В захранването регулаторите на напрежение играят ключова роля. Така че, преди да обсъдите a волтажен регулатор , трябва да знаем, каква е ролята на захранването при проектирането на система ?. Например във всяка работеща система като смартфон, ръчен часовник, компютър или лаптоп, захранването е съществена част за работата на системата на бухала, защото осигурява последователно, надеждно и непрекъснато захранване на вътрешните компоненти на системата. В електронните устройства захранването осигурява стабилна, както и регулирана мощност за правилна работа на веригите. Източниците на захранване са два вида, като променливотоково захранване, което се получава от електрическите контакти и постояннотоково захранване, което се получава от батериите. И така, тази статия разглежда общ преглед на различните видове регулатори на напрежение и тяхната работа.

Какво е регулатор на напрежението?

За регулиране на нивата на напрежение се използва регулатор на напрежение. Когато е необходимо стабилно, надеждно напрежение, тогава регулаторът на напрежението е предпочитаното устройство. Той генерира фиксирано изходно напрежение, което остава постоянно при всякакви промени във входното напрежение или условията на натоварване. Той действа като буфер за защита на компонентите от повреди. A волтажен регулатор е устройство с опростен дизайн за пренасочване и използва контури за отрицателна обратна връзка.

Волтажен регулатор

Има основно два вида регулатори на напрежение: Линейни регулатори на напрежение и превключващи регулатори на напрежение, които се използват в по-широки приложения. Линейният регулатор на напрежение е най-лесният тип регулатор на напрежение. Предлага се в два вида, които са компактни и се използват в системи с ниска мощност и ниско напрежение. Нека обсъдим различни видове регулатори на напрежение.

The основни компоненти, използвани в регулатора на напрежението са

Схема за обратна връзка
Стабилно референтно напрежение
Преминете веригата за управление на елементите

Процесът на регулиране на напрежението е много лесен, като се използват горните три компоненти . Първият компонент на регулатора на напрежението като верига за обратна връзка се използва за откриване на промените в изхода на постояннотоковото напрежение. Въз основа на референтното напрежение, както и обратната връзка, може да се генерира контролен сигнал и задвижва Pass Element, за да изплати промените.

Тук pass елементът е един вид твърдо състояние полупроводниково устройство подобно на транзистор BJT, PN-Junction Diode иначе MOSFET. Сега DC изходното напрежение може да се поддържа приблизително стабилно.

Работа на регулатора на напрежението

Схема на регулатора на напрежението се използва за създаване, както и за поддържане на постоянно изходно напрежение, дори когато входното напрежение в противен случай се промени условията на натоварване. Регулаторът на напрежението получава напрежението от захранване и то може да се поддържа в диапазон, който е подходящ за останалите електрически компоненти . Най-често тези регулатори се използват за преобразуване на DC / DC мощност, AC / AC иначе AC / DC.

Видове регулатори на напрежение и тяхната работа

Тези регулатори могат да бъдат приложени чрез интегрални схеми или дискретни компонентни вериги. Регулаторите на напрежение се класифицират в два типа, а именно линеен регулатор на напрежение и превключващ регулатор на напрежението. Тези регулатори се използват главно за регулиране на напрежението на системата, но линейните регулатори работят с ниска ефективност, както и превключващите регулатори, които работят с висока ефективност. При превключване на регулатори с висока ефективност, по-голямата част от i / p мощността може да се предава към o / p без разсейване.

Видове регулатори на напрежение

По принцип има два вида регулатори на напрежението: линеен регулатор на напрежение и превключващ регулатор на напрежението.

Има два типа линейни регулатори на напрежение: сериен и шунтов.
Има три вида импулсни регулатори на напрежение: стъпка нагоре, стъпка надолу и инверторни регулатори на напрежение.

Линейни регулатори на напрежение

Линейният регулатор действа като делител на напрежението. В омическия регион използва FET. Съпротивлението на регулатора на напрежението варира в зависимост от товара, което води до постоянно изходно напрежение. Линейните регулатори на напрежението са оригиналният тип регулатори, които се използват за регулиране на захранванията. При този вид регулатор променливата проводимост на активния пропускащ елемент като a MOSFET или BJT е отговорен за промяна на изходното напрежение.

След като натоварването е свързано, промените във всеки вход, в противен случай, ще доведат до разлика в тока в целия транзистор, за да се поддържа изходът постоянен. За да промените тока на транзистора, той трябва да работи в активна иначе омическа област.

По време на тази процедура този вид регулатор разсейва много мощност, тъй като нетното напрежение пада в транзистора, за да се разсее като топлина. Като цяло тези регулатори са категоризирани в различни категории.

Положително регулируемо
Отрицателно регулируемо
Фиксиран изход
Проследяване
Плаващ

Предимства

The предимства на линеен регулатор на напрежението включват следното.

Дава ниско напрежение на пулсации
Бързо време за реакция при зареждане или промени в линията
Ниски електромагнитни смущения и по-малко шум

Недостатъци

The недостатъци на линеен регулатор на напрежението включват следното.

Ефективността е много ниска
Изисква голямо пространство - необходим е радиатор
Напрежението над входа не може да се увеличи

Регулатори на напрежение от серия

Серийният регулатор на напрежение използва променлив елемент, поставен последователно с товара. Чрез промяна на съпротивлението на този сериен елемент, напрежението, паднало върху него, може да бъде променено. И напрежението в товара остава постоянно.

Количеството на изтегления ток се използва ефективно от товара, това е основното предимство на сериен регулатор на напрежението . Дори когато натоварването не изисква никакъв ток, серийният регулатор не изтегля пълен ток. Следователно серийният регулатор е значително по-ефективен от шунтиращия регулатор на напрежението.

Шунтови регулатори на напрежението

Шънт регулаторът на напрежението работи чрез осигуряване на път от захранващото напрежение към земята чрез променливо съпротивление. Токът през шунтовия регулатор се отклонява от товара и тече безполезно към земята, което прави тази форма обикновено по-малко ефективна от серийния регулатор. Той обаче е по-прост, понякога се състои само от диод с референтно напрежение и се използва в схеми с много ниско захранване, при които изхабеният ток е твърде малък, за да предизвика безпокойство. Тази форма е много разпространена за еталонни вериги за напрежение. Шунтовият регулатор обикновено може само да поглъща (абсорбира) ток.

Приложения на шунт регулаторите

“има три основни категории динамични помпи. избройте и ги дефинирайте. ”

Шунтовите регулатори се използват в:

Захранващи устройства с ниско изходно напрежение
Текущи източници и вериги за мивка
Усилватели за грешки
Регулируемо линейно напрежение или ток и превключване Захранвания
Мониторинг на напрежението
Аналогови и цифрови схеми, които изискват прецизни препратки
Прецизни ограничители на тока

Превключващи регулатори на напрежение

Превключващ регулатор бързо включва и изключва серийно устройство. Работният цикъл на превключвателя задава количеството заряд, прехвърлено към товара. Това се контролира от механизъм за обратна връзка, подобен на този на линеен регулатор. Превключващите регулатори са ефективни, тъй като серийният елемент е или напълно проводящ, или изключен, тъй като не разсейва почти никаква мощност. Превключващите регулатори могат да генерират изходни напрежения, които са по-високи от входното напрежение или с противоположна полярност, за разлика от линейните регулатори.

Регулаторът на превключващото напрежение се включва и изключва бързо, за да промени изхода. Той изисква контролен генератор и също така зарежда компоненти за съхранение.

При превключващ регулатор с импулсна честотна модулация с различна честота, постоянен работен цикъл и шумов спектър, наложени от PRM, е по-трудно да се филтрира този шум.

Превключващ регулатор с Широчинно импулсна модулация , постоянна честота, вариращ работен цикъл, е ефективен и лесен за филтриране на шума.
При превключващ регулатор токът в непрекъснат режим през индуктор никога не пада до нула. Позволява най-високата изходна мощност. Това дава по-добро представяне.

В превключващ регулатор токът на непрекъснат режим през индуктора пада до нула. Той дава по-добра производителност, когато изходният ток е нисък.

Превключване на топологии

Той има два вида топологии: Диелектрична изолация и Неизолация.

Изолирани

Тя се основава на радиация и интензивна среда. Отново изолираните преобразуватели се класифицират в два типа, които включват следното.

Flyback конвертори
Преобразуватели напред

В изброените по-горе изолирани преобразуватели са разгледани в темата за захранването с превключен режим.

Неизолация

Тя се основава на малки промени в Vout / Vin. Примери са Step Up регулатор на напрежение (Boost) - Повишава входното напрежение Step Down (Buck) - понижава входното напрежение Step up / Step Down (boost / buck) Регулатор на напрежението - Понижава или повишава или обръща входното напрежение в зависимост от контролера Помпа за зареждане - Той осигурява многократно въвеждане без използване на индуктор.

Отново, неизолираните преобразуватели се класифицират в различни типове, но съществените са

Buck Converter или понижаващ регулатор на напрежението
Усилващ преобразувател или усилващ регулатор на напрежението
Buck или Boost Converter

Предимства на превключването на топологии

Основните предимства на импулсното захранване са ефективност, размер и тегло. Това е и по-сложен дизайн, който може да се справи с по-висока енергийна ефективност. Регулаторът на превключващото напрежение може да осигури изход, който е по-голям или по-малък от или който инвертира входното напрежение.

Недостатъци на превключване на топологии

По-високо изходно напрежение на пулсации
По-бавно преходно време за възстановяване
EMI произвежда много шумни резултати
Много скъп

Преобразувателите за повишаване на превключването, наричани още регулатори за превключване на усилването, осигуряват по-високо изходно напрежение чрез повишаване на входното напрежение. Изходното напрежение се регулира, докато захранването е в рамките на спецификацията на изходната мощност на веригата. За задвижване на низове от светодиоди се използва стъпков превключващ регулатор на напрежението.

Подобрете регулаторите на напрежение

Да приемем, че Pin без верига без загуби = Pout (входната и изходната мощност са еднакви)

Тогава V_вАз_в= V_навънАз_навън,

Аз_навън/ I_в= (1-D)

От това се прави извод, че в тази верига

Правомощията остават същите
Напрежението се увеличава
Токът намалява
Еквивалентно на DC трансформатор

Стъпка надолу (Buck) Регулатор на напрежение

Той намалява входното напрежение.

Стъпка надолу регулатори на напрежение

Ако входната мощност е равна на изходната мощност, тогава

P_в= Р_навънV_вАз_в= V_навънАз_навън,

Аз_навън/ I_в= V_в/ V_навън= 1 / D

Преобразувателят за понижаване е еквивалентен на DC трансформатор, при който съотношението на завоите е в диапазона 0-1.

Стъпка нагоре / стъпка надолу (Boost / Buck)

Нарича се още инвертор на напрежението. Чрез използването на тази конфигурация е възможно да се повиши, намали или обърне напрежението според изискването.

Изходното напрежение е с противоположната полярност на входа.
Това се постига чрез VL диод с обратен пристрастие по време на изключване, произвеждащ ток и зареждащ кондензатора за производство на напрежение по време на изключване
Чрез използването на този тип превключващ регулатор може да се постигне 90% ефективност.

Регулатори на напрежение стъпка нагоре / стъпка надолу

Регулатори на напрежение на генератора

Генераторите произвеждат ток, който е необходим, за да отговори на електрическите изисквания на превозното средство, когато двигателят работи. Той също така попълва енергията, която се използва за стартиране на превозното средство. Алтернаторът има способността да произвежда повече ток при по-ниски скорости от DC генераторите, които някога са се използвали от повечето превозни средства. Алтернаторът има две части

Регулатор на напрежение на генератора

Статор - Това е неподвижен компонент, който не се движи. Той съдържа набор от електрически проводници, навити в намотки върху желязна сърцевина.
Ротор / Арматура - Това е движещият се компонент, който произвежда въртящо се магнитно поле от някой от следните три начина: (i) индукция (ii) постоянни магнити (iii) с помощта на възбудител.

Електронен регулатор на напрежението

Прост регулатор на напрежението може да бъде направен от резистор последователно с диод (или серия от диоди). Поради логаритмичната форма на кривите на диода V-I, напрежението на диода се променя само леко поради промени в изтегления ток или промени във входа. Когато прецизният контрол на напрежението и ефективността не са важни, този дизайн може да работи добре.

Електронен регулатор на напрежението

“как да направите цифрово -аналогов конвертор ”

Транзисторен регулатор на напрежението

Електронните регулатори на напрежение имат нестабилен референтен източник на напрежение, осигурен от Ценеров диод , който е известен още като работен диод с напрежение на обратното пробив. Той поддържа постоянно изходно напрежение на постоянен ток. Напрежението на пулсации на променлив ток е блокирано, но филтърът не може да бъде блокиран. Регулаторът на напрежение също има допълнителна верига за защита от късо съединение и верига за ограничаване на тока, защита от пренапрежение и термично изключване.

Основни параметри на регулаторите на напрежение

Основните параметри, които трябва да се имат предвид при работа с регулатор на напрежение, включват главно i / p напрежение, o / p напрежение, както и o / p ток. По принцип всички тези параметри се използват главно за определяне на типа VR топология е добре съвпаднал или не с интегралната схема на потребителя.
Други параметри на този регулатор са честота на превключване, може да се приложи термично съпротивление на напрежение с обратен ток в зависимост от изискването
Токът на покой е значителен, след като ефективността в режим на готовност или лекото натоварване е основната грижа.
След като честотата на превключване се разглежда като параметър, използването на честотата на превключване може да доведе до решенията на малка система. Също така термичното съпротивление може да бъде опасно, за да се отърве топлината от устройството, както и да разтвори топлината от системата.
Ако контролерът има MOSFET, след това всички проводящи, както и динамични загуби ще се разсейва в опаковката и трябва да се вземе предвид, след като се измери максималната температура на регулатора.
Най-важният параметър е напрежението на обратната връзка, тъй като той решава по-малко напрежение o / p, което може да задържи IC. Това ограничава по-малкото напрежение o / p и точността ще повлияе на регулирането на изходното напрежение.

Как да изберем правилния регулатор на напрежението?

Ключовите параметри играят ключова роля при избора на регулатора на напрежението от дизайнера като Vin, Vout, Iout, системни приоритети и др. Някои допълнителни ключови функции като активиране на контрола или индикация за добро захранване.
Когато дизайнерът е описал тези нужди, използвайте параметрична таблица за търсене, за да откриете най-добрия апарат, който да отговори на предпочитаните нужди.
За дизайнерите тази таблица е много ценна, тъй като предоставя няколко функции, както и пакети, които могат да се получат, за да отговорят на необходимите параметри за изискванията на дизайнера.
Устройствата на MPS се предлагат с техническите таблици, които описват подробно необходимите външни части, как да се измерват техните стойности, за да се получи стабилен, ефективен дизайн с висока производителност.
Този лист с данни помага главно при измерване на стойностите на компонентите като капацитет на изхода, съпротивление на обратна връзка, индуктивност o / p и др.
Също така, можете да използвате някои инструменти за симулация като софтуера MPSmart / DC / DC Designer и др. MPS предоставя различни регулатори на напрежение с компактен линеен, разнообразие от ефективни и превключващи типове като семейство MP171x, семейство HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 и MPQ2013-AEC1.

Ограничения / недостатъци

Ограниченията на регулаторите на напрежение включват следното.

Едно от основните ограничения на регулатора на напрежението е, че те са неефективни поради разсейването на огромен ток в някои приложения
Спадът на напрежението на този IC е подобен на a резистор спад на волтажа. Например, когато входът на регулатора на напрежението е 5V и генерира изход като 3V, тогава спадът на напрежението между двата терминала е 2V.
Ефективността на регулатора може да бъде ограничена до 3V или 5V, което означава, че тези регулатори са приложими с по-малко диференциали Vin / Vout.
Във всяко приложение е много важно да се вземе предвид очакваното разсейване на мощността за регулатор, защото когато входните напрежения са високи, разсейването на мощността ще бъде голямо, така че да може да повреди различни компоненти поради прегряване.
Друго ограничение е, че те просто са способни на конвертиране на долари в сравнение с превключващите типове, тъй като тези регулатори ще осигурят долар и преобразуване.
Регулаторите като превключващ тип са високо ефективни, но имат някои недостатъци като рентабилност в сравнение с регулаторите от линеен тип, по-сложни, големи размери и могат да генерират повече шум, ако външните им компоненти не бъдат избрани внимателно.

Това е всичко за различни видове регулатори на напрежението и техния принцип на работа. Вярваме, че информацията, дадена в тази статия, е полезна за вас за по-добро разбиране на тази концепция. Освен това, за всякакви въпроси относно тази статия или помощ при прилагането проекти за електричество и електроника , можете да се обърнете към нас, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето въпрос към вас - Къде ще използваме регулатор на напрежението на алтернатора?