U napajanju električnom energijom ključnu ulogu imaju regulatori napona. Dakle, prije odlaska na raspravu o regulator napona , moramo znati da je kakva je uloga napajanja tijekom dizajniranja sustava ?. Na primjer, u bilo kojem radnom sustavu poput pametnog telefona, ručnog sata, računala ili prijenosnog računala, napajanje je bitan dio za rad sustava sova, jer pruža dosljedno, pouzdano i kontinuirano opskrbu unutarnjim komponentama sustava. U elektroničkim uređajima napajanje osigurava stabilnu kao i reguliranu snagu za pravilan rad krugova. Izvori napajanja su dvije vrste, poput izmjeničnog napajanja koje se napaja iz mrežnih utičnica i istosmjernog napajanja iz baterija. Dakle, ovaj članak razmatra pregled različitih vrsta regulatora napona i njihov rad.

Što je regulator napona?

Za regulaciju razine napona koristi se regulator napona. Kada je potreban stalan, pouzdan napon, tada je preferirani regulator napona. On generira fiksni izlazni napon koji ostaje konstantan za bilo kakve promjene ulaznog napona ili stanja opterećenja. Djeluje kao tampon za zaštitu komponenata od oštećenja. A regulator napona je uređaj jednostavnog povratnog dizajna i koristi negativne kontrolne petlje povratne sprege.

Regulator napona

Postoje uglavnom dvije vrste regulatora napona: Linearni regulatori napona i sklopni regulatori napona koji se koriste u široj primjeni. Linearni regulator napona je najlakši tip regulatora napona. Dostupan je u dvije vrste, koji su kompaktni i koriste se u niskonaponskim sustavima male snage. Razmotrimo različite vrste regulatora napona.

The glavne komponente koje se koriste u regulatoru napona jesu

Krug povratne sprege
Stabilni referentni napon
Prođite upravljački krug elementa

Postupak regulacije napona vrlo je jednostavan pomoću gore navedena tri komponente . Prva komponenta regulatora napona poput povratnog kruga koristi se za otkrivanje promjena unutar izlaza istosmjernog napona. Na temelju referentnog napona, kao i povratne informacije, može se generirati upravljački signal koji pokreće Pass Pass element kako bi isplatio promjene.

Ovdje je pass element jedna vrsta čvrstog stanja poluvodički uređaj slično BJT tranzistoru, PN-spojna dioda, inače MOSFET. Sada se istosmjerni izlazni napon može održavati približno stabilnim.

Rad regulatora napona

Krug regulatora napona koristi se za izradu, kao i za održavanje trajnog izlaznog napona, čak i kad se ulazni napon u suprotnom promijene uvjeti opterećenja. Regulator napona dobiva napon iz napajanja i on se može održavati u opsegu koji odgovara ostalim električne komponente . Najčešće se ti regulatori koriste za pretvaranje istosmjerne / istosmjerne energije, izmjenične i izmjenične struje, inače izmjenične i istosmjerne.

Vrste regulatora napona i njihov rad

Ti se regulatori mogu implementirati putem integrirani krugovi ili diskretni krugovi komponenata. Regulatori napona klasificirani su u dvije vrste, naime linearni regulator napona i sklopni regulator napona. Ti se regulatori uglavnom koriste za regulaciju napona sustava, međutim linearni regulatori rade s niskom učinkovitošću, kao i preklopni regulatori koji rade s visokom učinkovitošću. U preklopnim regulatorima s visokom učinkovitošću, većina i / p snage može se prenijeti na o / p bez rasipanja.

Vrste regulatora napona

U osnovi postoje dvije vrste regulatora napona: Linearni regulator napona i prekidački regulator napona.

Postoje dvije vrste linearnih regulatora napona: Serijski i Shunt.
Postoje tri vrste preklopnih regulatora napona: korak gore, korak dolje i pretvarači napona pretvarača.

Linearni regulatori napona

Linearni regulator djeluje kao razdjelnik napona. U omskoj regiji koristi FET. Otpor regulatora napona varira ovisno o opterećenju što rezultira konstantnim izlaznim naponom. Linearni regulatori napona izvorni su tip regulatora koji se koriste za regulaciju napajanja. U ovoj vrsti regulatora, promjenjiva vodljivost aktivnog prolaznog elementa poput a MOSFET ili je BJT odgovoran za promjenu izlaznog napona.

Jednom kada je opterećenje povezano, promjene bilo kojeg ulaza inače će opterećenje rezultirati razlikom u struji u cijelom tranzistoru kako bi se održao izlaz konstantan. Da bi se promijenila struja tranzistora, trebalo bi raditi u aktivnom, inače omičkom području.

Kroz ovaj postupak ova vrsta regulatora rasipa puno snage jer se neto napon spušta unutar tranzistora da bi se rasipao poput topline. Općenito su ti regulatori kategorizirani u različite kategorije.

Pozitivno podesivo
Negativno podesivo
Fiksni izlaz
Praćenje
Plutajući

Prednosti

The prednosti linearnog regulatora napona uključuju sljedeće.

Daje mali izlazni napon mreškanja
Brzo vrijeme odziva na promjene opterećenja ili linije
Niske elektromagnetske smetnje i manje šuma

Mane

The nedostaci linearnog regulatora napona uključuju sljedeće.

Učinkovitost je vrlo niska
Zahtijeva velik prostor - potreban je hladnjak
Napon iznad ulaza ne može se povećati

Serijski regulatori napona

Serijski regulator napona koristi promjenjivi element smješten u seriju s opterećenjem. Promjenom otpora tog serijskog elementa može se promijeniti napon na njemu. I, napon na opterećenju ostaje konstantan.

Količina vučene struje učinkovito se koristi od opterećenja, to je glavna prednost serijski regulator napona . Čak i kada opterećenje ne zahtijeva nikakvu struju, serijski regulator ne vuče punu struju. Stoga je serijski regulator znatno učinkovitiji od regulatora napona napona.

Regulatori napona napona

Šant regulator napona radi pružanjem puta od opskrbnog napona do tla kroz promjenjivi otpor. Struja kroz regulator ranžiranja odvratila se od tereta i beskorisno teče prema tlu, čineći ovaj oblik obično manje učinkovitim od serijskog regulatora. Međutim, jednostavniji je, ponekad se sastoji samo od referentne naponske diode i koristi se u krugovima s vrlo malim naponom u kojima je potrošena struja premala da bi mogla zabrinjavati. Ovaj je oblik vrlo čest za referentne naponske krugove. Regulator šanta obično može samo potopiti (apsorbirati) struju.

Primjene regulatora šanta

“gdje se koristi topologija sabirnica ”

Regulatori šanta koriste se u:

Sklopna napajanja s niskim izlaznim naponom
Strujni krugovi i sudoperi
Pojačala za pogreške
Podesivi napon ili struja, linearno i prebacivanje Napajanje
Nadzor napona
Analogni i digitalni krugovi koji zahtijevaju precizne reference
Precizni graničnici struje

Preklopni regulatori napona

Preklopni regulator brzo uključuje i isključuje serijski uređaj. Radni ciklus sklopke postavlja količinu naboja prenesenog na teret. To kontrolira povratni mehanizam sličan onome kod linearnog regulatora. Preklopni regulatori učinkoviti su jer je serijski element u potpunosti provodljiv ili isključen jer ne troši gotovo nikakvu snagu. Preklopni regulatori mogu generirati izlazne napone koji su veći od ulaznog napona ili suprotne polarnosti, za razliku od linearnih regulatora.

Prekidački regulator napona brzo se uključuje i isključuje kako bi promijenio izlaz. Zahtijeva kontrolni oscilator, a također puni i komponente za pohranu.

U komutacijskom regulatoru s impulsnom brzinom modulacije s različitim frekvencijama, stalnim radnim ciklusom i spektrom buke koje PRM varira teže je filtrirati tu buku.

Preklopni regulator sa Modulacija širine impulsa , konstantna frekvencija, različiti radni ciklus, učinkovit je i jednostavan za filtriranje buke.
U sklopnom regulatoru struja kontinuiranog načina rada kroz prigušnicu nikada ne pada na nulu. Omogućuje najveću izlaznu snagu. Daje bolje performanse.

U preklopnom regulatoru, prekidna struja kroz induktor pada na nulu. Daje bolje performanse kada je izlazna struja mala.

Prebacivanje topologija

Ima dvije vrste topologija: dielektrična izolacija i neizolacija.

Izolirano

Temelji se na zračenju i intenzivnom okruženju. Opet, izolirani pretvarači svrstani su u dvije vrste koje uključuju sljedeće.

Flyback pretvarači
Pretvarači naprijed

U gore navedenim izoliranim pretvaračima raspravlja se u temi o komutiranom načinu napajanja.

Neizolacija

Temelji se na malim promjenama u Vout / Vin. Primjeri su Step Up regulator napona (Boost) - Podiže ulazni napon Step Down (Buck) - snižava ulazni napon Step up / Step Down (boost / buck) Regulator napona - Snižava ili podiže ili invertira ulazni napon ovisno o regulatoru. Omogućuje višestruki ulaz bez upotrebe induktora.

Opet, neizolirani pretvarači svrstani su u različite tipove, ali oni značajni jesu

Buck pretvarač ili silazni regulator napona
Pretvarač pojačanja ili pojačani regulator napona
Buck ili Boost Converter

Prednosti prebacivanja topologija

Glavne prednosti komutacijskog napajanja su učinkovitost, veličina i težina. Također je složenijeg dizajna koji je sposoban podnijeti veću energetsku učinkovitost. Preklopni regulator napona može pružiti izlaz koji je veći ili manji od ili koji invertira ulazni napon.

Mane prebacivanja topologija

Veći napon izlaznog vala
Sporije prolazno vrijeme oporavka
EMI daje vrlo bučne rezultate
Vrlo skupo

Pojačani preklopni pretvarači, koji se nazivaju i regulacijski regulatori pojačanja, pružaju veći izlazni napon podizanjem ulaznog napona. Izlazni napon se regulira, sve dok je snaga povučena unutar specifikacije izlazne snage kruga. Za pogon žica LED-a koristi se Step up Switching regulator napona.

Pojačati regulatore napona

Pretpostavimo da je pin kruga bez gubitaka = Pout (ulazna i izlazna snaga su iste)

Tada je V_uJa_u= V_vanJa_van,

Ja_van/ I_u= (1-D)

“ultrazvučna kontrola laveža pasa velike snage ”

Iz ovoga se zaključuje da je u ovom krugu

Moći ostaju ista
Napon se povećava
Struja se smanjuje
Ekvivalentan istosmjernom transformatoru

Poništi regulator napona

Smanjuje ulazni napon.

Smanjite regulatore napona

Ako je ulazna snaga jednaka izlaznoj snazi, tada

Str_u= P_vanV_uJa_u= V_vanJa_van,

Ja_van/ I_u= V_u/ V_van= 1 / D

Stepenišni pretvarač ekvivalentan je istosmjernom transformatoru u kojem je omjer okretaja u rasponu od 0-1.

Korak gore / korak dolje (pojačanje / smanjenje)

Naziva se i pretvarač napona. Korištenjem ove konfiguracije moguće je povisiti, smanjiti ili obrnuti napon prema zahtjevu.

Izlazni napon je suprotne polarnosti ulaza.
To se postiže VL-om unaprijed pristranske diode za vrijeme isključenja, stvaranjem struje i punjenjem kondenzatora za stvaranje napona tijekom vremena isključenja
Korištenjem ove vrste sklopnog regulatora može se postići 90% učinkovitost.

Korak gore / korak dolje Regulatori napona

Regulatori napona alternatora

Alternatori proizvode struju koja je potrebna da udovolji električnim zahtjevima vozila kada motor radi. Također nadopunjava energiju koja se koristi za pokretanje vozila. Alternator ima sposobnost stvaranja više struje pri nižim brzinama od istosmjernih generatora koje je nekoć koristila većina vozila. Alternator ima dva dijela

Regulator napona alternatora

Stator - Ovo je nepokretna komponenta koja se ne miče. Sadrži skup električnih vodiča namotanih u zavojnice preko željezne jezgre.
Rotor / armatura - Ovo je pokretna komponenta koja stvara rotacijsko magnetsko polje bilo kojim od sljedeća tri načina: (i) indukcija (ii) trajni magneti (iii) pomoću pobuđivača.

Elektronički regulator napona

Jednostavni regulator napona može se napraviti od otpornika u seriji s diodom (ili nizom dioda). Zbog logaritamskog oblika diodnih krivulja V-I, napon na diodi mijenja se samo neznatno zbog promjena povučene struje ili promjena na ulazu. Kada precizna kontrola napona i učinkovitost nisu važni, ovaj dizajn može dobro funkcionirati.

Elektronički regulator napona

Tranzistorski regulator napona

Elektronički regulatori napona imaju nestabilni referentni izvor napona koji pruža Zener dioda , koja je također poznata i kao radna dioda napona probojnog napona. Održava stalni istosmjerni napon istosmjerne struje. Napon izmjeničnog vala je blokiran, ali filtar se ne može blokirati. Regulator napona također ima dodatni krug za zaštitu od kratkog spoja i krug za ograničavanje struje, zaštitu od prenapona i toplinsko isključivanje.

Osnovni parametri naponskih regulatora

Osnovni parametri koje treba uzeti u obzir tijekom rada regulatora napona uglavnom uključuju i / p napon, o / p napon kao i o / p struju. Općenito se svi ti parametri uglavnom koriste za određivanje tipa VR topologija dobro se podudara ili ne s IC korisničkog.
Ostali parametri ovog regulatora su frekvencija prebacivanja, toplinski otpor povratnog napona mirne struje može biti primjenjiv na temelju zahtjeva
Struja mirovanja je značajna kad je efikasnost u režimima pripravnosti ili je mala briga glavna briga.
Jednom kad se preklopna frekvencija smatra parametrom, iskorištavanje preklopne frekvencije može dovesti do rješenja malog sustava. Također, toplinski otpor može biti opasan za uklanjanje topline iz uređaja, kao i za otapanje topline iz sustava.
Ako regulator ima MOSFET, nakon toga svi vodljivi, kao i dinamički gubici raspršit će se unutar pakiranja i mora se uzeti u obzir nakon mjerenja najveće temperature regulatora.
Najvažniji parametar je povratni napon jer on odlučuje o manjem o / p naponu koji IC može držati. To ograničava manje o / p napon i točnost će utjecati na regulaciju izlaznog napona.

Kako odabrati ispravan regulator napona?

Ključni parametri igraju ključnu ulogu prilikom odabira regulatora napona od strane dizajnera kao što su Vin, Vout, Iout, prioriteti sustava itd. Neke dodatne ključne značajke poput omogućavanja upravljanja ili indikacije dobre snage.
Kada je dizajner opisao ove potrepštine, upotrijebite parametarsku tablicu pretraživanja kako biste otkrili najbolji aparat za zadovoljavanje željenih potreba.
Ova je tablica vrlo vrijedna za dizajnere jer pruža nekoliko značajki, kao i pakete koji se mogu dobiti kako bi se zadovoljili potrebni parametri za potrebe dizajnera.
Uređaji MPS dostupni su sa svojim tablicama podataka koje detaljno opisuju potrebne vanjske dijelove, kako izmjeriti njihove vrijednosti kako bi se dobio stabilan, učinkovit dizajn s visokim performansama.
Ova lista podataka uglavnom pomaže u mjerenju vrijednosti komponenata kao što su kapacitet izlaza, povratni otpor, o / p induktivitet itd.
Također, možete koristiti neke simulacijske alate poput softvera MPSmart / DC / DC Designer itd. MPS nudi različite regulatore napona s kompaktnim linearnim, raznovrsnim učinkovitim i preklopnim tipovima poput obitelji MP171x, obitelji HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 i MPQ2013-AEC1.

Ograničenja / nedostaci

Ograničenja regulatora napona uključuju sljedeće.

Jedno od glavnih ograničenja regulatora napona je da su oni neučinkoviti zbog rasipanja velike struje u nekim primjenama
Pad napona ove IC sličan je a otpornik pad napona. Na primjer, kada je ulaz regulatora napona 5V i generira izlaz poput 3V, tada pad napona između dva terminala iznosi 2V.
Učinkovitost regulatora može se ograničiti na 3 V ili 5 V, što znači da su ti regulatori primjenjivi s manje diferencijala Vin / Vout.
U bilo kojoj je primjeni vrlo važno uzeti u obzir očekivano rasipanje snage regulatora, jer kad su ulazni naponi visoki, rasipanje snage će biti veliko, tako da mogu oštetiti različite komponente zbog pregrijavanja.
Sljedeće ograničenje je da su oni jednostavno sposobni za pretvorbu dolara u usporedbi s preklopnim vrstama, jer će ti regulatori osigurati pad i konverziju.
Regulatori poput sklopnog tipa vrlo su učinkoviti, ali imaju neke nedostatke poput isplativosti u usporedbi s linearnim regulatorima, složeniji, velike veličine i mogu stvoriti više buke ako se njihove vanjske komponente ne odaberu oprezno.

Ovdje se radi o različitim vrstama regulatori napona i njihov princip rada. Vjerujemo da su vam podaci dati u ovom članku korisni za bolje razumijevanje ovog koncepta. Nadalje, za bilo kakva pitanja u vezi s ovim člankom ili bilo kakvu pomoć u provedbi električni i elektronički projekti , možete nam se obratiti komentirajući u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas - Gdje ćemo koristiti regulator napona alternatora?