Forskellige typer spændingsregulatorer med funktionsprincip

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





I strømforsyningen spiller spændingsregulatorer en nøglerolle. Så før vi går på diskussion om en strøm regulator , er vi nødt til at vide, at hvilken rolle en strømforsyning har, når vi designer et system ?. For eksempel er strømforsyningen i ethvert arbejdssystem som en smartphone, armbåndsur, computer eller bærbar computer en vigtig del af arbejdet med uglesystemet, fordi det giver en jævn, pålidelig og kontinuerlig forsyning til systemets indvendige komponenter. I elektroniske enheder giver strømforsyningen en stabil såvel som reguleret strøm til at arbejde kredsløbene korrekt. Strømforsyningskilderne er to typer som vekselstrømsforsyningen, der kommer fra stikkontakten og jævnstrømsforsyningen, der kommer fra batterierne. Så denne artikel diskuterer en oversigt over forskellige typer spændingsregulatorer og deres arbejde.

Hvad er en spændingsregulator?

En spændingsregulator bruges til at regulere spændingsniveauer. Når der er behov for en stabil, pålidelig spænding, er spændingsregulatoren den foretrukne enhed. Det genererer en fast udgangsspænding, der forbliver konstant for ændringer i en indgangsspænding eller belastningsforhold. Det fungerer som en buffer til at beskytte komponenter mod skader. EN strøm regulator er en enhed med et simpelt fremadrettet design, og det bruger negative feedbackkontrolsløjfer.




Strøm regulator

Strøm regulator

Der er hovedsageligt to typer spændingsregulatorer: Lineære spændingsregulatorer og koblingsspændingsregulatorer, disse bruges i bredere applikationer. Den lineære spændingsregulator er den nemmeste type spændingsregulator. Den fås i to typer, som er kompakte og bruges i lavspændingssystemer med lav effekt. Lad os diskutere forskellige typer spændingsregulatorer.



Det hovedkomponenter, der anvendes i spændingsregulatoren er

  • Feedback kredsløb
  • Stabil referencespænding
  • Pass element kontrol kredsløb

Spændingsreguleringsprocessen er meget let ved hjælp af ovenstående tre komponenter . Den første komponent i spændingsregulatoren som et tilbagekoblingskredsløb bruges til at detektere ændringer inden for jævnspændingsoutputtet. Baseret på referencespændingen såvel som feedback kan der genereres et styresignal og driver Pass Element til at betale ændringerne.

Her er pass-element en slags solid-state halvlederindretning svarende til en BJT-transistor, PN-Junction Diode ellers en MOSFET. Nu kan DC-udgangsspændingen holdes omtrent stabil.


Arbejd af spændingsregulator

Et spændingsregulator kredsløb bruges til at skabe og opretholde en permanent udgangsspænding, selv når indgangsspændingen ellers ændres belastningsforholdene. Spændingsregulatoren får spændingen fra en strømforsyning, og den kan opretholdes i et område, der er velegnet med de resterende elektriske komponenter . Disse regulatorer bruges oftest til at konvertere DC / DC-strøm, AC / AC ellers AC / DC.

Typer af spændingsregulatorer og deres arbejde

Disse regulatorer kan implementeres gennem integrerede kredsløb eller diskrete komponentkredsløb. Spændingsregulatorer er klassificeret i to typer, nemlig lineær spændingsregulator & koblingsspændingsregulator. Disse regulatorer bruges hovedsageligt til at regulere spændingen i et system, men lineære regulatorer arbejder med lav effektivitet såvel som omskifteregulatorer, der arbejder gennem høj effektivitet. Ved skift af regulatorer med høj effektivitet kan det meste af i / p-effekten overføres til o / p uden spredning.

Typer af spændingsregulatorer

Typer af spændingsregulatorer

Dybest set er der to typer spændingsregulatorer: Lineær spændingsregulator og Switching voltage regulator.

  • Der er to typer lineære spændingsregulatorer: Serier og Shunt.
  • Der er tre typer af koblingsspændingsregulatorer: Step up, Step down og Inverter spændingsregulatorer.

Lineære spændingsregulatorer

Den lineære regulator fungerer som en spændingsdeler. I det ohmiske område bruger det FET. Modstanden i spændingsregulatoren varierer med belastningen, hvilket resulterer i konstant udgangsspænding. Lineære spændingsregulatorer er den oprindelige type regulatorer, der bruges til at regulere strømforsyningerne. I denne type regulator er den variable ledningsevne for det aktive passelement som en MOSFET eller en BJT er ansvarlig for at ændre udgangsspændingen.

Når en belastning er allieret, vil ændringerne i enhver indgang ellers belastning resultere i en forskel i strøm i hele transistoren for at opretholde udgangen er konstant. For at ændre transistorens strøm skal den arbejdes i en aktiv ellers ohmisk region.

Gennem denne procedure spredes denne form for regulator meget strøm, fordi netspændingen falder ned i transistoren for at sprede sig som varme. Generelt er disse regulatorer kategoriseret i forskellige kategorier.

  • Positiv justerbar
  • Negativ justerbar
  • Fast output
  • Sporing
  • Flydende

Fordele

Det fordelene ved en lineær spændingsregulator inkluderer følgende.

  • Giver en lav output krusningsspænding
  • Hurtig responstid for at indlæse eller linjeskift
  • Lav elektromagnetisk interferens og mindre støj

Ulemper

Det ulemper ved en lineær spændingsregulator inkluderer følgende.

  • Effektiviteten er meget lav
  • Kræver stor plads - kølelegeme er nødvendigt
  • Spændingen over indgangen kan ikke øges

Serie spændingsregulatorer

En seriens spændingsregulator bruger et variabelt element placeret i serie med belastningen. Ved at ændre modstanden i det serielement kan spændingen, der falder over det, ændres. Og spændingen over belastningen forbliver konstant.

Mængden af ​​strøm trukket bruges effektivt af belastningen, dette er den største fordel ved serie spændingsregulator . Selv når belastningen ikke kræver strøm, trækker serieregulatoren ikke fuld strøm. Derfor er en serieregulator betydeligt mere effektiv end en shunt-spændingsregulator.

Shunt-spændingsregulatorer

En shunt spændingsregulator fungerer ved at tilvejebringe en sti fra forsyningsspændingen til jorden gennem en variabel modstand. Strømmen gennem shuntregulatoren er afledt fra belastningen og flyder ubrugeligt til jorden, hvilket gør denne form normalt mindre effektiv end serieregulatoren. Det er imidlertid enklere, undertiden består kun af en spændingsreferenciediode og bruges i meget lavt strømforsynede kredsløb, hvor den spildte strøm er for lille til at være bekymrende. Denne form er meget almindelig for spænding referencekredsløb. En shuntregulator kan normalt kun synke (absorbere) strøm.

Anvendelser af Shunt Regulators

Shuntregulatorer bruges i:

  • Strømforsyninger med lav udgangsspænding
  • Nuværende kilde- og vaskekredsløb
  • Fejlforstærkere
  • Justerbar spænding eller strøm lineær og kobling Strømforsyninger
  • Spændingsovervågning
  • Analoge og digitale kredsløb, der kræver præcisionsreferencer
  • Præcisionsstrømbegrænsere

Skifte spændingsregulatorer

En afbryderregulator tænder og slukker hurtigt for en serieenhed. Afbryderens driftscyklus indstiller den mængde afgift, der overføres til lasten. Dette styres af en feedbackmekanisme svarende til en lineær regulator. Omskifteregulatorer er effektive, fordi serieelementet enten er helt ledende eller slukket, fordi det næsten ikke spreder strøm. Omskifteregulatorer er i stand til at generere udgangsspændinger, der er højere end indgangsspændingen eller med modsat polaritet, i modsætning til lineære regulatorer.

Skiftespændingsregulatoren tænder og slukker hurtigt for at ændre output. Det kræver en kontroloscillator og oplader også lagerkomponenter.

I en omskifteregulator med pulsfrekvensmodulation varierende frekvens, konstant driftscyklus og støjspektrum pålagt af PRM varierer, er det sværere at filtrere den støj ud.

En omskifteregulator med Pulsbreddemodulation , konstant frekvens, varierende driftscyklus, er effektiv og nem at filtrere støj ud.
I en omskifteregulator falder kontinuerlig tilstandsstrøm gennem en induktor aldrig til nul. Det giver den højeste udgangseffekt. Det giver bedre ydeevne.

I en omskifteregulator falder diskontinuerlig tilstandsstrøm gennem induktoren til nul. Det giver bedre ydelse, når udgangsstrømmen er lav.

Skiftende topologier

Den har to typer topologier: Dielektrisk isolering og ikke-isolering.

Isoleret

Det er baseret på stråling og intense omgivelser. Igen klassificeres isolerede omformere i to typer, der inkluderer følgende.

  • Flyback-konvertere
  • Videresend konvertere

I de ovennævnte anførte isolerede omformere diskuteres i emnet med tændt strømforsyning.

Ikke –isolering

Det er baseret på små ændringer i Vout / Vin. Eksempler er Step Up spændingsregulator (Boost) - Hæver indgangsspænding Step Down (Buck) - sænker indgangsspænding Step up / Step Down (boost / buck) Spændingsregulator - Sænker eller hæver eller inverterer indgangsspændingen afhængigt af styreenheden Opladningspumpe - Det giver flere input uden brug af en induktor.

Igen klassificeres ikke-isolerede omformere i forskellige typer, men de væsentlige er

  • Buck Converter eller Step-down Voltage Regulator
  • Boost Converter eller Step-up Voltage Regulator
  • Buck eller Boost Converter

Fordele ved at skifte topologi

De vigtigste fordele ved en skiftende strømforsyning er effektivitet, størrelse og vægt. Det er også et mere komplekst design, der er i stand til at håndtere højere energieffektivitet. En koblingsspændingsregulator kan levere output, som er større end eller mindre end, eller som inverterer indgangsspændingen.

Ulemper af skiftende topologier

  • Højere udgangsspænding
  • Langsommere forbigående genopretningstid
  • EMI producerer meget støjende output
  • Meget dyr

Step-up skifteomformere, også kaldet boost-switch regulatorer, giver en højere spændingsoutput ved at hæve indgangsspændingen. Udgangsspændingen er reguleret, så længe strømmen trækkes, er inden for kredsløbets udgangseffektspecifikation. Til kørsel af strenge af LED'er anvendes Step up Switching voltage regulator.

Step Up spændingsregulatorer

Step Up spændingsregulatorer

Antag tabsfri kredsløb Pin = Pout (input og output beføjelser er ens)

Så Vijegi= Vudjegud,

jegud/ Jegi= (1-D)

Ud fra dette udledes det i dette kredsløb

  • Beføjelser forbliver de samme
  • Spændingen stiger
  • Strømmen falder
  • Svarer til DC-transformer

Træd ned (Buck) Spændingsregulator

Det sænker indgangsspændingen.

Træd ned spændingsregulatorer

Træd ned spændingsregulatorer

Hvis indgangseffekt er lig med udgangseffekt, så

Pi= PudVijegi= Vudjegud,

jegud/ Jegi= Vi/ Vud= 1 / D

Trin ned-konverter svarer til DC-transformer, hvor drejningsforholdet er i området 0-1.

Step Up / Step Down (Boost / Buck)

Det kaldes også en spændingsomformer. Ved at bruge denne konfiguration er det muligt at hæve, sænke eller invertere spændingen i henhold til kravet.

  • Udgangsspændingen har den modsatte polaritet af indgangen.
  • Dette opnås ved VL fremadspændt omvendt forspændt diode i off-tiderne, producerer strøm og oplader kondensatoren til spændingsproduktion i off-tiderne
  • Ved at bruge denne type omskifteregulator kan 90% effektivitet opnås.
Trin op / trin ned spændingsregulatorer

Trin op / trin ned spændingsregulatorer

Generatorspændingsregulatorer

Generatorer producerer den strøm, der kræves for at imødekomme et køretøjs elektriske krav, når motoren kører. Det genopfylder også den energi, der bruges til at starte køretøjet. En generator har evnen til at producere mere strøm ved lavere hastigheder end DC-generatorer, der engang blev brugt af de fleste køretøjer. Generatoren har to dele

Generator spændingsregulator

Generator spændingsregulator

Stator - Dette er en stationær komponent, der ikke bevæger sig. Den indeholder et sæt elektriske ledere viklet i spoler over en jernkerne.
Rotor / anker - Dette er den bevægelige komponent, der producerer et roterende magnetfelt på en af ​​følgende tre måder: (i) induktion (ii) permanente magneter (iii) ved hjælp af en exciter.

Elektronisk spændingsregulator

En simpel spændingsregulator kan fremstilles af en modstand i serie med en diode (eller en række dioder). På grund af den logaritmiske form af diode V-I-kurver ændres spændingen over dioden kun lidt på grund af ændringer i strøm trukket eller ændringer i input. Når præcis spændingskontrol og effektivitet ikke er vigtig, fungerer dette design muligvis fint.

Elektronisk spændingsregulator

Elektronisk spændingsregulator

Transistor spændingsregulator

Elektroniske spændingsregulatorer har en stabil spændingsreferencekilde, der leveres af Zener-diode , som også er kendt som diode med omvendt nedbrydningsspænding. Det opretholder en konstant DC udgangsspænding. AC-krusningsspændingen er blokeret, men filteret kan ikke blokeres. Spændingsregulatoren har også et ekstra kredsløb til kortslutningsbeskyttelse og strømbegrænsende kredsløb, overspændingsbeskyttelse og termisk nedlukning.

Grundlæggende parametre for spændingsregulatorer

  • De grundlæggende parametre, der skal overvejes under betjening af en spændingsregulator, inkluderer hovedsageligt i / p-spænding, o / p-spænding samt o / p-strøm. Generelt bruges alle disse parametre hovedsageligt til bestemmelse af VR-typen topologi passer godt sammen eller ikke med en brugers IC.
  • Andre parametre for denne regulator er skiftefrekvens, hvilestrøm tilbagekoblingsspænding termisk modstand kan være gældende baseret på kravet
  • Hvilestrøm er signifikant, når effektiviteten i standbytilstande eller lysbelastning er det største problem.
  • Når skiftefrekvens betragtes som en parameter, kan udnyttelse af skiftefrekvensen føre til løsningerne i et lille system. Den termiske modstand kan også være farlig for at slippe af med varme fra enheden samt opløse varmen fra systemet.
  • Hvis controlleren har en MOSFET, derefter alle ledende såvel som dynamiske tab vil blive spredt inden i pakken og skal overvejes, når man først måler regulatorens største temperatur.
  • Den vigtigste parameter er feedback-spænding, da den bestemmer den mindre o / p-spænding, som IC'en kan holde. Dette begrænser den mindre o / p-spænding, og nøjagtigheden vil påvirke reguleringen af ​​udgangsspændingen.

Hvordan vælges den korrekte spændingsregulator?

  • Nøgleparametrene spiller en nøglerolle, mens de vælger spændingsregulatoren af ​​designeren som Vin, Vout, Iout, systemprioriteter osv. Nogle ekstra nøglefunktioner som aktivering af kontrol eller effekt god indikation.
  • Når designeren har beskrevet disse fornødenheder, skal du bruge en parametrisk søgetabel til at finde det bedste apparat til at imødekomme de foretrukne fornødenheder.
  • For designere er denne tabel meget værdifuld, fordi den indeholder flere funktioner såvel som pakker, der er tilgængelige for at imødekomme de nødvendige parametre for kravet til en designer.
  • Enhederne i MPS er tilgængelige med deres datablade, der detaljeret beskriver nødvendige eksterne dele, hvordan man måler deres værdier for at få et stabilt, effektivt design med høj ydeevne.
  • Dette datablad hjælper primært med at måle værdierne for komponenter som kapacitans for output, feedbackmodstand, o / p-induktans osv.
  • Du kan også bruge nogle simuleringsværktøjer som MPSmart software / DC / DC Designer osv. MPS giver forskellige spændingsregulatorer en kompakt lineær række forskellige effektive & skiftende typer som MP171x-familien, HF500-x-familien, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 og MPQ2013-AEC1.

Begrænsninger / ulemper

Begrænsningerne for spændingsregulatorer inkluderer følgende.

  • En af de vigtigste begrænsninger for spændingsregulatoren er, at de er ineffektive på grund af spredningen af ​​enorm strøm i nogle applikationer
  • Spændingsfaldet på denne IC svarer til en modstand spændingsfald. For eksempel, når indgangen til spændingsregulatoren er 5V og genererer output som 3V, så er spændingsfaldet mellem de to terminaler 2V.
  • Regulatorens effektivitet kan begrænses til 3V eller 5V, hvilket betyder, at disse regulatorer kan anvendes med færre Vin / Vout-differentier.
  • I enhver applikation er det meget vigtigt at overveje den forventede strømforsyning for en regulator, for når indgangsspændingerne er høje, vil strømforsyningen være høj, så det kan beskadige forskellige komponenter på grund af overophedning.
  • En anden begrænsning er, at de simpelthen er i stand til at konvertere bukke sammenlignet med skiftetyper, fordi disse regulatorer giver buk og konvertering.
  • Regulatorer som omskiftningstype er meget effektive, men de har nogle ulemper som omkostningseffektivitet sammenlignet med lineære regulatorer, mere komplekse, store og kan generere mere støj, hvis deres udvendige komponenter ikke vælges med forsigtighed.

Dette handler om forskellige typer spændingsregulatorer og deres arbejdsprincip. Vi mener, at oplysningerne i denne artikel er nyttige for dig for en bedre forståelse af dette koncept. Desuden til spørgsmål vedrørende denne artikel eller hjælp til implementering elektriske og elektroniske projekter , kan du henvende dig til os ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørgsmål til dig - Hvor vil vi bruge en generator spændingsregulator?