

Таким образом, в письме для TENG, высокое напряжение и низкий ток никогда не появляются на рынке и в исследованиях. В этом письме впервые разработан понижающий регулятор для TENG. В основном мы решили две задачи. Во-первых, мы провели множество исследований структур и материалов трибоэлектрических наногенераторов (TENG), чтобы объяснить феномен, заключающийся в том, что максимальное напряжение стабильно, а ток увеличивается.Выходное напряжение TENG высокое, около 100–400 В, а выходной ток небольшой, около 25 мкА, что непросто использовать в электронных устройствах. Во-вторых, в этой рукописи впервые представлена ​​новая схема интерфейса с высоковольтным понижающим стабилизатором для TENG. Схема интерфейса может преобразовывать выходной сигнал TENG в сигнал, подходящий для литий-ионной батареи. Далее обсуждаются надежность и доступность ионно-литиевой батареи и схемы. Схема интерфейса моделируется с помощью программного обеспечения Cadence и проверяется с помощью экспериментов с печатной платой.Понижающий стабилизатор может обеспечить КПД высоковольтного ТЭНа 75%. В этой ситуации мощность TENG может управлять небольшой электроникой ^{30 , 31} , которая может широко использоваться для удаленных и мобильных датчиков окружающей среды, национальной безопасности и даже носимой личной электроники ^{32 , 33} .

Методы

Конструкция интерфейсной схемы

Поскольку мы используем трибоэлектрические наногенераторы (TENG) от доктора Чжан Чи, максимальное напряжение TENG установлено на уровне 400 В, минимальный ток установлен на уровне 25 мкА, а Частота переменного тока устанавливается в диапазоне от 1 Гц до 100 Гц.Система сбора энергии состоит из комбайна, аккумуляторной батареи и системы управления питанием. В схему заряда входят выпрямитель, фильтр и регулятор. Управление питанием включает индикатор емкости аккумулятора, переключение потребления и защиту от перезарядки для обеспечения работы системы уборки урожая.

Измерение TENG

Для измерения выходного трибоэлектрического напряжения к осциллографу был подключен 100-кратный пробник (HP9258) (Agilent DSO-X 2014A). Эквивалентное внутреннее сопротивление составляет 260 кОм, и соответствующие настройки в осциллографе были отрегулированы на 100 ×.Для измерения выходного трибоэлектрического тока внешнее сопротивление 260 кОм было подключено параллельно TENG, и измеренный сигнал был рассчитан по значению тока. В электромагнитной части датчик 260 кОм использовался для измерения напряжения, а внешнее сопротивление 100 Ом было подключено параллельно для измерения тока.

Схема Simulink

Схема Simulink включает в себя три части: схему выпрямителя и схему фильтра, схему регулятора и управление мониторингом в реальном времени.Они моделируются с помощью программного обеспечения Cadence и проверяются с помощью экспериментов с печатной платой. Результат теста может быть показан на рисунке соответствия, а печатная плата отображается в формате.

Дополнительная информация

Как цитировать эту статью : Luo, L.-C. et al. Понижающий регулятор с низким входным током и широким коэффициентом преобразования с КПД 75% для высоковольтных трибоэлектрических наногенераторов. Sci. Репутация 6 , 19246; DOI: 10,1038 / srep19246 (2016).

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая в рамках грантов № 61434001 и 61574083, а также программой «Тысячи талантов» для исследователей-новаторов и их инновационной группы, Китай. Благодаря поддержке TENG доктора Чжан Чи.

Сноски

Вклад авторов L.C.L., D.C.B. и W.Q.Y. задумал идею и спланировал эксперимент. L.C.L. и D.C.B. провели измерения и проанализировали данные.L.C.L. сделал изготовление работы. Z.H.Z. настроить тестовую платформу. L.C.L., D.C.B., Z.H.Z. и T.L.R. написал газету. T.L.R. является научным руководителем этого исследования.

Ссылки

• Раунди С., Райт П. К. и Рабэй Дж. Исследование вибраций низкого уровня как источника питания для беспроводных сенсорных узлов. Comput. Commun. 26, 1131–1144 (2003). [Google Scholar]
• Ван З. Л. Трибоэлектрические наногенераторы как новая энергетическая технология для автономных систем и как активные механические и химические датчики.АСУ Нано 7. С. 9533–9557 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Глинн-Джонс П., Тюдор М. Дж., Биби С. П. и Уайт Н. М. Электромагнитный вибрационный генератор для интеллектуальных сенсорных систем. Датчик Actuat a-Phys. 110, 344–349 (2004). [Google Scholar]
• Фан Ф. Р., Тиан З. К. и Ван З. Л. Гибкий трибоэлектрический генератор! Нано Энергия 1. С. 328–334 (2012). [Google Scholar]
• Ван З. Л. Автономные наносенсоры и наносистемы. Adv. Матер. 24. С. 280–285 (2012).[PubMed] [Google Scholar]
• Митчесон П. Д. et al. Электростатический микрогенератор MEMS для работы на низких частотах. Датчик Actuat a-Phys. 115, 523–529 (2004). [Google Scholar]
• Ло Х. У. и Тай Й. К. Электретные генераторы на основе парилена. J. Micromech. Microeng. 18, 10.1088 / 0960-1317 / 18/10/104006 (2008). [CrossRef] [Google Scholar]
• Niu S. M. et al. Метод моделирования для оптимизации работы интегрированной системы сбора энергии трибоэлектрического наногенератора.Нано Энергия 2014. Т. 8. С. 150–156. [Google Scholar]
• Фан Ф. Р. et al. Прозрачные трибоэлектрические наногенераторы и автономные датчики давления на основе пластиковых пленок с микрорельефом. Nano Lett. 12. С. 3109–3114 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
• Фан Ф. Р. et al. Сверхпрозрачные и гибкие трибоэлектрические наногенераторы: повышение производительности и основные механизмы. J. Mater. Chem. А 2, 13219–13225 (2014). [Google Scholar]
• Ким С. et al. Прозрачные гибкие графеновые трибоэлектрические наногенераторы. Adv. Матер. 26. С. 3918–3925 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
• Ли К. Ю., Гупта М. К. и Ким С. В. Прозрачные гибкие растягиваемые пьезоэлектрические и трибоэлектрические наногенераторы для питания портативной электроники. Нано Энергия 14. С. 139–160 (2015). [Google Scholar]
• Чжу Г. et al. Импульсное электроосаждение с использованием трибоэлектрического генератора для создания микротекстур. Нано. Lett. 12. С. 4960–4965 (2012).[PubMed] [Google Scholar]
• Zhou Y. S. et al. In situ Количественное исследование наномасштабной трибоэлектрификации и формирования паттернов. Nano Lett. 13. С. 2771–2776 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Диас А. Ф. и Феликс-Наварро Р. М. Полуколичественный трибоэлектрический ряд для полимерных материалов: влияние химической структуры и свойств. J. Electrostat. 62, 277–290 (2004). [Google Scholar]
• Чжу Г. et al. К крупномасштабному сбору энергии с помощью трибоэлектрического наногенератора с наночастицами.Nano Lett. 13, 847–853 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Чжун Дж. У. et al. Трибоэлектрический наногенератор с ручным управлением и его использование для мгновенного включения светодиодов. Нано Энергия 2. С. 491–497 (2013). [Google Scholar]
• Ван С. Х., Лин Л. и Ван З. Л. Наноразмерное преобразование энергии с использованием трибоэлектрического эффекта для устойчивой работы портативной электроники. Nano Lett. 12. С. 6339–6346 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
• Zhu G. et al. Трибоэлектрический генератор с линейной решеткой на основе скользящей электрификации.Nano Lett. 13, 2282–2289 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Ван С. Х. et al. Скользящие трибоэлектрические наногенераторы на основе механизма разделения заряда в плоскости. Nano Lett. 13, 2226–2233 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Лин Л. et al. Дисковый трибоэлектрический наногенератор с сегментной структурой для сбора вращательной механической энергии. Nano Lett. 13, 2916–2923 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Бай П. et al. Цилиндрический вращающийся трибоэлектрический наногенератор.АСУ Нано 7. С. 6361–6366 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Wei X. Y. et al. Автономная электролюминесцентная система с масштабируемой площадью без интерфейса, управляемая трибоэлектрическим генератором. Sci. Rep. 5, 10.1038 / srep13658 (2015). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Jung W. S. et al. Высокопроизводительный пьезо / трибоэлектрический гибридный генератор. Научный представитель 5, АРТН 9309 0.1038 / srep09309 (2015). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван X.Д., Сун Дж. Х., Лю Дж. И Ван З. Л. Наногенератор постоянного тока, управляемый ультразвуковыми волнами. Наука 2007. Т. 316, с. 102–105. [PubMed] [Google Scholar]
• Ча С. Н. et al. Звукоуправляемые пьезоэлектрические наногенераторы на основе нанопроволоки. Adv. Матер. 22, 10.1002 / adma.201001169 (2010). [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Сюй Дж. Т., Чен Ю. Х. и Дай Л. М. Эффективная фотозарядка литий-ионного аккумулятора с помощью перовскитового солнечного элемента. Nature Communications 6, АРТН 8103 10.1038 / ncomms9103 (2015).[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Zi Y. et al. Стандарты и показатели качества для количественной оценки трибоэлектрических наногенераторов. Nature Communications 6, 10.1038 / ncomms9376 (2015). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Liao L.F. Влияние социальной власти менеджера на поведение сотрудников НИОКР при обмене знаниями. Int. J. Technol. Управлять. 41, 169–182 (2008). [Google Scholar]
• Тайс Дж. Д., Рошек Дж. Б., Хэмлин К.Д., Апблетт К. А. и Кенис П. Дж. А. Нормально закрытый электростатический микроклапан, изготовленный исключительно с использованием методов мягкой литографии и управляемый портативной электроникой. J. Microelectromech. С. 22. С. 1251–1253 (2013). [Google Scholar]
• Ян В. К. et al. Сбор энергии от естественной вибрации при ходьбе человека. АСУ Нано 7. С. 11317–11324 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Meng B. et al. Гибкая печатная плата с автономным питанием со встроенным трибоэлектрическим генератором.Нано Энергия 2. С. 1101–1106 (2013). [Google Scholar]
• Chen J. et al. Трибоэлектрический наногенератор на основе гармоник-резонаторов как устойчивый источник энергии и автономный активный датчик вибрации. Adv. Матер. 25, 6094–6099 (2013). [PubMed] [Google Scholar]

Утверждение регулирующим органом США платежей по стейблкоинам является нормативным строительным блоком и проблемой соответствия

Нью-Йорк (Thomson Reuters Regulatory Intelligence) – * Чтобы получить дополнительную информацию от группы Thomson Reuters Regulatory Intelligence, нажмите здесь: битly / TR-RegIntel

Изображение виртуальной валюты Биткойн и банкнота в один доллар США показаны перед графиком акций на этой иллюстрации, сделанной 8 января 2021 года.

Новое пояснительное письмо от Управления финансового контролера разрешение использовать криптовалюту стейблкоин для банковских платежей открывает путь для основных финансовых средств для тестирования цифровых активов в режиме реального времени в относительно безопасном уголке рынка. Это решение дает зеленый свет тому, что некоторые называют «обучающими колесами», позволяющими создавать механизмы контроля за соблюдением требований для более широкого использования цифровых валют в будущем.

Банки уже используют стейблкоины, стоимость которых ограниченным образом привязана непосредственно к активам, таким как доллар США или торгуемые товары. Они, вероятно, расширят свою деятельность, чтобы накопить опыт в таких областях, как борьба с отмыванием денег и кибербезопасность, которые создают серьезные проблемы. Такой опыт может служить образцом соответствия для бирж и пользователей.

Для рынка криптовалют и банковской индустрии действие OCC было воспринято как знаковое событие и помогло поднять цены на биткойны до рекордных уровней на прошлой неделе.Однако решение OCC не имело прямого отношения к биткойну, который, в отличие от стейблкоина, не привязан к активу.

ПИСЬМО OCC «УДАЛЯЕТ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ»

Новое пояснительное письмо по стейблкоину разъясняет политику OCC после условного одобрения, которое оно предоставило банкам в прошлом году.

В обновлении OCC, выпущенном 4 января [go-ri.tr.com/2ceRof], говорится, что банки могут входить в «независимые сети проверки узлов», или INVN, которые представляют собой общие электронные базы данных, в которых одна и та же информация хранится на нескольких компьютерах.Они также известны как сети блокчейнов. По словам OCC, «распределенные реестры», используемые для записи транзакций с криптовалютой, представляют собой форму INVN, в которой участники проверяют транзакции, хранят историю транзакций и транслируют данные другим узлам.

Банковский регулирующий орган сравнил риски и действия, связанные с операциями со стейблкоинами, с рисками и действиями, связанными с цифровыми сертификатами, которые используются для идентификации банков и их клиентов на давно установленных платформах электронных транзакций, и с текущими счетами, которые гарантируют, что транзакции поддерживаются наличными средствами.В нем говорится, что банки должны соблюдать существующие правила, касающиеся отмывания денег, кибербезопасности и других мер защиты от рисков.

Исполняющий обязанности контролера Брайан Брукс сказал, что пояснительное письмо «устраняет любую юридическую неопределенность в отношении полномочий банков подключаться к блокчейнам в качестве узлов валидатора и тем самым совершать платежи по стейблкоинам от имени клиентов, которые все больше требуют скорости, эффективности, функциональной совместимости и низкой стоимости. связанных с этими продуктами ».

ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ

Принятие стейблкоина ставит перед банками новые задачи по созданию средств контроля над электронной платежной системой, намного более сложной, чем существующие системы.Цифровые активы хранят записи о владении монетами и транзакциях в компьютеризированной базе данных с криптографической защитой. Поскольку стейблкоин имеет многие из тех же конструктивных особенностей, что и популярный биткойн и другие цифровые валюты, не обеспеченные активами, он может помочь банкам развить возможности финтех для обслуживания нерегулируемых крипто-фирм.

«Банки создают инфраструктуру стейблкоинов, которая решает множество проблем, таких как KYC и AML», – сообщил агентству Regulatory Intelligence Макс Дилендорф из Dilendorf Law Firm PLLC.«Самая большая проблема – это безопасность».

Помимо прочего, банки должны хранить денежные резервы, чтобы поддерживать стоимость стейблкоинов.

Цифровой актив основан на многочисленных взаимосвязанных действиях для транзакций, которые будет сложно проверить, поскольку проверяемая организация может не иметь окончательного контроля над данными транзакций на нескольких платформах, необходимых для валют, цифровых активов и учетных записей конечных пользователей, используемых контрагентами. – говорится в недавнем официальном документе бухгалтерской торговой группы AICPA.

Банки, вероятно, воспользуются возможностью стейблкоина для создания контроля над более широким рынком криптовалют, который на прошлой неделе впервые превысил 1 триллион долларов, согласно агрегатору данных цифровых активов Coingecko.

Биткойн составляет почти две трети всех цифровых активов, которыми торгуют на более чем 6000 биржах. Стейблкойн, которому не хватает спекулятивной привлекательности биткойнов, представляет собой лишь небольшую часть цифровых валют. Но спрос со стороны институциональных инвесторов привел к утроению его общего количества в прошлом году и десятикратному увеличению за последние два года.

Предложенный Facebook стейблкоин Diem, переименованный в Libra, может привести к гораздо более широкой базе пользователей, превышающей 2,7 миллиона участников.

Некоторые банки, в первую очередь JPMorgan и Goldman Sachs, вкладывают значительные средства в проекты цифровых валют, в то же время ссылаясь на риски цифровых активов.

«Банки больше не могут позволить себе игнорировать эту возможность», – говорится в исследовании Boston Consulting Group, опубликованном в ноябре [здесь]. «Конечно, у них есть основания для осторожности.”

КРИВАЯ ОБУЧЕНИЯ ДЛЯ РЕГУЛЯТОРОВ

OCC также окажется на кривой обучения. Для надзора за цифровыми активами требуются новые знания, а также умение преодолевать любые нормативные совпадения. Федеральная корпорация по страхованию депозитов, например, не одобрила какое-либо прямое страхование цифровых активов.

Американские законодатели, однако, предложили строгое регулирование в соответствии с Законом о привязке стейблкоинов и принудительном лицензировании банков (стабильный) [здесь], который потребует страхования FDIC или депозитов Федеральной резервной системы для поддержки стейблкоина.

Закон также позволит только банкам выпускать стейблкоины, что заставит их быстро перейти к созданию совместимых платформ.

Некоторые видят, что индустрия криптовалюты стремится к быстрому развитию и перемещается в другие юрисдикции, такие как Багамы, центральный банк которых недавно поддержал свои собственные цифровые «песочные доллары» для использования в розничных транзакциях.

Регулирующие органы США работают над балансом между обеспечением нормативно-правовой базы и отказом от легитимации валюты, призванной избежать прозрачности.С ростом цифровых валют криптоиндустрия стимулировала новый спрос на традиционные банковские услуги, такие как торговля валютой, долларовые депозиты, контроль отмывания денег, услуги KYC и киберзащита, а также растущую неопределенность в отношении банков, которые могут с ними взаимодействовать.

Федеральная корпорация по страхованию вкладов и OCC признали необходимость сохранения актуальности банков. В дополнение к новому письму OCC, FDIC недавно выпустил руководство по взаимодействию между регулируемыми банками и третьими сторонами.В декабре федеральная межведомственная группа опубликовала заявление о принципах, касающихся стейблкоина. В нем говорится: «Цифровые платежи, в том числе обеспеченные долларом США и другие схемы стабильных монет, используемые в качестве платежных систем, могут повысить эффективность, повысить конкуренцию, снизить затраты и способствовать более широкой финансовой интеграции.

«Системы цифровых платежей, включая механизмы стейблкоинов, должны разрабатываться и эксплуатироваться ответственно, чтобы эффективно управлять рисками и поддерживать постоянную стабильность U.S. внутренние и международные финансовые и валютные системы ».

Действия регулирующих органов могут помочь банкам в обозримом будущем играть гораздо более важную роль в качестве поставщика услуг для участников цифровой валюты. Четкий язык нового пояснительного письма OCC знаменует собой первый раз, когда регулирующий орган банка разрешил использование цифровых монет в транзакциях. Действие OCC дает их усилиям толчок вперед, но в ограниченном масштабе, поскольку он не подвергает их каким-либо резким колебаниям цен и меньше подвержен риску воровства и мошенничества, чем биткойн, за счет сосредоточения более предсказуемого пространства стейблкоинов.

ФАТФ ПОДДЕРЖИВАЕТ БАНКИ СОЗДАТЬ НОРМАТИВНУЮ ОСНОВУ

«Пояснительное письмо не является серьезным событием, но для банков будет важно оставаться в курсе, прежде чем их бизнес-модель исчезнет», – сказал Дилендорф. OCC назвал денежные переводы областью, в которой банки, вероятно, немедленно найдут использование платежей стейблкоинами.

Группа разработки финансовых мер борьбы с отмыванием денег, глобальный разработчик стандартов для контроля за отмыванием денег, в своем исследовании отметила, что «стейблкоины обладают потенциалом для стимулирования финансовых инноваций и повышения эффективности, а также для повышения финансовой доступности.«Хотя« стейблкоины пока принимаются только в небольших масштабах, новые предложения имеют потенциал для массового принятия в глобальном масштабе, особенно там, где они спонсируются крупными технологическими, телекоммуникационными или финансовыми компаниями ».

Но он предупредил, что «как любая другая система крупномасштабного перевода ценностей, эта склонность к массовому усыновлению делает их привлекательными для преступников и террористов для отмывания своих доходов от преступной деятельности и финансирования своей террористической деятельности».

(Отчет Ричарда Сатрана из отдела регуляторной разведки)

* Чтобы получить дополнительную информацию от отдела регуляторной разведки Thomson Reuters, щелкните здесь: бит.