Különböző típusú feszültségszabályozók működési elvvel

Az áramellátásban a feszültségszabályozók kulcsszerepet játszanak. Tehát mielőtt megbeszélnénk a feszültségszabályozó , tudnunk kell, hogy mi a szerepe az áramellátásnak a rendszer megtervezésekor ?. Például minden olyan működő rendszerben, mint például egy okostelefon, karóra, számítógép vagy laptop, az áramellátás elengedhetetlen része a bagoly rendszer működésének, mivel következetes, megbízható és folyamatos ellátást biztosít a rendszer belső elemeihez. Elektronikus eszközökben az áramellátás stabil és szabályozott energiát biztosít az áramkörök megfelelő működéséhez. A tápforrások kétféle típusúak, például a hálózati csatlakozókból származó váltakozó áramú tápegységek és az akkumulátorokból származó egyenáramú tápegységek. Tehát, ez a cikk áttekintést nyújt a különböző típusú feszültségszabályozókról és azok működéséről.

Mi az a feszültségszabályozó?

A feszültségszint szabályozására feszültségszabályozót használnak. Ha állandó, megbízható feszültségre van szükség, akkor a feszültségszabályozó az előnyben részesített eszköz. Rögzített kimeneti feszültséget generál, amely állandó marad a bemeneti feszültség vagy a terhelés körülményeinek bármilyen változásához. Pufferként védi az alkatrészeket a sérülésektől. A feszültségszabályozó egy egyszerű előremenő kivitelű eszköz, amely negatív visszacsatolás-vezérlő hurkokat használ.

Feszültségszabályozó

Főként kétféle feszültségszabályozó létezik: Lineáris feszültségszabályozók és kapcsolási feszültségszabályozók, ezeket szélesebb körben használják. A lineáris feszültségszabályozó a legkönnyebb típusú feszültségszabályozó. Kétféle típus áll rendelkezésre, amelyek kompaktak és alacsony fogyasztású, kisfeszültségű rendszerekben használják. Beszéljünk a feszültségszabályozók különböző típusairól.

A a feszültségszabályozóban használt fő alkatrészek vannak

• Visszacsatolási áramkör
• Stabil referenciafeszültség
• Pass elem vezérlő áramkör

A feszültségszabályozási folyamat nagyon egyszerű a fenti három alkalmazásával alkatrészek . A feszültségszabályozó első alkatrészét, mint egy visszacsatoló áramkört, a DC feszültség kimenetén belüli változások észlelésére használják. A referenciafeszültség és a visszacsatolás alapján vezérlőjel generálható, amely a Pass Element hajtja a változások kifizetésére.

Itt a pass elem a szilárdtest egyik fajtája félvezető eszköz hasonló a BJT tranzisztorhoz, a PN-Junction Dióda egyébként MOSFET. Most az egyenáramú kimeneti feszültség körülbelül stabilan tartható.

A feszültségszabályozó működése

Feszültségszabályozó áramkört használnak állandó kimeneti feszültség létrehozására és fenntartására akkor is, ha a bemeneti feszültség egyébként megváltozik. A feszültségszabályozó egy tápegységből kapja a feszültséget, és a fennmaradóhoz jól illeszkedő tartományban tartható elektromos alkatrészek . Leggyakrabban ezeket a szabályozókat használják a DC / DC teljesítmény átalakítására, AC / AC egyébként AC / DC átalakítására.

A feszültségszabályozók típusai és működésük

Ezeket a szabályozókat keresztül lehet megvalósítani integrált áramkörök vagy különálló alkatrész áramkörök. A feszültségszabályozókat két típusba sorolják, nevezetesen lineáris feszültségszabályozóba és kapcsolási feszültségszabályozóba. Ezeket a szabályozókat főként egy rendszer feszültségének szabályozására használják, azonban a lineáris szabályozók alacsony hatékonysággal működnek, valamint a nagy hatásfokú kapcsolókkal. Nagy hatékonyságú kapcsolószabályozóknál az i / p teljesítmény legnagyobb része eloszlás nélkül továbbítható az o / p-re.

A feszültségszabályozók típusai

Alapvetően kétféle feszültségszabályozó létezik: lineáris feszültségszabályozó és kapcsolási feszültségszabályozó.

• Kétféle lineáris feszültségszabályozó létezik: Sorozat és Shunt.
• A kapcsolási feszültségszabályozóknak három típusa van: fokozó, lefelé és inverter feszültségszabályozók.

Lineáris feszültségszabályozók

A lineáris szabályozó feszültségosztóként működik. Az ohmi régióban a FET-et használja. A feszültségszabályozó ellenállása a terheléstől függően állandó kimeneti feszültséget eredményez. A lineáris feszültségszabályozók az eredeti típusú szabályozók a tápegységek szabályozására. Ebben a fajta szabályozóban az aktív áthaladó elem változó vezetőképessége, mint a MOSFET vagy egy BJT felelős a kimeneti feszültség megváltoztatásáért.

Ha a terhelés össze van kapcsolva, akkor az esetleges bemeneti terhelés változása az áram tranzisztoron belüli különbségét eredményezi a kimenet állandó fenntartása érdekében. A tranzisztor áramának megváltoztatásához aktív, egyébként ohmos tartományban kell dolgozni.

Ezen eljárás során ez a fajta szabályozó sok energiát elvezet, mert a nettó feszültség a tranzisztoron belül esik le, hogy hőként eloszlasson. Általában ezeket a szabályozókat különböző kategóriákba sorolják.

• Pozitív állítható
• Negatív állítható
• Fix kimenet
• Követés
• Úszó

Előnyök

A a lineáris feszültségszabályozó előnyei a következőket tartalmazzák.

• Alacsony kimeneti hullámfeszültséget ad
• Gyors válaszidő a terhelésre vagy a vonal változására
• Alacsony elektromágneses interferencia és kevesebb zaj

Hátrányok

A a lineáris feszültségszabályozó hátrányai a következőket tartalmazzák.

• A hatékonyság nagyon alacsony
• Nagy helyet igényel - hűtőbordára van szükség
• A bemenet feletti feszültség nem növelhető

Sorozat feszültségszabályozók

A soros feszültségszabályozó egy változó elemet használ, amely sorba kerül a terheléssel. A sorozatelem ellenállásának megváltoztatásával megváltoztatható az átesett feszültség. És a terhelés feszültsége állandó marad.

A lehúzott áram mennyiségét a terhelés hatékonyan felhasználja, ez a fő előnye soros feszültségszabályozó . Még akkor is, ha a terheléshez nincs szükség áramra, a soros szabályozó nem vesz teljes áramot. Ezért egy soros szabályozó lényegesen hatékonyabb, mint a söntfeszültség-szabályozó.

Söntfeszültség-szabályozók

Egy sönt feszültségszabályozó működik azáltal, hogy a tápfeszültségtől a földig vezető utat biztosítunk változó ellenállással. A söntszabályozón átáramló áram elterelődött a terheléstől, és haszontalanul áramlik a földre, így ez a forma általában kevésbé hatékony, mint a soros szabályozó. Ez azonban egyszerűbb, néha csak egy feszültség-referencia diódából áll, és nagyon alacsony feszültségű áramkörökben használják, ahol a pazarolt áram túl kicsi ahhoz, hogy aggodalomra ad okot. Ez a forma nagyon gyakori a feszültség referencia áramköröknél. A söntszabályozó általában csak az áramot képes elnyelni (elnyelni).

A söntszabályozók alkalmazásai

A söntszabályozókat a következőkben használják:

• Alacsony kimeneti feszültségű kapcsoló tápegységek
• Áramforrás és mosogató áramkörök
• Hibaerősítők
• Állítható feszültség vagy áram lineáris és kapcsolás Áramforrás
• Feszültségfigyelés
• Analóg és digitális áramkörök, amelyek precíziós referenciákat igényelnek
• Precíziós áramkorlátozók

Kapcsoló feszültségszabályozók

Egy kapcsolószabályozó gyorsan be- és kikapcsol egy soros eszközt. A kapcsoló munkaciklusa meghatározza a terhelésre átvitt töltés mennyiségét. Ezt egy lineáris szabályozóhoz hasonló visszacsatolási mechanizmus vezérli. A kapcsolószabályozók azért hatékonyak, mert a soros elem vagy teljesen vezet, vagy ki van kapcsolva, mert szinte semmilyen energiát nem vezet el. A kapcsolószabályozók képesek a bemeneti feszültségnél magasabb vagy ellentétes polaritású kimeneti feszültségeket létrehozni, ellentétben a lineáris szabályozókkal.

A kapcsolási feszültségszabályozó gyorsan be- és kikapcsol, hogy megváltoztassa a kimenetet. Vezérlő oszcillátort igényel, és tároló alkatrészeket is tölt.

A változó frekvenciájú, állandó működési ciklus és a PRM által előírt zajspektrum által vezérelt kapcsolószabályozóban nehezebb kiszűrni ezt a zajt.

Kapcsolószabályozóval Impulzus szélesség moduláció , állandó frekvencia, változó munkaciklus, hatékony és könnyen kiszűrhető a zaj.
Egy kapcsolószabályozóban az induktoron keresztüli folyamatos üzemmódú áram soha nem csökken nullára. A legnagyobb kimeneti teljesítményt teszi lehetővé. Jobb teljesítményt nyújt.

Egy kapcsolószabályozóban az induktoron keresztüli szakaszos üzemmódú áram nullára csökken. Jobb teljesítményt nyújt, ha a kimeneti áram alacsony.

Topológiák váltása

Kétféle topológiája van: dielektromos izoláció és non-isolation.

Izolált

Sugárzáson és intenzív környezeten alapul. Ismét az izolált átalakítókat két típusba sorolják, amelyek a következőket tartalmazzák.

• Flyback átalakítók
• Továbbító átalakítók

A fent felsorolt ​​izolált konvertereket a kapcsolt üzemmódú áramellátás témakör tárgyalja.

Nem -szigetelés

A Vout / Vin kis változásain alapul. Ilyenek például a fokozó feszültségszabályozó (Boost) - növeli a bemeneti feszültséget Down Down (Buck) - csökkenti a bemeneti feszültséget Step up / Step Down (boost / buck) feszültségszabályozó - csökkenti, emeli vagy megfordítja a bemeneti feszültséget a vezérlőtől függően Töltőszivattyú - A bemenet többszörösét biztosítja induktor használata nélkül.

Ismételten a nem izolált átalakítókat különböző típusokba sorolják, azonban a jelentősek

• Buck Converter vagy Step-down feszültségszabályozó
• Fokozat-átalakító vagy fokozatos feszültségszabályozó
• Buck vagy Boost Converter

A topológiák váltásának előnyei

A kapcsoló tápegység fő előnyei a hatékonyság, a méret és a súly. Ez egy összetettebb konstrukció is, amely nagyobb energiahatékonyságot képes kezelni. Egy kapcsolófeszültség-szabályozó kimenetet képes biztosítani, amely nagyobb vagy kisebb, vagy megfordítja a bemeneti feszültséget.

Hátrányok kapcsolási topológiák

• Magasabb kimeneti hullámfeszültség
• Lassabb átmeneti gyógyulási idő
• Az EMI nagyon zajos kimenetet produkál
• Nagyon drága

A fokozatkapcsoló konverterek, más néven boost kapcsolási szabályozók, magasabb bemeneti feszültséget biztosítanak a bemeneti feszültség növelésével. A kimeneti feszültség szabályozott, amennyiben az áram merül, az áramkör kimenő teljesítmény-specifikációján belül van. A LED-ek húrjainak vezetéséhez a Step Up Switching feszültségszabályozót használják.

Fokozza a feszültségszabályozókat

Tegyük fel, hogy veszteség nélküli áramkör csap = Pout (a bemeneti és kimeneti teljesítmény megegyezik)

Aztán V_{ban ben}én_{ban ben}= V_kién_ki,

én_ki/ I_{ban ben}= (1-D)

Ebből arra következtetnek, hogy ebben az áramkörben

• A hatalmak változatlanok maradnak
• A feszültség növekszik
• Az áram csökken
• Egyenértékű a transzformátorral

Lépjen le (Buck) feszültségszabályozó

Csökkenti a bemeneti feszültséget.

Lépjen le a feszültségszabályozókról

Ha a bemeneti teljesítmény megegyezik a kimenőteljesítménnyel, akkor

P_{ban ben}= P_kiV_{ban ben}én_{ban ben}= V_kién_ki,

én_ki/ I_{ban ben}= V_{ban ben}/ V_ki= 1 / D

A visszalépő átalakító egyenértékű az egyenáramú transzformátorral, ahol a fordulási arány 0-1 tartományban van.

Lépés fel / le (Boost / Buck)

Feszültség inverternek is nevezik. Ennek a konfigurációnak a használatával lehetséges a feszültség növelése, csökkentése vagy megfordítása a követelményeknek megfelelően.

• A kimeneti feszültség a bemenet ellentétes polaritású.
• Ezt úgy érjük el, hogy a VL előre-előfeszítjük a fordított előfeszített diódát a kikapcsolási időkben, áramot termelünk és a kondenzátort töltjük feszültség előállítására a kikapcsolási időkben.
• Az ilyen típusú kapcsolószabályozó használatával 90% -os hatékonyság érhető el.

Feszültségszabályozók fokozása / csökkentése

Generátor feszültségszabályozók

A generátorok azt az áramot állítják elő, amely a jármű elektromos igényeinek kielégítéséhez szükséges, amikor a motor jár. Ezenkívül feltölti a jármű elindításához szükséges energiát. Egy generátor képes arra, hogy alacsonyabb fordulatszámon több áramot termeljen, mint az egyenáramú generátorok, amelyeket valaha a legtöbb jármű használt. A generátor két részből áll

Generátor feszültségszabályozó

Állórész - Ez egy álló alkatrész, amely nem mozog. Ez tartalmaz egy sor elektromos vezetéket, amelyek tekercsbe vannak tekerve egy vasmag felett.
Rotor / armatúra - Ez az a mozgó alkatrész, amely forgó mágneses teret állít elő a következő három módszer bármelyikével: (i) indukció (ii) állandó mágnesek (iii) gerjesztő segítségével.

Elektronikus feszültségszabályozó

Diódával (vagy diódasorozattal) soros ellenállásból egyszerű feszültségszabályozó állítható elő. A V-I dióda görbék logaritmikus alakja miatt a dióda közötti feszültség csak kismértékben változik a lehúzott áram vagy a bemenet változásai miatt. Ha a pontos feszültségszabályozás és a hatékonyság nem fontos, akkor ez a kialakítás jól működhet.

Elektronikus feszültségszabályozó

Tranzisztor feszültségszabályozó

Az elektronikus feszültségszabályozóknak van egy stabil feszültség-referencia-forrásuk, amelyet a zener dióda , amelyet fordított megszakítási feszültség működési diódának is neveznek. Állandó DC kimeneti feszültséget tart fenn. A váltakozó áramú hullámfeszültség blokkolva van, de a szűrő nem blokkolható. A feszültségszabályozónak van egy extra áramköre is a rövidzárlat elleni védelemre, valamint az áramkorlátozó áramkörre, a túlfeszültség-védelemre és a termikus leállításra.

A feszültségszabályozók alapvető paraméterei

• Az alapvető paraméterek, amelyeket figyelembe kell venni a feszültségszabályozó működése során, főként az i / p feszültséget, az o / p feszültséget és az o / p áramot tartalmazzák. Általában ezeket a paramétereket főleg a VR típus meghatározására használják topológia jól illeszkedik vagy nem egy felhasználó IC-jéhez.
• A szabályozó további paraméterei a kapcsolási frekvencia, a követelmény alapján nyugalmi áram-visszacsatolási feszültség hőellenállása alkalmazható
• A nyugalmi áram akkor jelentős, ha a készenléti üzemmódok hatékonysága vagy a könnyű terhelés jelenti a fő gondot.
• Miután a kapcsolási frekvenciát paraméternek tekintjük, a kapcsolási frekvencia kihasználása egy kis rendszer megoldásaihoz vezethet. Ezenkívül a hőellenállás veszélyes lehet a készülék hőjétől való megszabaduláshoz, valamint a rendszer hőjének feloldásához.
• Ha a vezérlőnek van egy MOSFET-je, akkor utána az összes vezető és dinamikus is veszteség eloszlik a csomagoláson belül, és figyelembe kell venni, ha a szabályozó legnagyobb hőmérsékletét megmérik.
• A legfontosabb paraméter a visszacsatolási feszültség, mivel ez határozza meg az IC kisebb feszültségét. Ez korlátozza a kevesebb o / p feszültséget, és a pontosság befolyásolja a kimeneti feszültség szabályozását.

Hogyan válasszuk ki a megfelelő feszültségszabályozót?

• A kulcsparaméterek kulcsszerepet játszanak, miközben a tervező kiválasztja a feszültségszabályozót, mint például Vin, Vout, Iout, a rendszer prioritásai stb. Néhány további kulcsfontosságú funkció, például a vezérlés vagy az energiaellátás jó kijelzése.
• Amikor a tervező leírta ezeket a szükségleteket, akkor alkalmazzon egy paraméteres keresési táblázatot, hogy megtalálja a legjobb berendezést az előnyben részesített szükségletek kielégítésére.
• A tervezők számára ez a táblázat nagyon értékes, mert számos funkcióval, valamint csomagokkal rendelkezik, amelyek kielégítik a tervező követelményeinek szükséges paramétereket.
• Az MPS eszközei elérhetőek adatlapjaikkal, amelyek részletesen leírják a szükséges külső alkatrészeket, miként mérhetik meg az értékeiket, hogy stabil, hatékony és nagy teljesítményű kialakítást kapjanak.
• Ez az adatlap elsősorban az olyan komponensek értékeinek mérését segíti, mint a kimeneti kapacitás, a visszacsatolási ellenállás, az o / p induktivitás stb.
• Ezenkívül használhat néhány szimulációs eszközt, például az MPSmart szoftvert / DC / DC Designer stb. Az MPS kompakt lineáris, sokféle hatékony és kapcsolási típust kínál különböző feszültségszabályozókhoz, például az MP171x család, a HF500-x család, az MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 és MPQ2013-AEC1.

Korlátozások / hátrányok

A feszültségszabályozók korlátai a következők.

• A feszültségszabályozó egyik fő korlátja, hogy nem hatékonyak a hatalmas áram eloszlása ​​miatt egyes alkalmazásokban
• Ennek az IC-nek a feszültségesése hasonló a ellenállás feszültségesés. Például, ha a feszültségszabályozó bemenete 5V és 3V-hoz hasonló kimenetet generál, akkor a két kapocs között a feszültségesés 2V.
• A szabályozó hatékonysága 3 V-ra vagy 5 V-ra korlátozható, ami azt jelenti, hogy ezek a szabályozók kevesebb Vin / Vout különbséggel alkalmazhatók.
• Bármely alkalmazásban nagyon fontos figyelembe venni a szabályozó várható teljesítményvesztését, mert ha a bemeneti feszültség magas, akkor az áramelvezetés nagy lesz, így a túlmelegedés miatt a különböző alkatrészek károsodhatnak.
• Egy másik korlátozás az, hogy egyszerűen képesek konvertálni a kapcsolótípusokhoz képest, mivel ezek a szabályozók biztosítják a konverziót és a konverziót.
• Az olyan szabályozók, mint a kapcsolási típus, nagyon hatékonyak, azonban vannak hátrányaik, mint például a költséghatékonyság, összehasonlítva a lineáris típusú szabályozókkal, összetettebbek, nagyobb méretűek és több zajt generálhatnak, ha külső alkatrészeiket nem választják meg óvatosan.

Ez a különböző típusú feszültségszabályozók és működési elvük. Úgy gondoljuk, hogy az ebben a cikkben megadott információk hasznosak lehetnek a koncepció jobb megértéséhez. Ezenkívül a cikkel kapcsolatos bármilyen kérdése, vagy bármilyen segítség a végrehajtáshoz elektromos és elektronikai projektek , akkor fordulhat hozzánk az alábbi megjegyzés szakasz kommentálásával. Itt van egy kérdés az Ön számára - Hol fogunk használni egy generátor feszültségszabályozót?