Različne vrste napetostnih regulatorjev z delovnim načelom

Pri napajanju imajo ključno vlogo regulatorji napetosti. Torej, preden gremo razpravljati o regulator napetosti , vedeti moramo, kakšna je vloga napajalnika pri snovanju sistema ?. Na primer, v katerem koli delujočem sistemu, kot je pametni telefon, ročna ura, računalnik ali prenosnik, je oskrba z električno energijo bistven del sistema za sove, saj zagotavlja dosledno, zanesljivo in neprekinjeno oskrbo notranjih komponent sistema. V elektronskih napravah napajanje zagotavlja stabilno in regulirano moč za pravilno delovanje vezij. Vira napajanja sta dva tipa, na primer napajalnik z izmeničnim tokom, ki se napaja iz omrežnih vtičnic, in napajanje z enosmernim tokom, ki se napaja iz baterij. Torej, ta članek obravnava pregled različnih vrst napetostnih regulatorjev in njihovega delovanja.

Kaj je regulator napetosti?

Za uravnavanje napetostnih nivojev se uporablja napetostni regulator. Kadar je potrebna enakomerna, zanesljiva napetost, je regulator napetosti najprimernejša naprava. Ustvari fiksno izhodno napetost, ki ostane nespremenjena za vse spremembe vhodne napetosti ali stanja obremenitve. Deluje kot blažilnik za zaščito komponent pred poškodbami. A regulator napetosti je naprava s preprosto zasnovo s podajanjem naprej in uporablja zanke za nadzor negativnih povratnih informacij.

Regulator napetosti

V glavnem obstajata dve vrsti napetostnih regulatorjev: linearni regulatorji napetosti in preklopni regulatorji napetosti, ki se uporabljajo v širših aplikacijah. Linearni regulator napetosti je najlažji tip napetostnega regulatorja. Na voljo je v dveh vrstah, ki sta kompaktni in se uporabljata v nizkonapetostnih nizkonapetostnih sistemih. Pogovorimo se o različnih vrstah napetostnih regulatorjev.

The glavne komponente, ki se uporabljajo v regulatorju napetosti so

• Krog povratnih informacij
• Stabilna referenčna napetost
• Prehodite krmilno vezje elementa

Postopek regulacije napetosti je z uporabo zgornjih treh zelo enostaven sestavnih delov . Prva komponenta napetostnega regulatorja, kot je povratno vezje, se uporablja za zaznavanje sprememb znotraj enosmerne izhodne napetosti. Na podlagi referenčne napetosti in povratnih informacij se lahko ustvari nadzorni signal, ki poganja Pass Element, da izplača spremembe.

Tu je pass element ena vrsta polprevodniškega stanja polprevodniška naprava podobno kot BJT tranzistor, PN-Junction Diode sicer MOSFET. Zdaj lahko enosmerno izhodno napetost vzdržujemo približno stabilno.

Delovanje regulatorja napetosti

Vezje regulatorja napetosti se uporablja za vzdrževanje in vzdrževanje trajne izhodne napetosti, tudi če se vhodna napetost sicer spremeni v obremenitvenih pogojih. Regulator napetosti dobiva napetost iz napajalnika in jo je mogoče vzdrževati v območju, ki ustreza ostalim električne komponente . Najpogosteje se ti regulatorji uporabljajo za pretvorbo enosmerne / enosmerne moči, izmenično v izmenično in drugačno.

Vrste napetostnih regulatorjev in njihovo delovanje

Te regulatorje je mogoče izvajati prek integrirana vezja ali diskretna komponentna vezja. Napetostni regulatorji so razvrščeni v dva tipa, in sicer linearni regulator napetosti in preklopni regulator napetosti. Ti regulatorji se v glavnem uporabljajo za uravnavanje napetosti sistema, vendar linearni regulatorji delujejo z nizkim izkoristkom in preklopni regulatorji, ki delujejo z visokim izkoristkom. Pri preklopnih regulatorjih z visokim izkoristkom lahko večino moči i / p prenesemo na o / p brez razpršitve.

Vrste regulatorjev napetosti

V osnovi obstajata dve vrsti napetostnih regulatorjev: Linearni regulator napetosti in Preklopni regulator napetosti.

• Obstajata dve vrsti linearnih regulatorjev napetosti: Series in Shunt.
• Obstajajo tri vrste preklopnih regulatorjev napetosti: korak navzgor, korak navzdol in regulator napetosti pretvornika.

Linearni regulatorji napetosti

Linearni regulator deluje kot delilnik napetosti. V ohmični regiji uporablja FET. Upor napetostnega regulatorja se spreminja glede na obremenitev, kar ima za posledico konstantno izhodno napetost. Linearni regulatorji napetosti so prvotna vrsta regulatorjev, ki se uporabljajo za regulacijo napajalnikov. Pri tej vrsti regulatorja je spremenljiva prevodnost aktivnega prehodnega elementa, kot je a MOSFET ali pa je BJT odgovoren za spremembo izhodne napetosti.

Ko se obremenitev poveže, bodo spremembe kakršnega koli vhoda v nasprotnem primeru povzročile razliko v toku v celotnem tranzistorju, da bo izhod konstanten. Če želite spremeniti tok tranzistorja, ga je treba delati v aktivni, sicer ohmični regiji.

Skozi ta postopek ta vrsta regulatorja odvaja veliko energije, ker se neto napetost spusti znotraj tranzistorja, da se odvaja kot toplota. Na splošno so ti regulatorji razvrščeni v različne kategorije.

• Pozitivno nastavljiv
• Negativno nastavljivo
• Fiksni izhod
• Sledenje
• Plavajoče

Prednosti

The prednosti linearnega regulatorja napetosti vključujejo naslednje.

• Daje nizko izhodno valovno napetost
• Hiter odzivni čas za nalaganje ali spremembe linij
• Nizke elektromagnetne motnje in manj hrupa

Slabosti

The pomanjkljivosti linearnega napetostnega regulatorja vključujejo naslednje.

• Učinkovitost je zelo nizka
• Zahteva veliko prostora - potreben je hladilnik
• Napetosti nad vhodom ni mogoče povečati

Serijski regulatorji napetosti

Serijski regulator napetosti uporablja spremenljiv element, postavljen zaporedno z obremenitvijo. S spreminjanjem upora tega serijskega elementa lahko spremenite napetost, ki je padla na njem. In napetost na obremenitvi ostaja konstantna.

Količina obremenjenega toka se učinkovito uporablja pri obremenitvi, to je glavna prednost serijski regulator napetosti . Tudi kadar obremenitev ne zahteva nobenega toka, serijski regulator ne polni polnega toka. Zato je serijski regulator bistveno učinkovitejši od regulatorja napetosti.

Regulatorji napetosti

Šant napetostni regulator deluje z zagotavljanjem poti od napajalne napetosti do tal skozi spremenljiv upor. Tok skozi regulator ranžiranja se je preusmeril stran od obremenitve in neuporabno teče na tla, zaradi česar je ta oblika običajno manj učinkovita kot serijski regulator. Je pa preprostejši, včasih je sestavljen le iz napetostno referenčne diode in se uporablja v vezjih z zelo nizko močjo, kjer je zapravljeni tok premajhen, da bi ga lahko zaskrbeli. Ta oblika je zelo pogosta za referenčna napetostna vezja. Preklopni regulator lahko običajno le potopi (absorbira) tok.

Uporaba regulatorjev pretoka

Regulatorji ranžiranja se uporabljajo v:

• Preklopni napajalniki z nizko izhodno napetostjo
• Trenutni vir in umivalnik
• Ojačevalniki napak
• Nastavljiva linearna napetost ali tok in preklapljanje Napajalniki
• Nadzor napetosti
• Analogna in digitalna vezja, ki zahtevajo natančne reference
• Natančni omejevalniki toka

Preklopni regulatorji napetosti

Preklopni regulator hitro vklopi in izklopi serijsko napravo. Delovni cikel stikala nastavi količino naboja, ki se prenese na obremenitev. To nadzoruje povratni mehanizem, podoben mehanizmu linearnega regulatorja. Preklopni regulatorji so učinkoviti, ker je serijski element bodisi popolnoma prevoden bodisi izklopljen, ker skoraj ne odvaja moči. Preklopni regulatorji lahko za razliko od linearnih regulatorjev generirajo izhodne napetosti, ki so višje od vhodne napetosti ali nasprotne polarnosti.

Preklopni regulator napetosti se hitro vklopi in izklopi, da spremeni izhod. Potrebuje nadzorni oscilator in polni tudi komponente za shranjevanje.

V preklopnem regulatorju z različno frekvenco impulzne modulacije, stalnim delovnim ciklom in spektrom hrupa, ki jih nalaga PRM, je težje filtrirati ta hrup.

Preklopni regulator z Modulacija impulzne širine , stalna frekvenca, različen delovni cikel, je učinkovit in enostaven za filtriranje hrupa.
V preklopnem regulatorju tok neprekinjenega načina skozi induktor nikoli ne pade na nič. Omogoča največjo izhodno moč. Omogoča boljše delovanje.

V preklopnem regulatorju se prekinitveni tok skozi induktor zmanjša na nič. Omogoča boljše delovanje, kadar je izhodni tok nizek.

Preklapljanje topologij

Ima dve vrsti topologij: dielektrična izolacija in neizolacija.

Izolirano

Temelji na sevanju in intenzivnem okolju. Spet so izolirani pretvorniki razvrščeni v dve vrsti, ki vključujejo naslednje.

• Flyback pretvorniki
• Pretvorniki naprej

V zgoraj naštetih ločenih pretvornikih je razpravljano v temi o napajalnem napajanju.

Neizolacija

Temelji na majhnih spremembah Vout / Vin. Primeri so Step Up regulator napetosti (Boost) - Dvigne vhodno napetost Step Down (Buck) - zniža vhodno napetost Step up / Step Down (boost / buck) Napetostni regulator - Zniža ali zviša ali obrne vhodno napetost glede na krmilnik Polnilna črpalka - Omogoča večkratni vhod brez uporabe induktorja.

Neizolirani pretvorniki so spet razvrščeni v različne vrste, vendar pomembnejši

• Buck pretvornik ali napetostni regulator napetosti
• Boost pretvornik ali povečevalni regulator napetosti
• Buck ali Boost Converter

Prednosti preklapljanja topologij

Glavne prednosti preklopnega napajanja so učinkovitost, velikost in teža. Je tudi bolj zapletene zasnove, ki zmore večjo energetsko učinkovitost. Preklopni regulator napetosti lahko zagotovi izhod, ki je večji ali manjši od ali ki obrne vhodno napetost.

Slabosti zamenjave topologij

• Višja izhodna napetost valovanja
• Počasnejši prehodni čas okrevanja
• EMI daje zelo hrupne rezultate
• Zelo drago

Povečevalni pretvorniki, imenovani tudi regulatorji za povečanje prenosa, zagotavljajo višjo izhodno napetost z dvigom vhodne napetosti. Izhodna napetost je regulirana, dokler je porabljena moč znotraj specifikacije izhodne moči vezja. Za pogon nizov LED se uporablja Step up Switching regulator napetosti.

Povečanje napetostnih regulatorjev

Predpostavimo, da je pin brez izgube = Pout (vhodna in izhodna moč sta enaki)

Potem V_vjaz_v= V_venjaz_ven,

jaz_ven/ JAZ_v= (1-D)

Iz tega se sklepa, da v tem vezju

• Pooblastila ostajajo enaka
• Napetost se poveča
• Tok se zmanjša
• Enakovredno enosmernemu transformatorju

Odmik (Buck) regulator napetosti

Zniža vhodno napetost.

Odstopite regulatorji napetosti

Če je vhodna moč enaka izhodni moči, potem

P_v= P_venV_vjaz_v= V_venjaz_ven,

jaz_ven/ JAZ_v= V_v/ V_ven= 1 / D

Pretvornik navzdol je enakovreden enosmernemu transformatorju, pri katerem je razmerje obratov v območju od 0-1.

Korak gor / korak navzdol (Boost / Buck)

Imenuje se tudi pretvornik napetosti. Z uporabo te konfiguracije je mogoče dvigniti, znižati ali obrniti napetost v skladu z zahtevo.

• Izhodna napetost je nasprotne polarnosti vhoda.
• To dosežemo z vzvratno pristransko diodo VL v izklopljenih časih, ki proizvaja tok in polni kondenzator za ustvarjanje napetosti med izklopljenimi časi
• Z uporabo te vrste preklopnega regulatorja je mogoče doseči 90% učinkovitost.

Napetostni regulatorji koraka navzgor / navzdol

Regulatorji napetosti alternatorja

Alternatorji proizvajajo tok, ki je potreben za izpolnitev električnih zahtev vozila, ko motor teče. Prav tako dopolnjuje energijo, ki se porabi za zagon vozila. Alternator lahko proizvaja več toka pri nižjih hitrostih kot enosmerni generatorji, ki jih je nekoč uporabljala večina vozil. Alternator ima dva dela

Regulator napetosti alternatorja

Stator - To je stacionarna komponenta, ki se ne premika. Vsebuje niz električnih vodnikov, navitih v tuljave nad železnim jedrom.
Rotor / armatura - To je gibljiva komponenta, ki ustvarja vrtljivo magnetno polje na katerega koli izmed naslednjih treh načinov: (i) indukcija (ii) trajni magneti (iii) z uporabo vzbujevalnika.

Elektronski regulator napetosti

Preprost regulator napetosti je mogoče izdelati iz upora v seriji z diodo (ali serijo diod). Zaradi logaritemske oblike diodnih krivulj V-I se napetost na diodi le malo spremeni zaradi sprememb vlečenega toka ali sprememb na vhodu. Kadar natančna regulacija napetosti in učinkovitost nista pomembna, lahko ta zasnova dobro deluje.

Elektronski regulator napetosti

Tranzistorski regulator napetosti

Elektronski regulatorji napetosti imajo nestabilni referenčni vir napetosti, ki ga zagotavlja Zenerjeva dioda , ki je znana tudi kot obratovalna dioda povratne napetosti. Vzdržuje konstantno enosmerno izhodno napetost. Napetost izmeničnega valovanja je blokirana, filtra pa ni mogoče blokirati. Regulator napetosti ima tudi dodatno vezje za zaščito pred kratkim stikom in vezje za omejevanje toka, zaščito pred prenapetostjo in toplotno zaustavitev.

Osnovni parametri napetostnih regulatorjev

• Osnovni parametri, ki jih je treba upoštevati med delovanjem regulatorja napetosti, v glavnem vključujejo i / p napetost, o / p napetost in o / p tok. Na splošno se vsi ti parametri v glavnem uporabljajo za določanje vrste VR topologija se dobro ujema z IC uporabnika.
• Drugi parametri tega regulatorja so preklopna frekvenca, na podlagi zahteve se lahko uporabi toplotna upornost povratne napetosti mirujočega toka
• Mirni tok je pomemben, ko je učinkovitost v stanju pripravljenosti ali pa je glavna težava majhna obremenitev.
• Ko se preklopna frekvenca šteje za parameter, lahko izkoriščanje preklopne frekvence pripelje do rešitev majhnega sistema. Prav tako je toplotna odpornost lahko nevarna, če se znebite toplote iz naprave in raztopi toploto iz sistema.
• Če ima krmilnik MOSFET, potem vsi prevodni in dinamični izgube se razpršijo v embalaži in jih je treba upoštevati, ko izmerite najvišjo temperaturo regulatorja.
• Najpomembnejši parameter je povratna napetost, saj odloča o manjši napetosti o / p, ki jo lahko zadrži IC. To omejuje manjšo napetost o / p in natančnost bo vplivala na regulacijo izhodne napetosti.

Kako izbrati pravilen regulator napetosti?

• Ključni parametri igrajo ključno vlogo pri izbiri regulatorja napetosti s strani oblikovalca, kot so Vin, Vout, Iout, prednostne naloge sistema itd. Nekatere dodatne ključne funkcije, kot so omogočanje nadzora ali indikacija dobrega napajanja.
• Ko je oblikovalec opisal te potrebe, uporabite parametarsko iskalno tabelo, da odkrijete najboljše naprave, ki ustrezajo potrebam.
• Za oblikovalce je ta tabela zelo dragocena, saj ponuja več funkcij in pakete, ki jih je mogoče dobiti za izpolnitev potrebnih parametrov za potrebe oblikovalca.
• Naprave MPS so na voljo s svojimi podatkovnimi listi, ki podrobno opisujejo zahtevane zunanje dele, kako izmeriti njihove vrednosti, da dobimo stabilno, učinkovito zasnovo z visoko zmogljivostjo.
• Ta podatkovni list v glavnem pomaga pri merjenju vrednosti komponent, kot so kapacitivnost izhoda, povratna upornost, induktivnost o / p itd.
• Uporabite lahko tudi nekatera simulacijska orodja, kot je programska oprema MPSmart / DC / DC Designer itd. MPS ponuja različne napetostne regulatorje s kompaktnim linearnim, raznolikim učinkovitim in preklopnim tipom, kot so družina MP171x, družina HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 in MPQ2013-AEC1.

Omejitve / pomanjkljivosti

Omejitve napetostnih regulatorjev vključujejo naslednje.

• Ena glavnih omejitev regulatorja napetosti je ta, da so v nekaterih aplikacijah neučinkoviti zaradi odvajanja velikega toka
• Padec napetosti tega IC je podoben a upor padec napetosti. Na primer, ko je vhod regulatorja napetosti 5V in ustvari izhod, kot je 3V, je padec napetosti med obema terminaloma 2V.
• Učinkovitost regulatorja je lahko omejena na 3V ali 5V, kar pomeni, da se ti regulatorji uporabljajo z manj diferenciala Vin / Vout.
• Pri kateri koli aplikaciji je zelo pomembno upoštevati pričakovano izgubo moči regulatorja, kajti ko so vhodne napetosti visoke, bo izguba moči velika, tako da lahko poškoduje različne komponente zaradi pregrevanja.
• Druga omejitev je, da so preprosto sposobni pretvorbe dolarjev v primerjavi s preklopnimi tipi, ker bodo ti regulatorji zagotovili odkup in pretvorbo.
• Regulatorji, kot je stikalni tip, so zelo učinkoviti, vendar imajo nekatere pomanjkljivosti, kot je stroškovna učinkovitost, v primerjavi z linearnimi regulatorji tipa, bolj zapleteni, velike velikosti in lahko ustvarijo več hrupa, če njihove zunanje komponente niso previdno izbrane.

Tu gre za različne vrste regulatorji napetosti in njihovo načelo dela. Menimo, da so informacije v tem članku koristne za boljše razumevanje tega koncepta. Poleg tega za kakršna koli vprašanja v zvezi s tem člankom ali kakršno koli pomoč pri izvajanju električni in elektronski projekti , se lahko obrnete na nas s komentarjem v spodnjem oddelku za komentarje. Tu je vprašanje za vas - kje bomo uporabili regulator napetosti alternatorja?