Erinevad tööpõhimõttega pingeregulaatorite tüübid

Proovige Meie Instrumenti Probleemide Kõrvaldamiseks





Toiteallikas mängivad võtmerolli pinge regulaatorid. Nii et enne arutama minekut a pinge regulaator , peame teadma, et mis on toiteallika roll süsteemi kujundamisel ?. Näiteks mis tahes töötavas süsteemis, nagu nutitelefon, käekell, arvuti või sülearvuti, on toiteallikas öökullisüsteemi töötamiseks oluline osa, kuna see tagab järjepideva, usaldusväärse ja pideva toite süsteemi sisemistele komponentidele. Elektroonilistes seadmetes tagab toiteallikas vooluahela nõuetekohaseks töötamiseks nii stabiilse kui ka reguleeritud võimsuse. Toiteallikad on kahte tüüpi, nagu vahelduvvoolu toiteallikas, mis saab vooluvõrgust ja alalisvoolu toiteallikas, mis saab patareidest. Niisiis, selles artiklis käsitletakse erinevat tüüpi pingeregulaatorite ja nende töö ülevaadet.

Mis on pinge regulaator?

Pingetaseme reguleerimiseks kasutatakse pingeregulaatorit. Kui on vaja püsivat ja usaldusväärset pinget, on eelistatud seade pingeregulaator. See genereerib fikseeritud väljundpinge, mis jääb muutumatuks sisendpinge või koormustingimuste korral konstantseks. See toimib puhvrina, et kaitsta komponente kahjustuste eest. A pinge regulaator on lihtsa edasiliikumise disainiga seade ja see kasutab negatiivse tagasiside juhtimissilmuseid.




Pinge regulaator

Pinge regulaator

Pinge regulaatoreid on peamiselt kahte tüüpi: lineaarsed pingeregulaatorid ja lülituspinge regulaatorid, mida kasutatakse laiemates rakendustes. Lineaarne pingeregulaator on lihtsaim pingeregulaatori tüüp. Seda on saadaval kahte tüüpi, mis on kompaktsed ja mida kasutatakse väikese võimsusega madalpingesüsteemides. Arutagem erinevat tüüpi pingeregulaatorite üle.



The peamised komponendid, mida kasutatakse pinge regulaatoris on

  • Tagasiside ahel
  • Stabiilne võrdluspinge
  • Läbige elemendi juhtimisahel

Pinge reguleerimise protsess on ülaltoodud kolme abil väga lihtne komponendid . Pinge regulaatori esimest komponenti nagu tagasisideahelat kasutatakse alalispinge väljundis toimuvate muutuste tuvastamiseks. Lähtepinge ja tagasiside põhjal saab genereerida juhtsignaali, mis juhib läbipääsuelementi muudatuste tasumiseks.

Siinkohal on läbipääsuelement üht tüüpi tahkis pooljuhtseade sarnane BJT-transistoriga, PN-ühendusdiood muidu MOSFET. Nüüd saab alalisvoolu väljundpinget hoida umbes stabiilsena.


Pinge regulaatori töö

Pinge regulaatori vooluahelat kasutatakse nii püsiva väljundpinge loomiseks kui ka säilitamiseks ka siis, kui sisendpinge muul juhul koormustingimusi muudetakse. Pinge regulaator saab pinge toiteallikast ja seda saab hoida vahemikus, mis sobib hästi ülejäänud osadega elektrilised komponendid . Enamasti kasutatakse neid regulaatoreid alalis- / alalisvoolu muundamiseks, vahelduvvoolu / vahelduvvoolu muidu vahelduvvoolu / alalisvoolu muundamiseks.

Pinge regulaatorite tüübid ja nende töö

Neid reguleerijaid saab rakendada integraallülitused või diskreetkomponentide ahelad. Pinge regulaatorid liigitatakse kahte tüüpi, nimelt lineaarseks pinge regulaatoriks ja lülituspinge regulaatoriks. Neid regulaatoreid kasutatakse peamiselt süsteemi pinge reguleerimiseks, kuid lineaarsed regulaatorid töötavad nii madala efektiivsusega kui ka kõrge efektiivsusega töötavate lülitusregulaatoritega. Suure efektiivsusega regulaatorite lülitamisel saab suurema osa i / p võimsusest hajutamata edastada o / p-le.

Pinge regulaatorite tüübid

Pinge regulaatorite tüübid

Põhimõtteliselt on kahte tüüpi pingeregulaatoreid: lineaarne pingeregulaator ja lülituspinge regulaator.

  • Lineaarpinge regulaatoreid on kahte tüüpi: seeria ja šunt.
  • Lülituspinge regulaatoreid on kolme tüüpi: astmelised, astmelised ja inverterpinge regulaatorid.

Lineaarpinge regulaatorid

Lineaarregulaator toimib pingejagajana. Ohmi piirkonnas kasutatakse FET-i. Pinge regulaatori takistus varieerub koormusest, mille tulemuseks on püsiv väljundpinge. Lineaarpinge regulaatorid on toiteallikate reguleerimiseks kasutatavad algsed regulaatorid. Sellises regulaatoris on aktiivse läbipääsuelemendi muutuv juhtivus nagu a MOSFET või on BJT vastutav väljundpinge muutmise eest.

Kui koormus on liitunud, põhjustavad muutused mis tahes sisendis, muidu koormuse erinevus kogu transistoris, et väljund oleks püsiv. Transistori voolu muutmiseks tuleks seda töötada aktiivses muidu Ohmi piirkonnas.

Selle protseduuri vältel hajutab selline regulaator palju energiat, kuna netopinge langeb transistori sees soojuse hajutamiseks. Üldiselt on need reguleerijad liigitatud erinevatesse kategooriatesse.

  • Positiivne reguleeritav
  • Negatiivne reguleeritav
  • Fikseeritud väljund
  • Jälgimine
  • Ujuv

Eelised

The lineaarse pingeregulaatori eelised sisaldama järgmist.

  • Annab väikese väljundi pulsatsioonipinge
  • Kiire reageerimisaeg laadimiseks või joone muutmiseks
  • Madal elektromagnetiline häire ja vähem müra

Puudused

The lineaarse pinge regulaatori puudused sisaldama järgmist.

  • Efektiivsus on väga madal
  • Nõuab suurt ruumi - on vaja jahutusradiaatorit
  • Sisendi kohal olevat pinget ei saa suurendada

Seeria pinge regulaatorid

Seeriapinge regulaator kasutab muutuvat elementi, mis on koormusega järjestikku paigutatud. Selle seeriaelemendi takistuse muutmisega saab üle selle langenud pinget muuta. Ja koormuse pinge püsib konstantsena.

Tõmmatud vooluhulka kasutab koormus tõhusalt, see on voolu peamine eelis seeria pinge regulaator . Isegi kui koormus ei vaja voolu, ei võta seeria regulaator täisvoolu. Seetõttu on seeriaregulaator tunduvalt tõhusam kui šundpinge regulaator.

Šundpinge regulaatorid

Šunt pinge regulaator töötab pakkudes muutuva takistuse kaudu teed toitepingest maapinnani. Šundiregulaatori kaudu kulgev vool on suunanud koormuse kaugemale ja voolab kasutult maapinnale, mistõttu on see vorm tavaliselt vähem efektiivne kui jaduregulaator. See on siiski lihtsam, koosneb mõnikord vaid pinge võrdlusdioodist ja seda kasutatakse väga väikese võimsusega vooluringides, kus raisatud vool on liiga väike, et muret tekitada. See vorm on pinge võrdlusahelate jaoks väga levinud. Šundiregulaator suudab tavaliselt ainult voolu uputada (neelata).

Šundiregulaatorite rakendused

Šundiregulaatoreid kasutatakse:

  • Madala väljundpinge lülitus-toiteallikad
  • Vooluallika ja valamu ahelad
  • Veavõimendid
  • Reguleeritav pinge või voolu lineaarne ja ümberlülitamine Toiteallikad
  • Pinge jälgimine
  • Analoog- ja digitaalahelad, mis vajavad täpset viidet
  • Täppisvoolu piirajad

Lülituspinge regulaatorid

Lülitusregulaator lülitab seeria seadme kiiresti sisse ja välja. Lüliti töötsükkel määrab koormusele ülekantava summa. Seda juhib tagasisidemehhanism, mis sarnaneb lineaarse regulaatori omaga. Lülitusregulaatorid on tõhusad, kuna seeriaelement on kas täielikult juhtiv või välja lülitatud, kuna see ei hajuta peaaegu üldse energiat. Lülitusregulaatorid suudavad erinevalt lineaarsetest regulaatoritest genereerida väljundpingeid, mis on sisendpingest kõrgemad või vastupidise polaarsusega.

Lülituspinge regulaator lülitub väljundi muutmiseks kiiresti sisse ja välja. See nõuab juhtimisoskillaatorit ja laadib ka salvestuskomponente.

Lülitusregulaatoris, mille pulsikiiruse modulatsioon varieerub PRM-i poolt varieeruva sageduse, konstantse töötsükli ja müraspektriga, on seda müra raskem välja filtreerida.

Lülitusregulaator koos Impulsi laiuse modulatsioon , püsiv sagedus, varieeruv töötsükkel, on müra tõhus ja seda on lihtne välja filtreerida.
Lülitusregulaatoris ei lange induktori kaudu toimuv pidevrežiimi vool kunagi nulli. See võimaldab suurimat väljundvõimsust. See annab parema jõudluse.

Lülitusregulaatoris langeb induktori kaudu katkematu režiimi vool nullini. See annab parema jõudluse, kui väljundvool on madal.

Topoloogiate vahetamine

Sellel on kahte tüüpi topoloogiaid: dielektriline isolatsioon ja mitteisolatsioon.

Isoleeritud

Selle aluseks on kiirgus ja intensiivne keskkond. Jällegi liigitatakse isoleeritud muundurid kahte tüüpi, mis hõlmavad järgmist.

  • Flyback muundurid
  • Edasi muundurid

Eespool loetletud isoleeritud muundureid käsitletakse lülitusrežiimis toiteallikas.

Mitte-isoleerimine

See põhineb Vout / Vini väikestel muudatustel. Näited on astme pinge regulaator (Boost) - tõstab sisendpinge Step Down (Buck) - langetab sisendpinget Samm üles / alla (boost / buck) Pinge regulaator - langetab või tõstab või pöörab sisendpinge sõltuvalt kontrollerist Laadimispump - See annab sisendi mitmekordse induktiivpooli kasutamata.

Jällegi liigitatakse isoleerimata muundurid erinevatesse tüüpidesse, kuid olulised on

  • Bucki muundur või vähendatud pinge regulaator
  • Boost Converter või pinge regulaator
  • Buck või Boost Converter

Topoloogiate vahetamise eelised

Lülititoiteallika peamised eelised on efektiivsus, suurus ja kaal. See on ka keerukam disain, mis on võimeline toime tulema suurema energiatõhususega. Lülituspinge regulaator võib anda väljundi, mis on suurem või väiksem kui sisendpinge.

Puudused topoloogiate vahetamisest

  • Suurem väljundi pulsatsioonipinge
  • Aeglasem mööduv taastumisaeg
  • EMI toodab väga mürarikka väljundit
  • Väga kallis

Astmelised lülitusmuundurid, mida nimetatakse ka võimenduslülitusregulaatoriteks, tagavad sisendpinge tõstmisega suurema pinge väljundi. Väljundpinge on reguleeritud seni, kuni vool on tõmmatud vooluahela väljundvõimsuse spetsifikatsiooni piiridesse. Valgusdioodide stringide juhtimiseks kasutatakse Step Up Switching pinge regulaatorit.

Tugevdage pinge regulaatoreid

Tugevdage pinge regulaatoreid

Oletame, et kaotuseta vooluahela tihvt = Pout (sisend- ja väljundvõimsus on samad)

Siis VaastalMinaaastal= VväljaMinavälja,

Minavälja/ Iaastal= (1-D)

Sellest järeldatakse, et selles vooluringis

  • Volitused jäävad samaks
  • Pinge suureneb
  • Vool väheneb
  • Samaväärne alalisvoolutrafoga

Astuge alla (Buck) pinge regulaator

See vähendab sisendpinget.

Astuge pinge regulaatorid alla

Astuge pinge regulaatorid alla

Kui sisendvõimsus on võrdne väljundvõimsusega, siis

Paastal= PväljaVaastalMinaaastal= VväljaMinavälja,

Minavälja/ Iaastal= Vaastal/ Vvälja= 1 / D

Astmelüliti muundur on samaväärne alalisvoolutrafoga, kus pöörete suhe on vahemikus 0-1.

Samm üles / alla (Boost / Buck)

Seda nimetatakse ka pinge muunduriks. Selle konfiguratsiooni abil on võimalik nõude kohaselt pinget tõsta, langetada või ümber pöörata.

  • Väljundpinge on sisendi vastupidise polaarsusega.
  • See saavutatakse VL-i ettepoole suunatud kallutatava dioodi väljalülitamise ajal, voolu tekitamise ja kondensaatori laadimisega pinge tootmiseks väljalülitusaegadel
  • Seda tüüpi lülitusregulaatorit kasutades on võimalik saavutada 90% efektiivsus.
Pinge regulaatorid üles / alla

Pinge regulaatorid üles / alla

Generaatori pinge regulaatorid

Generaatorid toodavad voolu, mida on vaja mootori töötamisel sõiduki elektrivajaduste rahuldamiseks. Samuti täiendab see energiat, mida kulub sõiduki käivitamiseks. Generaatoril on võimalus toota madalamatel kiirustel rohkem voolu kui alalisvoolugeneraatoritel, mida kunagi kasutasid enamus sõidukeid. Generaatoril on kaks osa

Generaatori pinge regulaator

Generaatori pinge regulaator

Staator - See on statsionaarne komponent, mis ei liigu. See sisaldab elektrijuhtmete komplekti, mis on mähistes keeratud üle rauast südamiku.
Rootor / armatuur - See on liikuv komponent, mis tekitab pöörleva magnetvälja ühel järgmistest kolmest viisist: (i) induktsioon (ii) püsimagnetid (iii) erguti abil.

Elektrooniline pinge regulaator

Dioodiga (või dioodide jadaga) järjestikku asetsevast takistist saab valmistada lihtsa pingeregulaatori. Dioodi V-I kõverate logaritmilise kuju tõttu muutub dioodi ületav pinge ainult veidi tõmmatud voolu muutuste või sisendi muutuste tõttu. Kui täpne pinge juhtimine ja efektiivsus pole olulised, võib see disain hästi töötada.

Elektrooniline pinge regulaator

Elektrooniline pinge regulaator

Transistori pinge regulaator

Elektroonilistel pingeregulaatoritel on stabiilne pinge võrdlusallikas, mille tagab Zeneri diood , mis on tuntud ka kui vastupidise purunemispinge töödiood. See hoiab püsivat alalisvoolu väljundpinget. Vahelduvvoolu pulsatsioonipinge on blokeeritud, kuid filtrit ei saa blokeerida. Pinge regulaatoril on ka lisalülitus lühisekaitseks ja voolu piirav vooluahel, ülepinge kaitse ja termiline väljalülitus.

Pinge regulaatorite põhiparameetrid

  • Põhiparameetrid, mida tuleb pingeregulaatori töötamise ajal arvesse võtta, hõlmavad peamiselt nii i / p pinget, o / p pinget kui ka o / p voolu. Üldiselt kasutatakse kõiki neid parameetreid peamiselt VR-tüübi määramiseks topoloogia sobib hästi kasutaja IC-ga või mitte.
  • Selle regulaatori muud parameetrid on lülitussagedus, nõude põhjal võidakse rakendada vaikevoolu tagasiside pinge soojustakistust
  • Vaikne vool on märkimisväärne, kui efektiivsus kogu ooterežiimis või kerge koormus on peamine probleem.
  • Kui lülitussagedust peetakse parameetriks, võib lülitussageduse kasutamine viia väikese süsteemi lahendusteni. Samuti võib soojustakistus olla ohtlik nii seadme soojusest vabanemiseks kui ka süsteemi soojuse lahustamiseks.
  • Kui kontrolleril on MOSFET, on pärast seda nii juhtiv kui ka dünaamiline kahjud hajub pakendis ja seda tuleb arvestada, kui mõõdetakse regulaatori kõrgeimat temperatuuri.
  • Kõige olulisem parameeter on tagasiside pinge, kuna see otsustab väiksema o / p pinge, mida IC suudab hoida. See piirab vähem o / p pinget ja täpsus mõjutab väljundpinge reguleerimist.

Kuidas valida õige pinge regulaator?

  • Põhiparameetrid mängivad võtmerolli, valides disaineri poolt pingeregulaatori, näiteks Vin, Vout, Iout, süsteemi prioriteedid jne. Mõned lisavõimalused, näiteks juhtimise võimaldamine või toite hea näitamine.
  • Kui disainer on need vajadused kirjeldanud, kasutage parameetrilist otsingu tabelit, et leida parim seade eelistatud vajaduste rahuldamiseks.
  • Disainerite jaoks on see tabel väga väärtuslik, kuna see pakub mitmeid funktsioone ja pakette, mida saab hankida, et täita disaineri nõudmise jaoks vajalikke parameetreid.
  • MPS-i seadmed on saadaval koos nende infolehtedega, mis kirjeldavad üksikasjalikult vajalikke väliseid osi, kuidas mõõta nende väärtusi, et saada stabiilne, tõhus ja suure jõudlusega disain.
  • See andmeleht aitab peamiselt selliste komponentide väärtuste mõõtmisel nagu väljundi mahtuvus, tagasisidetakistus, o / p induktiivsus jne.
  • Samuti saate kasutada mõnda simulatsioonivahendit, näiteks tarkvara MPSmart / DC / DC Designer jne. MPS pakub erinevaid pingeregulaatoreid koos kompaktse lineaarse, mitmesuguste tõhusate ja lülitavate tüüpidega, nagu MP171x perekond, HF500-x perekond, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 ja MPQ2013-AEC1.

Piirangud / puudused

Pinge regulaatorite piirangud hõlmavad järgmist.

  • Pinge regulaatori üks peamisi piiranguid on see, et need on ebaefektiivsed tohutu voolu hajumise tõttu mõnes rakenduses
  • Selle IC pinge langus on sarnane a-ga takisti pingelangus. Näiteks kui pingeregulaatori sisend on 5 V ja tekitab väljundi nagu 3 V, on pinge langus kahe klemmi vahel 2 V.
  • Regulaatori efektiivsust saab piirata 3V või 5V, mis tähendab, et neid regulaatoreid saab kasutada vähemate Vin / Vout diferentsiaalidega.
  • Igas rakenduses on väga oluline arvestada regulaatori eeldatava võimsuse hajumisega, sest kui sisendpinged on suured, on võimsuse hajumine suur, mis võib ülekuumenemise tõttu erinevaid komponente kahjustada.
  • Teine piirang on see, et nad on lihtsalt võimelised konverteerima lülititüüpidega, kuna need regulaatorid pakuvad buck ja teisendamist.
  • Regulaatorid, nagu lülititüüp, on väga tõhusad, kuid neil on lineaarsete regulaatoritega võrreldes mõningaid puudusi, nagu kulutõhusus, keerukamad, suuremad ja võivad tekitada rohkem müra, kui nende väliseid komponente ei valita ettevaatlikult.

See kõik käib erinevat tüüpi pinge regulaatorid ja nende tööpõhimõte. Usume, et selles artiklis toodud teave on teile selle kontseptsiooni paremaks mõistmiseks abiks. Lisaks sellele, kui teil on selle artikliga seotud küsimusi või abi rakendamisel elektri- ja elektroonikaprojektid , võite pöörduda meie poole, kommenteerides allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus - kus me kasutame generaatori pinge regulaatorit?