Różne typy regulatorów napięcia z zasadą działania

Różne typy regulatorów napięcia z zasadą działania

W zasilaniu kluczową rolę odgrywają regulatory napięcia. Więc zanim przejdziemy do omówienia Regulator napięcia musimy wiedzieć, jaka jest rola zasilacza przy projektowaniu systemu? Na przykład w każdym działającym systemie, takim jak smartfon, zegarek na rękę, komputer lub laptop, zasilacz jest istotną częścią pracy systemu owl, ponieważ zapewnia stałe, niezawodne i ciągłe zasilanie wewnętrznych elementów systemu. W urządzeniach elektronicznych zasilacz zapewnia stabilną, a także regulowaną moc do prawidłowej pracy obwodów. Źródła zasilania są dwa rodzaje, takie jak zasilacz prądu przemiennego, który pobiera z gniazdek sieciowych i zasilacz prądu stałego, który pochodzi z akumulatorów. Dlatego w tym artykule omówiono różne typy regulatorów napięcia i ich działanie.



Co to jest regulator napięcia?

Regulator napięcia służy do regulacji poziomów napięcia. Gdy potrzebne jest stabilne, niezawodne napięcie, preferowanym urządzeniem jest regulator napięcia. Generuje stałe napięcie wyjściowe, które pozostaje stałe dla wszelkich zmian napięcia wejściowego lub warunków obciążenia. Działa jako bufor chroniący elementy przed uszkodzeniami. ZA Regulator napięcia to urządzenie o prostej konstrukcji sprzężenia zwrotnego i wykorzystujące pętle sterowania z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.


Regulator napięcia

Regulator napięcia





Istnieją głównie dwa typy regulatorów napięcia: Liniowe regulatory napięcia i przełączające regulatory napięcia, które są używane w szerszych zastosowaniach. Liniowy regulator napięcia jest najłatwiejszym typem regulatora napięcia. Występuje w dwóch typach, które są kompaktowe i stosowane w systemach niskonapięciowych małej mocy. Omówmy różne typy regulatorów napięcia.

Plik główne elementy stosowane w regulatorze napięcia



  • Obwód sprzężenia zwrotnego
  • Stabilne napięcie odniesienia
  • Obwód sterowania elementem przepustowym

Dzięki powyższym trzem proces regulacji napięcia jest bardzo łatwy składniki . Pierwszy element regulatora napięcia, taki jak obwód sprzężenia zwrotnego, jest używany do wykrywania zmian napięcia wyjściowego DC. Na podstawie napięcia odniesienia oraz sprzężenia zwrotnego można wygenerować sygnał sterujący, który napędza element przepustowy, aby spłacić zmiany.

Tutaj element przejściowy jest jednym z rodzajów tranzystorów urządzenie półprzewodnikowe podobny do tranzystora BJT, dioda złączowa PN, w przeciwnym razie MOSFET. Teraz napięcie wyjściowe DC można utrzymać w przybliżeniu stabilne.


Działanie regulatora napięcia

Obwód regulatora napięcia służy do wytwarzania i utrzymywania stałego napięcia wyjściowego, nawet gdy napięcie wejściowe ulegnie zmianie w przeciwnym razie warunki obciążenia. Regulator napięcia pobiera napięcie z zasilacza i może być utrzymywane w zakresie, który jest dobrze dopasowany do pozostałych komponenty elektryczne . Najczęściej te regulatory są używane do konwersji mocy DC / DC, AC / AC lub AC / DC.

Rodzaje regulatorów napięcia i ich działanie

Te regulatory mogą być wdrażane za pośrednictwem obwody scalone lub dyskretne obwody składowe. Regulatory napięcia dzielą się na dwa typy: liniowy regulator napięcia i impulsowy regulator napięcia. Regulatory te są używane głównie do regulacji napięcia systemu, jednak regulatory liniowe pracują z niską wydajnością, a także regulatory przełączające, które działają dzięki wysokiej sprawności. W przełączających regulatorach o wysokiej sprawności większość mocy i / p może być przesyłana do o / p bez rozpraszania.

Rodzaje regulatorów napięcia

Rodzaje regulatorów napięcia

Zasadniczo istnieją dwa typy regulatorów napięcia: liniowy regulator napięcia i impulsowy regulator napięcia.

  • Istnieją dwa typy liniowych regulatorów napięcia: szeregowe i bocznikowe.
  • Istnieją trzy typy przełączających regulatorów napięcia: podwyższające, obniżające i inwerterowe.

Liniowe regulatory napięcia

Regulator liniowy działa jako dzielnik napięcia. W regionie Ohmic wykorzystuje FET. Rezystancja regulatora napięcia zmienia się wraz z obciążeniem, co skutkuje stałym napięciem wyjściowym. Liniowe regulatory napięcia są oryginalnym rodzajem regulatorów używanym do regulacji zasilaczy. W tego rodzaju regulatorze zmienna przewodność aktywnego elementu przepustowego, taka jak a MOSFET lub BJT jest odpowiedzialny za zmianę napięcia wyjściowego.

Gdy obciążenie jest sprzymierzone, zmiany dowolnego wejścia, w przeciwnym razie obciążenie będą skutkować różnicą prądu w całym tranzystorze, aby utrzymać stałą moc wyjściową. Aby zmienić prąd tranzystora, powinien on pracować w aktywnym obszarze omowym.

W trakcie tej procedury ten rodzaj regulatora rozprasza dużo energii, ponieważ napięcie netto spada w tranzystorze, aby rozproszyć się jak ciepło. Ogólnie rzecz biorąc, te organy regulacyjne są podzielone na różne kategorie.

  • Pozytywnie regulowane
  • Negatywne regulowane
  • Naprawiono wyjście
  • Śledzenie
  • Ruchomy

Zalety

Plik zalety liniowego regulatora napięcia obejmują następujące elementy.

  • Daje niskie napięcie tętnienia wyjściowego
  • Krótki czas reakcji na zmiany obciążenia lub linii
  • Niskie zakłócenia elektromagnetyczne i mniejszy hałas

Niedogodności

Plik wady liniowego regulatora napięcia obejmują następujące elementy.

  • Wydajność jest bardzo niska
  • Wymaga dużej przestrzeni - potrzebny jest radiator
  • Nie można zwiększyć napięcia powyżej wejścia

Szeregowe regulatory napięcia

Szeregowy regulator napięcia wykorzystuje element zmienny umieszczony szeregowo z obciążeniem. Zmieniając rezystancję tego elementu szeregowego, można zmienić spadek napięcia na nim. A napięcie na obciążeniu pozostaje stałe.

Ilość pobieranego prądu jest efektywnie wykorzystywana przez obciążenie - jest to główna zaleta szeregowy regulator napięcia . Nawet gdy obciążenie nie wymaga prądu, regulator szeregowy nie pobiera pełnego prądu. Dlatego regulator szeregowy jest znacznie bardziej wydajny niż bocznikowy regulator napięcia.

Bocznikowe regulatory napięcia

Bocznik działa regulator napięcia zapewniając ścieżkę od napięcia zasilania do ziemi przez zmienną rezystancję. Prąd przepływający przez regulator bocznikowy odchylił się od obciążenia i przepływa bezużytecznie do ziemi, przez co ta forma jest zwykle mniej wydajna niż regulator szeregowy. Jest jednak prostszy, czasami składa się tylko z diody odniesienia napięcia i jest stosowany w obwodach o bardzo małej mocy, w których prąd tracony jest zbyt mały, aby się nim martwić. Ta postać jest bardzo powszechna w obwodach napięcia odniesienia. Regulator bocznikowy może zwykle tylko pochłaniać (absorbować) prąd.

Zastosowania regulatorów bocznikowych

Regulatory bocznikowe stosowane są w:

  • Zasilacze impulsowe niskiego napięcia wyjściowego
  • Obwody źródła prądu i zlewu
  • Wzmacniacze błędów
  • Regulowane napięcie lub prąd liniowe i przełączanie Zasilacze
  • Monitorowanie napięcia
  • Obwody analogowe i cyfrowe, które wymagają precyzyjnych odniesień
  • Precyzyjne ograniczniki prądu

Przełączanie regulatorów napięcia

Regulator przełączający szybko włącza i wyłącza urządzenie szeregowe. Cykl pracy przełącznika określa wielkość ładunku przekazywanego do obciążenia. Jest to kontrolowane przez mechanizm sprzężenia zwrotnego podobny do tego w regulatorze liniowym. Regulatory przełączające są wydajne, ponieważ element szeregowy jest w pełni przewodzący lub wyłączony, ponieważ prawie nie rozprasza mocy. Regulatory impulsowe są w stanie generować napięcia wyjściowe, które są wyższe niż napięcie wejściowe lub mają przeciwną polaryzację, w przeciwieństwie do regulatorów liniowych.

Przełączający regulator napięcia szybko włącza się i wyłącza, aby zmienić wyjście. Wymaga oscylatora sterującego, a także ładuje komponenty pamięci.

W regulatorze przełączającym z modulacją częstotliwości impulsu o zmiennej częstotliwości, stałym cyklu pracy i widmie szumu narzuconym przez PRM trudniej jest odfiltrować ten szum.

Regulator przełączający z Modulacja szerokości impulsów , stała częstotliwość, zmienny cykl pracy, jest wydajna i łatwa do odfiltrowania szumów.
W regulatorze przełączającym prąd ciągły przepływający przez cewkę nigdy nie spada do zera. Pozwala na najwyższą moc wyjściową. Daje lepszą wydajność.

W regulatorze przełączającym prąd w trybie nieciągłym przez cewkę spada do zera. Zapewnia lepszą wydajność, gdy prąd wyjściowy jest niski.

Przełączanie topologii

Ma dwa typy topologii: izolacja dielektryczna i brak izolacji.

Odosobniony

Opiera się na promieniowaniu i intensywnym środowisku. Ponownie, izolowane konwertery są podzielone na dwa typy, które obejmują następujące.

  • Konwertery Flyback
  • Konwertery do przodu

W wymienionych powyżej konwerterach izolowanych omówiono w temacie zasilacze impulsowe.

Non –Isolation

Opiera się na małych zmianach w Vout / Vin. Przykładami są regulator napięcia Step Up (Boost) - Podnosi napięcie wejściowe Step Down (Buck) - obniża napięcie wejściowe Step Up / Step Down (boost / buck) Regulator napięcia - Obniża, podnosi lub odwraca napięcie wejściowe w zależności od sterownika Pompa ładująca - Zapewnia wielokrotność wejścia bez użycia cewki indukcyjnej.

Ponownie, nieizolowane konwertery są podzielone na różne typy, jednak te znaczące są

  • Przetwornik Buck lub obniżający regulator napięcia
  • Konwerter podwyższający lub regulator napięcia podwyższającego
  • Konwerter Buck lub Boost

Zalety przełączania topologii

Główne zalety zasilacza impulsowego to wydajność, rozmiar i waga. Jest to również bardziej złożona konstrukcja, która jest w stanie obsłużyć wyższą wydajność energetyczną. Przełączający regulator napięcia może zapewnić wyjście, które jest większe lub mniejsze niż lub które odwraca napięcie wejściowe.

Niedogodności przełączania topologii

  • Wyższe napięcie tętnienia wyjściowego
  • Wolniejszy przejściowy czas regeneracji
  • EMI wytwarza bardzo hałaśliwe wyjście
  • Bardzo drogi

Przetwornice podwyższające napięcie, zwane również regulatorami przełączania doładowania, zapewniają wyższe napięcie wyjściowe poprzez zwiększenie napięcia wejściowego. Napięcie wyjściowe jest regulowane, o ile pobierana moc mieści się w specyfikacji mocy wyjściowej obwodu. Do sterowania ciągami diod LED służy regulator napięcia Step up Switching.

Regulatory napięcia podwyższającego

Regulatory napięcia podwyższającego

Załóżmy, że obwód bezstratny Pin = Pout (moce wejściowe i wyjściowe są takie same)

Wtedy Vwjaw= Vna zewnątrzjana zewnątrz,

jana zewnątrz/ JAw= (1-D)

Z tego wynika, że ​​w tym obwodzie

  • Uprawnienia pozostają takie same
  • Wzrost napięcia
  • Obecne spadki
  • Odpowiednik transformatora DC

Regulator napięcia obniżania (Buck)

Obniża napięcie wejściowe.

Regulatory obniżające napięcie

Regulatory obniżające napięcie

Jeśli moc wejściowa jest równa mocy wyjściowej, to

P.w= Pna zewnątrzVwjaw= Vna zewnątrzjana zewnątrz,

jana zewnątrz/ JAw= Vw/ Vna zewnątrz= 1 / D

Przetwornik obniżający napięcie jest równoważny transformatorowi prądu stałego, w którym współczynnik zwojów mieści się w zakresie 0-1.

Step Up / Step Down (Boost / Buck)

Jest również nazywany falownikiem napięcia. Korzystając z tej konfiguracji, można podnosić, obniżać lub odwracać napięcie zgodnie z wymaganiami.

  • Napięcie wyjściowe ma przeciwną polaryzację na wejściu.
  • Osiąga się to poprzez polaryzację naprzód VL diody spolaryzowanej wstecznie podczas okresów wyłączenia, wytwarzając prąd i ładując kondensator w celu wytworzenia napięcia w czasie wyłączenia.
  • Stosując ten typ regulatora impulsowego można osiągnąć 90% sprawność.
Regulatory napięcia podwyższające / obniżające

Regulatory napięcia podwyższające / obniżające

Regulatory napięcia alternatora

Alternatory wytwarzają prąd wymagany do spełnienia wymagań elektrycznych pojazdu podczas pracy silnika. Uzupełnia również energię potrzebną do uruchomienia pojazdu. Alternator może wytwarzać więcej prądu przy niższych prędkościach niż generatory prądu stałego, które były kiedyś używane w większości pojazdów. Alternator składa się z dwóch części

Regulator napięcia alternatora

Regulator napięcia alternatora

Stator - To jest nieruchomy element, który się nie porusza. Zawiera zestaw przewodników elektrycznych nawiniętych w cewkach na żelaznym rdzeniu.
Wirnik / twornik - Jest to ruchomy element, który wytwarza wirujące pole magnetyczne na dowolny z następujących trzech sposobów: (i) indukcja (ii) magnesy trwałe (iii) za pomocą wzbudnicy.

Elektroniczny regulator napięcia

Prosty regulator napięcia można wykonać z rezystora połączonego szeregowo z diodą (lub szeregiem diod). Ze względu na logarytmiczny kształt krzywych V-I diody, napięcie na diodzie zmienia się tylko nieznacznie w wyniku zmian pobieranego prądu lub zmian na wejściu. Gdy precyzyjna kontrola napięcia i wydajność nie są ważne, ten projekt może działać dobrze.

Elektroniczny regulator napięcia

Elektroniczny regulator napięcia

Regulator napięcia tranzystora

Elektroniczne regulatory napięcia mają stabilne źródło odniesienia napięcia, które jest dostarczane przez Dioda Zenera , który jest również znany jako dioda robocza napięcia przebicia wstecznego. Utrzymuje stałe napięcie wyjściowe DC. Napięcie tętnienia AC jest zablokowane, ale filtr nie może zostać zablokowany. Regulator napięcia ma również dodatkowy obwód zabezpieczający przed zwarciem, obwód ograniczający prąd, zabezpieczenie przeciwprzepięciowe i wyłącznik termiczny.

Podstawowe parametry regulatorów napięcia

  • Podstawowe parametry, które należy wziąć pod uwagę podczas pracy regulatora napięcia to przede wszystkim napięcie i / p, napięcie o / p oraz prąd o / p. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie te parametry służą głównie do określania typu VR topologia jest dobrze dopasowany lub nie do układu scalonego użytkownika.
  • Inne parametry tego regulatora to częstotliwość przełączania, rezystancja termiczna napięcia spoczynkowego napięcia zwrotnego może być stosowana w zależności od wymagań
  • Prąd spoczynkowy jest znaczący, gdy głównym problemem jest wydajność w trybach czuwania lub przy niewielkim obciążeniu.
  • Kiedy częstotliwość kluczowania zostanie uznana za parametr, wykorzystanie częstotliwości kluczowania może prowadzić do rozwiązań dla małego systemu. Ponadto opór cieplny może być niebezpieczny dla pozbycia się ciepła z urządzenia, a także rozpuszczenia ciepła z systemu.
  • Jeśli kontroler ma MOSFET, to potem wszystkie przewodzące i dynamiczne straty zostanie rozproszony w opakowaniu i należy to wziąć pod uwagę przy pomiarze maksymalnej temperatury regulatora.
  • Najważniejszym parametrem jest napięcie sprzężenia zwrotnego, ponieważ decyduje o niższym napięciu o / p, które może utrzymać układ scalony. Ogranicza to niższe napięcie O / p, a dokładność będzie miała wpływ na regulację napięcia wyjściowego.

Jak wybrać właściwy regulator napięcia?

  • Kluczowe parametry odgrywają kluczową rolę przy doborze regulatora napięcia przez projektanta, takie jak Vin, Vout, Iout, priorytety systemu itp. Niektóre dodatkowe kluczowe funkcje, takie jak włączanie sterowania lub wskazanie dobrego zasilania.
  • Kiedy projektant określi te potrzeby, zastosuj parametryczną tabelę wyszukiwania, aby znaleźć najlepsze urządzenie, które spełni preferowane potrzeby.
  • Dla projektantów ta tabela jest bardzo cenna, ponieważ zawiera kilka funkcji, a także dostępne pakiety, aby spełnić niezbędne parametry dla wymagań projektanta.
  • Urządzenia MPS są dostępne z kartami katalogowymi, które szczegółowo opisują wymagane części zewnętrzne, jak mierzyć ich wartości, aby uzyskać stabilną, wydajną konstrukcję o wysokiej wydajności.
  • Ten arkusz danych pomaga głównie w pomiarze wartości komponentów, takich jak pojemność wyjściowa, rezystancja sprzężenia zwrotnego, indukcyjność o / p itp.
  • Można również skorzystać z niektórych narzędzi symulacyjnych, takich jak oprogramowanie MPSmart / DC / DC Designer, itp. MPS zapewnia różne regulatory napięcia o kompaktowych liniowych, różnorodnych wydajnych i przełączających typach, takich jak rodzina MP171x, rodzina HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 i MPQ2013-AEC1.

Ograniczenia / wady

Ograniczenia regulatorów napięcia obejmują następujące elementy.

  • Jednym z głównych ograniczeń regulatora napięcia jest to, że są one nieefektywne z powodu rozpraszania ogromnego prądu w niektórych zastosowaniach
  • Spadek napięcia tego układu scalonego jest podobny do a rezystor spadek napięcia. Na przykład, gdy napięcie wejściowe regulatora napięcia wynosi 5 V i generuje napięcie na poziomie 3 V, wówczas spadek napięcia między dwoma zaciskami wynosi 2 V.
  • Sprawność regulatora można ograniczyć do 3 V lub 5 V, co oznacza, że ​​te regulatory można stosować przy mniejszej liczbie różnic Vin / Vout.
  • W każdym zastosowaniu bardzo ważne jest rozważenie oczekiwanego rozpraszania mocy dla regulatora, ponieważ gdy napięcia wejściowe są wysokie, rozpraszanie mocy będzie wysokie, co może spowodować uszkodzenie różnych elementów z powodu przegrzania.
  • Innym ograniczeniem jest to, że są one po prostu zdolne do konwersji złotówki w porównaniu z typami przełączającymi, ponieważ te regulatory zapewniają buck i konwersję.
  • Regulatory, takie jak przełączające, są bardzo wydajne, ale mają pewne wady, takie jak opłacalność w porównaniu z regulatorami liniowymi, bardziej złożone, duże rozmiary i mogą generować więcej hałasu, jeśli ich elementy zewnętrzne nie zostaną starannie dobrane.

Chodzi o różne typy plików regulatory napięcia i ich zasada działania. Uważamy, że informacje podane w tym artykule są pomocne dla lepszego zrozumienia tej koncepcji. Ponadto w przypadku jakichkolwiek pytań dotyczących tego artykułu lub jakiejkolwiek pomocy w implementacji projekty elektryczne i elektroniczne , możesz skontaktować się z nami, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie - Gdzie zastosujemy regulator napięcia alternatora?