Dažādi sprieguma regulatoru veidi ar darba principu

Strāvas padevē galvenā loma ir sprieguma regulatoriem. Tāpēc pirms došanās apspriest a sprieguma regulators , mums jāzina, kāda ir barošanas avota loma, izstrādājot sistēmu? Piemēram, jebkurā darba sistēmā, piemēram, viedtālrunī, rokas pulkstenī, datorā vai klēpjdatorā, barošanas avots ir būtiska pūces sistēmas darbības sastāvdaļa, jo tā nodrošina konsekventu, uzticamu un nepārtrauktu padevi sistēmas iekšējām sastāvdaļām. Elektroniskajās ierīcēs barošanas avots nodrošina stabilu, kā arī regulētu jaudu, lai pareizi darbotos ķēdes. Barošanas avoti ir divu veidu, piemēram, maiņstrāvas padeve, kas tiek iegūta no tīkla kontaktligzdām, un līdzstrāvas barošanas avots, ko iegūst no baterijām. Tātad, šajā rakstā ir apskatīts dažādu sprieguma regulatoru veidu un to darba pārskats.

Kas ir sprieguma regulators?

Sprieguma līmeņa regulēšanai tiek izmantots sprieguma regulators. Ja nepieciešams vienmērīgs, uzticams spriegums, tad vēlamā ierīce ir sprieguma regulators. Tas ģenerē fiksētu izejas spriegumu, kas paliek nemainīgs visām ieejas sprieguma vai slodzes apstākļu izmaiņām. Tas darbojas kā buferis komponentu aizsardzībai no bojājumiem. A sprieguma regulators ir ierīce ar vienkāršu plūsmas pārsūtīšanas dizainu un tajā tiek izmantotas negatīvas atgriezeniskās saites vadības cilpas.

Sprieguma regulators

Galvenokārt ir divu veidu sprieguma regulatori: lineārie sprieguma regulatori un komutācijas sprieguma regulatori, kurus izmanto plašākos pielietojumos. Lineārais sprieguma regulators ir vienkāršākais sprieguma regulatora veids. Tas ir pieejams divos veidos, kas ir kompakti un tiek izmantoti mazjaudas un zemsprieguma sistēmās. Apspriedīsim dažāda veida sprieguma regulatorus.

The galvenās sprieguma regulatorā izmantotās sastāvdaļas ir

• Atsauksmju ķēde
• Stabils atskaites spriegums
• Iet garām elementa vadības ķēdei

Sprieguma regulēšanas process ir ļoti vienkāršs, izmantojot iepriekš minētos trīs komponentiem . Sprieguma regulatora pirmo komponentu, piemēram, atgriezenisko saiti, izmanto, lai noteiktu izmaiņas līdzstrāvas sprieguma izejā. Pamatojoties uz atskaites spriegumu, kā arī atgriezenisko saiti, var ģenerēt vadības signālu, kas izlaiž pārejas elementu, lai atmaksātu izmaiņas.

Šeit pārejas elements ir viens no cietvielu veidiem pusvadītāju ierīce līdzīgs BJT tranzistoram, PN-savienojuma diode, citādi MOSFET. Tagad līdzstrāvas izejas spriegumu var uzturēt aptuveni stabilu.

Sprieguma regulatora darbība

Sprieguma regulatora ķēde tiek izmantota, lai izveidotu, kā arī uzturētu pastāvīgu izejas spriegumu, pat ja ieejas spriegums pretējā gadījumā tiek mainīts. Sprieguma regulators iegūst spriegumu no barošanas avota, un to var uzturēt diapazonā, kas ir labi piemērots pārējiem elektriskās sastāvdaļas . Visbiežāk šie regulatori tiek izmantoti līdzstrāvas / līdzstrāvas pārveidošanai, maiņstrāvas / maiņstrāvas, citādi maiņstrāvas / līdzstrāvas pārveidošanai.

Sprieguma regulatoru veidi un to darbība

Šos regulatorus var īstenot, izmantojot integrētās shēmas vai diskrētas komponentu shēmas. Sprieguma regulatorus klasificē divos veidos, proti, lineārā sprieguma regulatorā un komutācijas sprieguma regulatorā. Šos regulatorus galvenokārt izmanto, lai regulētu sistēmas spriegumu, tomēr lineārie regulatori darbojas ar zemu efektivitāti, kā arī komutācijas regulatori, kas darbojas ar augstu efektivitāti. Pārslēdzot regulatorus ar augstu efektivitāti, lielāko daļu i / p jaudas var pārnest uz o / p bez izkliedes.

Sprieguma regulatoru veidi

Būtībā ir divu veidu sprieguma regulatori: lineārais sprieguma regulators un komutācijas sprieguma regulators.

• Ir divu veidu lineārie sprieguma regulatori: sērija un šunts.
• Ir trīs veidu komutācijas sprieguma regulatori: pakāpiena paaugstināšana, pakāpiena samazināšana un invertora sprieguma regulatori.

Lineārie sprieguma regulatori

Lineārais regulators darbojas kā sprieguma dalītājs. Ohmas reģionā tā izmanto FET. Sprieguma regulatora pretestība mainās atkarībā no slodzes, kā rezultātā pastāvīgs izejas spriegums. Lineārie sprieguma regulatori ir sākotnējais regulatoru veids, ko izmanto barošanas avotu regulēšanai. Šāda veida regulatorā aktīvās caurlaidības elementa mainīgā vadītspēja, piemēram, a MOSFET vai BJT ir atbildīgs par izejas sprieguma maiņu.

Kad slodze ir apvienota, jebkuras ieejas izmaiņas, pretējā gadījumā slodzes rezultāts būs strāvas atšķirība visā tranzistorā, lai izeja būtu nemainīga. Lai mainītu tranzistora strāvu, tas jāstrādā aktīvā citādi omiskā reģionā.

Šīs procedūras laikā šāda veida regulators izkliedē daudz enerģijas, jo neto spriegums tiek samazināts tranzistorā, lai tas izkliedētos kā siltums. Parasti šie regulatori tiek iedalīti dažādās kategorijās.

• Pozitīvi regulējams
• Negatīvs regulējams
• Fiksēta izeja
• Izsekošana
• Peldošs

Priekšrocības

The lineārā sprieguma regulatora priekšrocības iekļaujiet sekojošo.

• Piešķir zemu izejas pulsācijas spriegumu
• Ātrs reakcijas laiks uz ielādi vai līnijas izmaiņām
• Zemi elektromagnētiskie traucējumi un mazāks troksnis

Trūkumi

The lineārā sprieguma regulatora trūkumi iekļaujiet sekojošo.

• Efektivitāte ir ļoti zema
• Nepieciešama liela vieta - ir nepieciešams radiators
• Spriegumu virs ieejas nevar palielināt

Sērijas sprieguma regulatori

Sērijas sprieguma regulators izmanto mainīgu elementu, kas ievietots virknē ar slodzi. Mainot šī sērijas elementa pretestību, tajā var nomainīt spriegumu. Un slodzes spriegums paliek nemainīgs.

Iegūtās strāvas daudzumu efektīvi izmanto slodze, tā ir galvenā elektrotīkla priekšrocība sērijas sprieguma regulators . Pat tad, ja slodzei nav nepieciešama strāva, sērijas regulators neuzņem pilnu strāvu. Tāpēc virknes regulators ir ievērojami efektīvāks nekā šunta sprieguma regulators.

Šunta sprieguma regulatori

Šunta darbojas sprieguma regulators nodrošinot ceļu no barošanas sprieguma līdz zemei ​​caur mainīgu pretestību. Strāva caur šunta regulatoru ir novirzījusies no slodzes un bezjēdzīgi plūst zemē, padarot šo formu parasti mazāk efektīvu nekā sērijveida regulators. Tomēr tas ir vienkāršāk, dažreiz sastāv tikai no sprieguma atskaites diodes, un to izmanto ļoti mazjaudas ķēdēs, kurās izšķērdētā strāva ir pārāk maza, lai varētu radīt bažas. Šī forma ir ļoti izplatīta sprieguma atskaites ķēdēm. Šunta regulators parasti var tikai nogremdēt (absorbēt) strāvu.

Šunta regulatoru lietojumi

Šunta regulatori tiek izmantoti:

• Zema izejas sprieguma komutācijas barošanas avoti
• Pašreizējā avota un izlietnes shēmas
• Kļūdu pastiprinātāji
• Regulējams spriegums vai strāvas lineārs un komutācija Barošanas avoti
• Sprieguma uzraudzība
• Analogās un digitālās shēmas, kurām nepieciešamas precīzas atsauces
• Precīzijas strāvas ierobežotāji

Sprieguma regulatoru pārslēgšana

Pārslēgšanas regulators ātri ieslēdz un izslēdz virknes ierīci. Slēdža darbības cikls nosaka slodzei pārnestās maksas apjomu. To kontrolē atgriezeniskās saites mehānisms, kas līdzīgs lineārā regulatora mehānismam. Pārslēgšanas regulatori ir efektīvi, jo sērijveida elements ir vai nu pilnībā vadīts, vai izslēgts, jo tas gandrīz neizdala enerģiju. Pārslēgšanas regulatori atšķirībā no lineārajiem regulatoriem spēj radīt izejas spriegumu, kas ir lielāks par ieejas spriegumu vai pretējas polaritātes.

Pārslēgšanās sprieguma regulators ātri ieslēdzas un izslēdzas, lai mainītu izeju. Tam nepieciešams vadības oscilators, kā arī jāuzlādē atmiņas komponenti.

Komutācijas regulatorā ar pulsa frekvences modulāciju, kuras frekvence, pastāvīga darba cikls un trokšņu spektrs ir atšķirīgi, ir grūtāk filtrēt šo troksni.

Pārslēgšanas regulators ar Pulsa platuma modulācija , pastāvīga frekvence, mainīgs darba cikls, ir efektīvs un viegli filtrējams troksnis.
Komutācijas regulatorā nepārtrauktā režīma strāva caur induktoru nekad nenokrīt līdz nullei. Tas ļauj sasniegt visaugstāko izejas jaudu. Tas dod labāku sniegumu.

Komutācijas regulatorā nepārtrauktā režīma strāva caur induktoru nokrītas līdz nullei. Tas dod labāku sniegumu, ja izejas strāva ir zema.

Topoloģiju pārslēgšana

Tam ir divu veidu topoloģijas: dielektriskā izolācija un neizolācija.

Izolēts

Tas ir balstīts uz starojumu un intensīvu vidi. Atkal izolētos pārveidotājus klasificē divos veidos, kas ietver sekojošo.

• Flyback pārveidotāji
• Pārsūtīt pārveidotājus

Iepriekš uzskaitītajos izolētajos pārveidotājos ir apskatīts komutētā režīma barošanas avota temats.

Neizolācija

Tas ir balstīts uz nelielām izmaiņām Vout / Vin. Piemēri ir Step Up sprieguma regulators (Boost) - paaugstina ieejas spriegumu Step Down (Buck) - pazemina ieejas spriegumu Step up / Step Down (boost / buck) Sprieguma regulators - pazemina, paaugstina vai apgriež ieejas spriegumu atkarībā no kontrollera Uzlādes sūknis - Tas nodrošina ievades daudzkārtni, neizmantojot induktoru.

Atkal, neizolēti pārveidotāji tiek klasificēti dažādos veidos, tomēr tie ir nozīmīgi

• Buka pārveidotājs vai samazināms sprieguma regulators
• Paaugstināšanas pārveidotājs vai pastiprināšanas sprieguma regulators
• Buka vai palielināšanas pārveidotājs

Topoloģiju pārslēgšanas priekšrocības

Komutācijas barošanas avota galvenās priekšrocības ir efektivitāte, izmērs un svars. Tas ir arī sarežģītāks dizains, kas spēj apstrādāt lielāku enerģijas efektivitāti. Pārslēgšanās sprieguma regulators var nodrošināt izeju, kas ir lielāka vai mazāka par ieejas spriegumu.

Trūkumi par topoloģiju maiņu

• Lielāks izejas pulsācijas spriegums
• Lēnāks pārejošas atveseļošanās laiks
• EMI rada ļoti trokšņainu produkciju
• Ļoti dārgs

Paaugstināšanas komutācijas pārveidotāji, kurus sauc arī par pastiprināšanas komutācijas regulatoriem, nodrošina lielāku sprieguma izeju, paaugstinot ieejas spriegumu. Izejas spriegums tiek regulēts, ja vien jauda tiek izmantota ķēdes izejas jaudas specifikācijās. Gaismas diožu virkņu vadīšanai tiek izmantots pakāpiena pārslēgšanas sprieguma regulators.

Palieliniet sprieguma regulatorus

Pieņemsim, ka bezzuduma ķēdes tapa = pout (ieejas un izejas jauda ir vienāda)

Tad V_iekšāEs_iekšā= V_ārāEs_ārā,

Es_ārā/ Es_iekšā= (1-D)

No tā tiek secināts, ka šajā ķēdē

• Pilnvaras paliek nemainīgas
• Spriegums palielinās
• Strāva samazinās
• Ekvivalents līdzstrāvas transformatoram

Solis uz leju (Buck) sprieguma regulators

Tas pazemina ieejas spriegumu.

Samaziniet sprieguma regulatorus

Ja ieejas jauda ir vienāda ar izejas jaudu, tad

P_iekšā= P_ārāV_iekšāEs_iekšā= V_ārāEs_ārā,

Es_ārā/ Es_iekšā= V_iekšā/ V_ārā= 1 / D

Samazināšanas pārveidotājs ir līdzvērtīgs līdzstrāvas transformatoram, kur pagriezienu attiecība ir diapazonā no 0-1.

Paaugstināt / samazināt (Boost / Buck)

To sauc arī par sprieguma invertoru. Izmantojot šo konfigurāciju, ir iespējams paaugstināt, pazemināt vai apgriezt spriegumu atbilstoši prasībām.

• Izejas spriegumam ir pretēja ieejas polaritāte.
• Tas tiek panākts, VL uz priekšu novirzot atpakaļgaitas diodi izslēgšanās laikā, radot strāvu un uzlādējot kondensatoru sprieguma ražošanai izslēgšanas laikā
• Izmantojot šāda veida komutācijas regulatoru, var sasniegt 90% efektivitāti.

Paaugstināt / pazemināt sprieguma regulatorus

Ģeneratora sprieguma regulatori

Ģeneratori rada strāvu, kas nepieciešama, lai apmierinātu transportlīdzekļa elektriskās prasības, darbojoties motoram. Tas arī papildina enerģiju, kas tiek izmantota transportlīdzekļa iedarbināšanai. Ģeneratoram ir iespēja radīt lielāku strāvu ar mazāku ātrumu nekā līdzstrāvas ģeneratoriem, kurus kādreiz izmantoja lielākā daļa transportlīdzekļu. Ģeneratoram ir divas daļas

Ģeneratora sprieguma regulators

Stators - Šī ir nekustīga sastāvdaļa, kas nekustās. Tas satur elektrisko vadītāju komplektu, kas savīti ruļļos pār dzelzs serdi.
Rotors / armatūra - Šī ir kustīgā sastāvdaļa, kas rada rotējošu magnētisko lauku jebkuram no šiem trim veidiem: (i) indukcija (ii) pastāvīgie magnēti (iii), izmantojot ierosinātāju.

Elektroniskais sprieguma regulators

Vienkāršu sprieguma regulatoru var izgatavot no rezistora virknē ar diodi (vai diodu sēriju). Diodes V-I līkņu logaritmiskās formas dēļ spriegums pāri diodei mainās tikai nedaudz, ņemot vērā novilktās strāvas izmaiņas vai izmaiņas ieejā. Ja precīza sprieguma kontrole un efektivitāte nav svarīga, šī konstrukcija var darboties lieliski.

Elektroniskais sprieguma regulators

Transistora sprieguma regulators

Elektroniskajiem sprieguma regulatoriem ir astabils sprieguma atskaites avots, ko nodrošina Zenera diode , kas ir pazīstams arī kā apgrieztā sadalījuma sprieguma darbības diode. Tas uztur pastāvīgu līdzstrāvas izejas spriegumu. Maiņstrāvas pulsācijas spriegums ir bloķēts, bet filtru nevar bloķēt. Sprieguma regulatoram ir arī papildu ķēde aizsardzībai pret īssavienojumu, strāvas ierobežošanas ķēdei, pārsprieguma aizsardzībai un termiskai izslēgšanai.

Sprieguma regulatoru pamatparametri

• Pamatparametri, kas jāņem vērā, darbinot sprieguma regulatoru, galvenokārt ietver i / p spriegumu, o / p spriegumu, kā arī o / p strāvu. Parasti visus šos parametrus galvenokārt izmanto VR tipa noteikšanai topoloģija ir labi saskaņota vai neatbilst lietotāja IC.
• Citi šī regulatora parametri ir pārslēgšanās frekvence, pamatojoties uz prasību, var būt piemērota klusējošās strāvas atgriezeniskās saites sprieguma siltuma pretestība
• Mierīgā strāva ir ievērojama, ja galvenā problēma ir efektivitāte gaidīšanas režīmos vai neliela slodze.
• Kad komutācijas frekvence tiek uzskatīta par parametru, komutācijas frekvences izmantošana var radīt mazas sistēmas risinājumus. Arī siltuma pretestība var būt bīstama, lai atbrīvotos no ierīces siltuma, kā arī izšķīdinātu siltumu no sistēmas.
• Ja kontrolierim ir MOSFET, tad visi vadošie, kā arī dinamiskie zaudējumus tiks izkliedēts iepakojumā, un tas jāņem vērā, mērot maksimālo regulatora temperatūru.
• Vissvarīgākais parametrs ir atgriezeniskais spriegums, jo tas izlemj mazāku o / p spriegumu, ko IC var noturēt. Tas ierobežo mazāk o / p sprieguma, un precizitāte ietekmēs izejas sprieguma regulēšanu.

Kā izvēlēties pareizo sprieguma regulatoru?

• Galvenajiem parametriem ir galvenā loma, dizainerim izvēloties sprieguma regulatoru, piemēram, Vin, Vout, Iout, sistēmas prioritātes utt. Dažas papildu galvenās funkcijas, piemēram, ļauj kontrolēt vai labi rādīt enerģiju.
• Kad dizainers ir aprakstījis šīs nepieciešamības, izmantojiet parametru meklēšanas tabulu, lai atrastu labāko aparatūru vēlamo vajadzību apmierināšanai.
• Dizaineriem šī tabula ir ļoti vērtīga, jo tā nodrošina vairākas funkcijas, kā arī paketes, kuras var iegūt, lai izpildītu dizainera prasībām nepieciešamos parametrus.
• MPS ierīces ir pieejamas ar to datu lapām, kurās sīki aprakstītas nepieciešamās ārējās daļas, kā izmērīt to vērtības, lai iegūtu stabilu, efektīvu dizainu ar augstu veiktspēju.
• Šī datu lapa galvenokārt palīdz izmērīt tādu komponentu vērtības kā izejas kapacitāte, atgriezeniskās saites pretestība, o / p induktivitāte utt.
• Varat arī izmantot dažus simulācijas rīkus, piemēram, programmatūru MPSmart / DC / DC Designer utt. MPS nodrošina dažādus sprieguma regulatorus ar kompaktu lineāru, dažādiem efektīviem un komutācijas veidiem, piemēram, MP171x saimi, HF500-x saimi, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 un MPQ2013-AEC1.

Ierobežojumi / trūkumi

Sprieguma regulatoru ierobežojumi ietver šādus.

• Viens no galvenajiem sprieguma regulatora ierobežojumiem ir tas, ka tie ir neefektīvi milzīgas strāvas izkliedes dēļ dažos lietojumos
• Šīs IC sprieguma kritums ir līdzīgs a rezistors sprieguma kritums. Piemēram, ja sprieguma regulatora ieeja ir 5 V un ģenerē izeju, piemēram, 3 V, tad sprieguma kritums starp diviem spailēm ir 2 V.
• Regulatora efektivitāti var ierobežot līdz 3V vai 5V, kas nozīmē, ka šie regulatori ir piemērojami ar mazāk Vin / Vout diferenciāļiem.
• Jebkurā lietojumā ir ļoti svarīgi ņemt vērā paredzamo regulatora jaudas izkliedi, jo, ja ieejas spriegums ir augsts, jaudas izkliede būs liela, lai pārkaršanas dēļ varētu sabojāt dažādas sastāvdaļas.
• Vēl viens ierobežojums ir tāds, ka tie vienkārši spēj veikt konvertēšanu, salīdzinot ar komutācijas tipiem, jo ​​šie regulatori nodrošinās izciļņus un konversijas.
• Regulatori, piemēram, komutācijas tips, ir ļoti efektīvi, tomēr tiem ir daži trūkumi, piemēram, rentabilitāte, salīdzinot ar lineārā tipa regulatoriem, sarežģītāki, lielāki un var radīt vairāk trokšņa, ja to ārējās sastāvdaļas netiek izvēlētas piesardzīgi.

Tas viss attiecas uz dažādiem veidiem sprieguma regulatori un to darbības princips. Mēs uzskatām, ka šajā rakstā sniegtā informācija ir noderīga, lai labāk izprastu šo jēdzienu. Turklāt par visiem jautājumiem par šo rakstu vai par palīdzību ieviešanā elektrotehnikas un elektronikas projekti , varat vērsties pie mums, komentējot komentāru sadaļā zemāk. Šeit ir jautājums jums - kur mēs izmantosim ģeneratora sprieguma regulatoru?