Diferite tipuri de regulatoare de tensiune cu principiul de funcționare

În sursa de alimentare, regulatoarele de tensiune joacă un rol cheie. Deci, înainte de a merge să discutăm despre regulator de voltaj , trebuie să știm că care este rolul unei surse de alimentare în timpul proiectării unui sistem ?. De exemplu, în orice sistem de lucru, cum ar fi un smartphone, ceas de mână, computer sau laptop, sursa de alimentare este o parte esențială pentru a lucra sistemul bufniței, deoarece asigură o alimentare consistentă, fiabilă și continuă a componentelor interioare ale sistemului. În dispozitivele electronice, sursa de alimentare asigură o putere stabilă, precum și regulată, pentru a funcționa corect circuitele. Sursele de alimentare cu energie electrică sunt două tipuri, cum ar fi alimentarea cu curent alternativ de la prizele de alimentare și alimentarea cu curent continuu de la baterii. Deci, acest articol discută o prezentare generală a diferitelor tipuri de regulatoare de tensiune și funcționarea acestora.

Ce este un regulator de tensiune?

Un regulator de tensiune este utilizat pentru a regla nivelurile de tensiune. Când este necesară o tensiune constantă și fiabilă, atunci regulatorul de tensiune este dispozitivul preferat. Generează o tensiune de ieșire fixă ​​care rămâne constantă pentru orice modificare a tensiunii de intrare sau a condițiilor de încărcare. Acționează ca un tampon pentru protejarea componentelor de daune. A regulator de voltaj este un dispozitiv cu un design simplu feed-forward și folosește bucle de control cu ​​feedback negativ.

Regulator de voltaj

Există în principal două tipuri de regulatoare de tensiune: regulatoare de tensiune liniare și regulatoare de tensiune de comutare acestea sunt utilizate în aplicații mai largi. Regulatorul de tensiune liniar este cel mai ușor tip de regulator de tensiune. Este disponibil în două tipuri, care sunt compacte și utilizate în sisteme de joasă tensiune, de mică putere. Să discutăm diferite tipuri de regulatoare de tensiune.

principalele componente utilizate în regulatorul de tensiune sunteți

• Circuit de feedback
• Tensiune de referință stabilă
• Circuitul de control al elementului de trecere

Procesul de reglare a tensiunii este foarte ușor prin utilizarea celor trei de mai sus componente . Prima componentă a regulatorului de tensiune, precum un circuit de feedback, este utilizată pentru a detecta modificările din ieșirea de tensiune DC. Pe baza tensiunii de referință, precum și a feedback-ului, un semnal de control poate fi generat și conduce elementul de trecere pentru a plăti modificările.

Aici, elementul de trecere este un fel de stare solidă dispozitiv semiconductor similar cu un tranzistor BJT, PN-Junction Diode altfel un MOSFET. Acum, tensiunea de ieșire DC poate fi menținută aproximativ stabilă.

Funcționarea regulatorului de tensiune

Un circuit de reglare a tensiunii este utilizat pentru a face și a menține o tensiune de ieșire permanentă chiar și atunci când tensiunea de intrare în caz contrar se schimbă condițiile de încărcare. Regulatorul de tensiune obține tensiunea de la o sursă de alimentare și poate fi menținut într-un interval care se potrivește cu restul componente electrice . Cel mai frecvent aceste regulatoare sunt utilizate pentru conversia puterii DC / DC, AC / AC altfel AC / DC.

Tipuri de regulatoare de tensiune și funcționarea acestora

Aceste regulatoare pot fi implementate prin circuite integrate sau circuite componente discrete. Regulatoarele de tensiune sunt clasificate în două tipuri și anume regulatorul de tensiune liniar și regulatorul de tensiune de comutare. Aceste regulatoare sunt utilizate în principal pentru a regla tensiunea unui sistem, cu toate acestea, regulatoarele liniare funcționează cu randament scăzut, precum și regulatoarele de comutare care funcționează prin randament ridicat. La regulatoarele de comutare cu eficiență ridicată, cea mai mare parte a puterii i / p poate fi transmisă la o / p fără disipare.

Tipuri de regulatoare de tensiune

Practic, există două tipuri de regulatoare de tensiune: regulator de tensiune liniar și regulator de tensiune de comutare.

• Există două tipuri de regulatoare de tensiune liniare: Seria și Shunt.
• Există trei tipuri de regulatoare de tensiune de comutare: Step up, Step down și Inverter regulatoare de tensiune.

Regulatoare de tensiune liniare

Regulatorul liniar acționează ca un divizor de tensiune. În regiunea ohmică, folosește FET. Rezistența regulatorului de tensiune variază în funcție de sarcină, rezultând o tensiune de ieșire constantă. Regulatoarele de tensiune liniară sunt tipul original de regulatoare utilizate pentru reglarea surselor de alimentare. În acest tip de regulator, conductivitatea variabilă a elementului de trecere activ ca a MOSFET sau un BJT este responsabil pentru modificarea tensiunii de ieșire.

Odată ce o sarcină este aliată, modificările oricărei intrări, în caz contrar, vor avea ca rezultat o diferență de curent în tranzistor pentru a menține ieșirea constantă. Pentru a schimba curentul tranzistorului, acesta ar trebui să fie lucrat într-o regiune activă, altfel ohmică.

Pe parcursul acestei proceduri, acest tip de regulator disipă multă putere, deoarece tensiunea netă este scăzută în tranzistor pentru a se disipa ca căldura. În general, aceste regulatoare sunt clasificate în diferite categorii.

• Reglabil pozitiv
• Reglabil negativ
• Ieșire fixă
• Urmărirea
• Plutitoare

Avantaje

avantajele unui regulator de tensiune liniar include următoarele.

• Oferă o tensiune redusă de undă de ieșire
• Timp de răspuns rapid pentru încărcare sau modificări de linie
• Interferență electromagnetică scăzută și mai puțin zgomot

Dezavantaje

dezavantaje ale unui regulator de tensiune liniar include următoarele.

• Eficiența este foarte scăzută
• Necesită spațiu mare - este nevoie de radiator
• Tensiunea peste intrare nu poate fi mărită

Regulatoare de tensiune din serie

Un regulator de tensiune în serie folosește un element variabil plasat în serie cu sarcina. Prin modificarea rezistenței acelui element din serie, tensiunea scăzută peste el poate fi modificată. Și, tensiunea pe sarcină rămâne constantă.

Cantitatea de curent extras este utilizată în mod eficient de sarcină, acesta este principalul avantaj al regulator de tensiune în serie . Chiar și atunci când sarcina nu necesită curent, regulatorul de serie nu trage curent complet. Prin urmare, un regulator de serie este considerabil mai eficient decât un regulator de tensiune de șunt.

Regulatoare de tensiune de șunt

O manevră regulatorul de tensiune funcționează prin asigurarea unei căi de la tensiunea de alimentare la sol printr-o rezistență variabilă. Curentul prin regulatorul de șunt s-a îndepărtat de sarcină și curge inutil la sol, făcând această formă de obicei mai puțin eficientă decât regulatorul de serie. Cu toate acestea, este mai simplu, uneori constând doar dintr-o diodă de referință de tensiune și este utilizat în circuite cu putere redusă în care curentul irosit este prea mic pentru a fi îngrijorător. Această formă este foarte frecventă pentru circuitele de referință de tensiune. Un regulator de șunt poate, de obicei, scufunda (absorbi) curentul.

Aplicații ale regulatorilor de șunt

Regulatoarele de șunt sunt utilizate în:

• Surse de comutare cu tensiune redusă de ieșire
• Sursa curentă și circuitele de scufundare
• Amplificatoare de eroare
• Tensiune reglabilă sau curent liniar și comutare Surse de alimentare
• Monitorizarea tensiunii
• Circuite analogice și digitale care necesită referințe de precizie
• Limitatori de curent de precizie

Comutatoare regulatoare de tensiune

Un regulator de comutare pornește și oprește rapid un dispozitiv de serie. Ciclul de funcționare al comutatorului setează cantitatea de încărcare transferată sarcinii. Acest lucru este controlat de un mecanism de feedback similar cu cel al unui regulator liniar. Regulatoarele de comutare sunt eficiente, deoarece elementul de serie este fie complet conducător, fie oprit, deoarece disipează aproape nici o putere. Regulatoarele de comutare pot genera tensiuni de ieșire mai mari decât tensiunea de intrare sau de polaritate opusă, spre deosebire de regulatoarele liniare.

Regulatorul de tensiune de comutare pornește și se oprește rapid pentru a modifica ieșirea. Necesită un oscilator de control și, de asemenea, încarcă componentele de stocare.

Într-un regulator de comutare cu frecvență variabilă a modulației pulsului, ciclul de funcționare constant și spectrul de zgomot impus de PRM variază, este mai dificil să se filtreze acel zgomot.

Un regulator de comutare cu Modularea lățimii pulsului , frecvența constantă, ciclul de funcționare variabil, este eficient și ușor de filtrat zgomotul.
Într-un regulator de comutare, curentul de mod continuu printr-un inductor nu scade niciodată la zero. Permite cea mai mare putere de ieșire. Oferă performanțe mai bune.

Într-un regulator de comutare, curentul de mod discontinuu prin inductor scade la zero. Oferă performanțe mai bune atunci când curentul de ieșire este redus.

Comutarea topologiilor

Are două tipuri de topologii: izolarea dielectrică și neizolarea.

Izolat

Se bazează pe radiații și medii intense. Din nou, convertoarele izolate sunt clasificate în două tipuri, care includ următoarele.

• Convertoare Flyback
• Convertoare forward

În convertoarele izolate enumerate mai sus sunt discutate în subiectul sursei de alimentare în modul comutat.

Non-izolare

Se bazează pe mici modificări în Vout / Vin. Exemple sunt regulatorul de tensiune Step Up (Boost) - Crește tensiunea de intrare Step Down (Buck) - scade tensiunea de intrare Step Up / Step Down (boost / buck) Regulatorul de tensiune - Scade sau ridică sau inversează tensiunea de intrare în funcție de controler Pompa de încărcare - Oferă multipli de intrare fără a utiliza un inductor.

Din nou, convertoarele neizolate sunt clasificate în diferite tipuri, cu toate acestea sunt semnificative

• Convertor Buck sau regulator de tensiune redus
• Convertor Boost sau regulator de tensiune pas cu pas
• Convertor Buck sau Boost

Avantajele comutării topologiilor

Principalele avantaje ale unei surse de comutare sunt eficiența, dimensiunea și greutatea. Este, de asemenea, un design mai complex, care este capabil să gestioneze o eficiență energetică mai mare. Un regulator de tensiune de comutare poate furniza ieșire, care este mai mare sau mai mică decât sau care inversează tensiunea de intrare.

Dezavantaje de comutare a topologiilor

• Tensiune mai mare de ondulare de ieșire
• Timp de recuperare tranzitoriu mai lent
• EMI produce o ieșire foarte zgomotoasă
• Foarte scump

Convertorii de comutare step-up, numiți și regulatori de comutare boost, oferă o ieșire de tensiune mai mare prin creșterea tensiunii de intrare. Tensiunea de ieșire este reglată, atâta timp cât este alimentată puterea, se încadrează în specificațiile puterii de ieșire a circuitului. Pentru conducerea șirurilor de LED-uri, se utilizează regulatorul de tensiune de comutare Step Up.

Reglează regulatoarele de tensiune

Presupunem circuitul fără pierderi Pin = Pout (puterile de intrare și ieșire sunt aceleași)

Apoi V_înEu_în= V_afarăEu_afară,

Eu_afară/ Eu_în= (1-D)

Din aceasta, se deduce că în acest circuit

• Puterile rămân aceleași
• Tensiunea crește
• Curentul scade
• Echivalent cu transformatorul de curent continuu

Regulator de tensiune în jos (Buck)

Scade tensiunea de intrare.

Reduceți regulatoarele de tensiune

Dacă puterea de intrare este egală cu puterea de ieșire, atunci

P_în= P_afarăV_înEu_în= V_afarăEu_afară,

Eu_afară/ Eu_în= V_în/ V_afară= 1 / D

Convertorul descendent este echivalent cu transformatorul de curent continuu, în care raportul de rotații este în intervalul 0-1.

Step Up / Step Down (Boost / Buck)

Se mai numește și invertor de tensiune. Prin utilizarea acestei configurații, este posibil să ridicați, să coborâți sau să inversați tensiunea conform cerințelor.

• Tensiunea de ieșire este de polaritatea opusă a intrării.
• Acest lucru se realizează prin diodă polarizată inversă VL în timpul opririi, producând curent și încărcând condensatorul pentru producerea de tensiune în timpul opririi
• Prin utilizarea acestui tip de regulator de comutare, se poate obține o eficiență de 90%.

Regulatoare de tensiune Step Up / Step Down

Regulatoare de tensiune ale alternatorului

Alternatoarele produc curentul necesar pentru a satisface cerințele electrice ale unui vehicul atunci când motorul funcționează. De asemenea, alimentează energia utilizată pentru pornirea vehiculului. Un alternator are capacitatea de a produce mai mult curent la viteze mai mici decât generatoarele de curent continuu utilizate odinioară de majoritatea vehiculelor. Alternatorul are două părți

Regulator de tensiune alternator

Stator - Aceasta este o componentă staționară, care nu se mișcă. Conține un set de conductori electrici înfășurați în bobine peste un miez de fier.
Rotor / Armatura - Aceasta este componenta în mișcare care produce un câmp magnetic rotativ de către oricare dintre următoarele trei moduri: (i) inducție (ii) magneți permanenți (iii) folosind un excitator.

Regulator electronic de tensiune

Un regulator de tensiune simplu poate fi realizat dintr-un rezistor în serie cu o diodă (sau o serie de diode). Datorită formei logaritmice a curbelor diodei V-I, tensiunea din diodă se modifică doar ușor datorită modificărilor curentului trasat sau modificărilor intrării. Când controlul precis al tensiunii și eficiența nu sunt importante, acest design poate funcționa bine.

Regulator electronic de tensiune

Regulator de tensiune tranzistor

Regulatoarele electronice de tensiune au o sursă de referință de tensiune care este furnizată de diodă Zener , care este, de asemenea, cunoscut sub numele de diodă de funcționare a tensiunii de rupere inversă. Menține o tensiune de ieșire continuă constantă. Tensiunea de ondulare AC este blocată, dar filtrul nu poate fi blocat. Regulatorul de tensiune are, de asemenea, un circuit suplimentar pentru protecția la scurtcircuit și circuit de limitare a curentului, protecție la supratensiune și oprire termică.

Parametrii de bază ai regulatoarelor de tensiune

• Parametrii de bază care trebuie luați în considerare în timpul funcționării unui regulator de tensiune includ în principal tensiunea i / p, tensiunea o / p, precum și curentul o / p. În general, toți acești parametri sunt utilizați în principal pentru determinarea tipului VR topologie este potrivită sau nu cu IC-ul unui utilizator.
• Alți parametri ai acestui regulator sunt frecvența de comutare, este posibil să se aplice rezistența termică a tensiunii de reacție în curent în funcție de cerință
• Curentul de repaus este semnificativ odată ce eficiența în toate modurile de așteptare sau sarcina ușoară este principala preocupare.
• Odată ce frecvența de comutare este considerată ca un parametru, exploatarea frecvenței de comutare poate duce la soluțiile unui sistem mic. De asemenea, rezistența termică poate fi periculoasă pentru a scăpa de căldura de pe dispozitiv, precum și pentru a dizolva căldura din sistem.
• Dacă controlerul are un MOSFET, apoi toate conductivele, precum și dinamice pierderi vor fi disipate în pachet și trebuie luate în considerare odată măsurată cea mai mare temperatură a regulatorului.
• Cel mai important parametru este tensiunea de feedback, deoarece determină tensiunea mai mică o / p pe care IC o poate deține. Acest lucru restricționează tensiunea o / p mai mică, iar precizia va afecta reglarea tensiunii de ieșire.

Cum se alege regulatorul de tensiune corect?

• Parametrii cheie joacă un rol esențial în timp ce selectează regulatorul de tensiune de către proiectant, cum ar fi Vin, Vout, Iout, prioritățile sistemului etc. Unele caracteristici cheie suplimentare, cum ar fi controlul sau indicarea energiei bune.
• Când proiectantul a descris aceste necesități, atunci folosiți un tabel de căutare parametric pentru a descoperi cel mai bun aparat pentru a satisface necesitățile preferate.
• Pentru designeri, acest tabel este foarte valoros, deoarece oferă mai multe caracteristici, precum și pachete care pot fi obținute pentru a îndeplini parametrii necesari pentru cerința unui proiectant.
• Dispozitivele MPS sunt disponibile cu fișele lor tehnice care descriu în detaliu piesele externe necesare, cum să le măsurăm valorile pentru a obține un design stabil și eficient, cu performanțe ridicate.
• Această fișă tehnică ajută în principal la măsurarea valorilor componentelor, cum ar fi capacitatea de ieșire, rezistența de feedback, inductanța o / p etc.
• De asemenea, puteți utiliza unele instrumente de simulare, cum ar fi software-ul MPSmart / DC / DC Designer, etc. MPS oferă diferite regulatoare de tensiune cu o linie compactă, varietate de tipuri eficiente și de comutare, cum ar fi familia MP171x, familia HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 și MPQ2013-AEC1.

Limitări / Dezavantaje

Limitările regulatoarelor de tensiune includ următoarele.

• Una dintre principalele limitări ale regulatorului de tensiune este că acestea sunt ineficiente datorită disipării curentului uriaș în unele aplicații
• Căderea de tensiune a acestui IC este similară cu a rezistor cadere de tensiune. De exemplu, atunci când intrarea regulatorului de tensiune este de 5V și generează o ieșire ca 3V, atunci căderea de tensiune între cele două terminale este de 2V.
• Eficiența regulatorului poate fi limitată la 3V sau 5V, ceea ce înseamnă că aceste regulatoare sunt aplicabile cu mai puține diferențiale Vin / Vout.
• În orice aplicație, este foarte semnificativ să se ia în considerare disiparea de putere așteptată pentru un regulator, deoarece atunci când tensiunile de intrare sunt mari, atunci disiparea puterii va fi mare, astfel încât să poată deteriora diferite componente din cauza supraîncălzirii.
• O altă limitare constă în faptul că sunt pur și simplu capabili de conversia buck în comparație cu tipurile de comutare, deoarece aceste regulatoare vor oferi buck și conversie.
• Regulatoarele, cum ar fi tipul de comutare, sunt extrem de eficiente, totuși au unele dezavantaje, cum ar fi rentabilitatea în comparație cu regulatoarele de tip liniar, mai complexe, de dimensiuni mari și pot genera mai mult zgomot dacă componentele lor exterioare nu sunt alese cu atenție.

Este vorba despre diferite tipuri de regulatoare de tensiune și principiul lor de funcționare. Credem că informațiile furnizate în acest articol vă sunt utile pentru o mai bună înțelegere a acestui concept. În plus, pentru orice întrebări referitoare la acest articol sau orice ajutor în implementare proiecte electrice și electronice , ne puteți aborda comentând în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru dvs. - Unde vom folosi un regulator de tensiune al alternatorului?