Ulike typer spenningsregulatorer med arbeidsprinsipp

I strømforsyningen spiller spenningsregulatorer en nøkkelrolle. Så før du skal diskutere en spenningsregulator , må vi vite at hva er rollen til en strømforsyning mens vi designer et system ?. For eksempel, i ethvert fungerende system som en smarttelefon, armbåndsur, datamaskin eller bærbar PC, er strømforsyningen en viktig del for å arbeide uglesystemet, fordi det gir jevn, pålitelig og kontinuerlig forsyning til systemets indre komponenter. I elektroniske enheter gir strømforsyningen en stabil så vel som regulert strøm for å fungere kretsene riktig. Kildene til strømforsyningen er to typer som strømforsyningen som kommer fra stikkontaktene og likestrømforsyningen som kommer fra batteriene. Så, denne artikkelen diskuterer en oversikt over forskjellige typer spenningsregulatorer og deres arbeid.

Hva er en spenningsregulator?

En spenningsregulator brukes til å regulere spenningsnivåer. Når det er behov for en jevn, pålitelig spenning, er spenningsregulatoren den foretrukne enheten. Den genererer en fast utgangsspenning som forblir konstant for endringer i inngangsspenning eller belastningsforhold. Det fungerer som en buffer for å beskytte komponenter mot skader. EN spenningsregulator er en enhet med en enkel fremføring design og den bruker negative tilbakemeldinger.

Spenningsregulator

Det er hovedsakelig to typer spenningsregulatorer: Lineære spenningsregulatorer og bryterspenningsregulatorer. Disse brukes i bredere applikasjoner. Den lineære spenningsregulatoren er den enkleste typen spenningsregulator. Den er tilgjengelig i to typer, som er kompakte og brukes i lavspente lavspenningssystemer. La oss diskutere forskjellige typer spenningsregulatorer.

De hovedkomponentene som brukes i spenningsregulatoren er

• Tilbakemeldingskrets
• Stabil referansespenning
• Pass elementkontrollkrets

Spenningsreguleringsprosessen er veldig enkel ved å bruke de tre ovennevnte komponenter . Den første komponenten i spenningsregulatoren, som en tilbakekoblingskrets, brukes til å oppdage endringene i likspenningsutgangen. Basert på referansespenningen samt tilbakemelding, kan et styresignal genereres og driver Pass Element til å betale endringene.

Her er passeringselementet en slags solid-state halvlederanordning ligner på en BJT-transistor, PN-Junction Diode ellers en MOSFET. Nå kan DC-utgangsspenningen holdes omtrent stabil.

Arbeid av spenningsregulator

En spenningsregulator krets brukes til å lage og opprettholde en permanent utgangsspenning selv når inngangsspenningen ellers belastningsforholdene endres. Spenningsregulatoren får spenningen fra en strømforsyning, og den kan opprettholdes i et område som passer godt med de gjenværende elektriske komponenter . Vanligvis brukes disse regulatorene for å konvertere DC / DC-strøm, AC / AC ellers AC / DC.

Typer spenningsregulatorer og deres arbeid

Disse regulatorene kan implementeres gjennom integrerte kretser eller diskrete komponentkretser. Spenningsregulatorer er klassifisert i to typer, nemlig lineær spenningsregulator og bryterspenningsregulator. Disse regulatorene brukes hovedsakelig til å regulere spenningen i et system, men lineære regulatorer fungerer med lav effektivitet, så vel som bytteregulatorer som fungerer gjennom høy effektivitet. Ved å bytte regulatorer med høy effektivitet kan det meste av i / p-kraften overføres til o / p uten spredning.

Typer spenningsregulatorer

I utgangspunktet er det to typer spenningsregulatorer: Lineær spenningsregulator og bryterspenningsregulator.

• Det er to typer lineære spenningsregulatorer: Serier og Shunt.
• Det er tre typer bryterspenningsregulatorer: Trinn opp, Trinn ned og Inverter spenningsregulatorer.

Lineære spenningsregulatorer

Den lineære regulatoren fungerer som en spenningsdeler. I Ohmic-regionen bruker den FET. Motstanden til spenningsregulatoren varierer med belastningen, noe som resulterer i konstant utgangsspenning. Lineære spenningsregulatorer er den opprinnelige typen regulatorer som brukes til å regulere strømforsyningene. I denne typen regulator er den variable ledningsevnen til det aktive passeringselementet som en MOSFET eller en BJT er ansvarlig for å endre utgangsspenningen.

Når en belastning er alliert, vil endringene i en hvilken som helst inngang ellers belastning føre til en forskjell i strøm i hele transistoren for å opprettholde utgangen er konstant. For å endre transistorens strøm, bør den jobbes i en aktiv ellers Ohmisk region.

Gjennom denne prosedyren forsvinner denne typen regulator mye strøm fordi netspenningen faller ned i transistoren for å spre seg som varme. Generelt er disse regulatorene kategorisert i forskjellige kategorier.

• Positiv justerbar
• Negativ justerbar
• Fast utgang
• Sporing
• Flytende

Fordeler

De fordelene med en lineær spenningsregulator Inkluder følgende.

• Gir en lav utgangsspenningsspenning
• Rask responstid for belastning eller linjeskift
• Lav elektromagnetisk forstyrrelse og mindre støy

Ulemper

De ulemper med en lineær spenningsregulator Inkluder følgende.

• Effektiviteten er veldig lav
• Krever stor plass - kjøleribbe er nødvendig
• Spenningen over inngangen kan ikke økes

Seriens spenningsregulatorer

En serie spenningsregulator bruker et variabelt element plassert i serie med belastningen. Ved å endre motstanden til det serieelementet, kan spenningen som tappes over den endres. Og spenningen over belastningen forblir konstant.

Mengden strøm trukket brukes effektivt av lasten, dette er den største fordelen med serie spenningsregulator . Selv når lasten ikke krever strøm, trekker ikke serieregulatoren full strøm. Derfor er en serieregulator betydelig mer effektiv enn en shunt-spenningsregulator.

Shunt-spenningsregulatorer

En shunt spenningsregulator fungerer ved å tilveiebringe en bane fra forsyningsspenningen til bakken gjennom en variabel motstand. Strømmen gjennom shuntregulatoren har avledet vekk fra lasten og flyter ubrukelig til bakken, noe som gjør denne formen vanligvis mindre effektiv enn serieregulatoren. Det er imidlertid enklere, noen ganger består det bare av en spenningsreferansediode, og brukes i veldig lavt strømførende kretser hvor den bortkastede strømmen er for liten til å være bekymringsfull. Dette skjemaet er veldig vanlig for spenningsreferansekretser. En shuntregulator kan vanligvis bare synke (absorbere) strøm.

Søknader fra Shunt Regulators

Shuntregulatorer brukes i:

• Strømforsyninger med lav utgangsspenning
• Nåværende kilde- og vaskekretser
• Feilforsterkere
• Justerbar spenning eller strøm lineær og bytte Strømforsyninger
• Spenningsovervåking
• Analoge og digitale kretser som krever presisjonsreferanser
• Presisjonsstrømbegrensere

Bytte spenningsregulatorer

En bryteregulator slår en serieenhet raskt på og av. Bryterens driftssyklus angir mengden ladning som overføres til lasten. Dette styres av en tilbakemeldingsmekanisme som ligner på en lineær regulator. Bryteregulatorer er effektive fordi serieelementet enten er helt ledende eller slått av fordi det nesten ikke sprer strøm. Bryterregulatorer er i stand til å generere utgangsspenninger som er høyere enn inngangsspenningen eller med motsatt polaritet, i motsetning til lineære regulatorer.

Bryterspenningsregulatoren slås raskt på og av for å endre utgangen. Det krever en kontrolloscillator og lader også lagringskomponenter.

I en svitsjeregulator med pulsfrekvensmodulering som varierer frekvens, konstant driftssyklus og støyspektrum pålagt av PRM, er det vanskeligere å filtrere ut den støyen.

En bryteregulator med Pulsbreddemodulering , konstant frekvens, varierende driftssyklus, er effektiv og lett å filtrere ut støy.
I en bryterregulator faller kontinuerlig modusstrøm gjennom en induktor aldri til null. Den gir høyest utgangseffekt. Det gir bedre ytelse.

I en bryterregulator faller diskontinuerlig modusstrøm gjennom induktoren til null. Det gir bedre ytelse når utgangsstrømmen er lav.

Bytte topologier

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

Isolert

Den er basert på stråling og intense omgivelser. Igjen er isolerte omformere klassifisert i to typer som inkluderer følgende.

• Flyback-omformere
• Fremover konverterere

I de ovennevnte listede isolerte omformerne er diskutert i emnet for strømforsyning.

Ikke-isolasjon

Den er basert på små endringer i Vout / Vin. Eksempler er Step Up spenningsregulator (Boost) - Øker inngangsspenning Step Down (Buck) - senker inngangsspenning Step up / Step Down (boost / buck) Spenningsregulator - Senker eller hever eller inverterer inngangsspenningen avhengig av kontrolleren Ladepumpe - Det gir flere innganger uten å bruke en induktor.

Igjen klassifiseres ikke-isolerte omformere i forskjellige typer, men de viktigste er

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

Fordeler med å bytte topologi

De viktigste fordelene med å bytte strømforsyning er effektivitet, størrelse og vekt. Det er også en mer kompleks design, som er i stand til å håndtere høyere effektivitet. En koblingsspenningsregulator kan gi utgang, som er større enn eller mindre enn eller som inverterer inngangsspenningen.

Ulemper av bytte topologier

• Høyere utgangsspenningsspenning
• Langsom forbigående gjenopprettingstid
• EMI produserer veldig støyende utdata
• Veldig dyrt

Step-up bytter omformere også kalt boost bytter regulatorer, gir en høyere spenning utgang ved å øke inngangsspenningen. Utgangsspenningen er regulert, så lenge strømmen trekkes, er innenfor kretsens utgangseffektspesifikasjon. For å kjøre strenger av lysdioder brukes Step up Switching voltage regulator.

Trinn opp spenningsregulatorer

Anta tapfri krets Pin = Pout (inngangs- og utgangseffekten er den samme)

Så V_iJeg_i= V_uteJeg_ute,

Jeg_ute/ JEG_i= (1-D)

Fra dette er det utledet at i denne kretsen

• Kreftene forblir de samme
• Spenningen øker
• Strømmen avtar
• Tilsvarer DC-transformator

Gå ned (Buck) Spenningsregulator

Det senker inngangsspenningen.

Trinn ned spenningsregulatorer

Hvis inngangseffekt er lik utgangseffekt, da

P_i= P_uteV_iJeg_i= V_uteJeg_ute,

Jeg_ute/ JEG_i= V_i/ V_ute= 1 / D

Nedstigningsomformer tilsvarer DC-transformator der svingforholdet ligger i området 0-1.

Step Up / Step Down (Boost / Buck)

Det kalles også en spenningsomformer. Ved å bruke denne konfigurasjonen er det mulig å heve, senke eller invertere spenningen i henhold til kravet.

• Utgangsspenningen har motsatt polaritet til inngangen.
• Dette oppnås ved VL forspenende omvendt forspent diode i av-tidene, produserer strøm og lader kondensatoren for spenningsproduksjon i av-tidene.
• Ved å bruke denne typen bryterregulator kan 90% effektivitet oppnås.

Step Up / Step Down Voltage Regulators

Generatorspenningsregulatorer

Generatorer produserer strømmen som kreves for å oppfylle kjøretøyets elektriske krav når motoren går. Det fyller også på energien som brukes til å starte kjøretøyet. En generator har evnen til å produsere mer strøm ved lavere hastigheter enn DC-generatorene som en gang ble brukt av de fleste kjøretøyene. Generatoren har to deler

Generator spenningsregulator

Stator - Dette er en stasjonær komponent, som ikke beveger seg. Den inneholder et sett med elektriske ledere viklet i spoler over en jernkjerne.
Rotor / anker - Dette er den bevegelige komponenten som produserer et roterende magnetfelt ved hjelp av en av følgende tre måter: (i) induksjon (ii) permanente magneter (iii) ved hjelp av en exciter.

Elektronisk spenningsregulator

En enkel spenningsregulator kan lages fra en motstand i serie med en diode (eller en serie dioder). På grunn av den logaritmiske formen på diode V-I-kurver, endres spenningen over dioden bare litt på grunn av endringer i strømtrukket eller endringer i inngangen. Når presis spenningskontroll og effektivitet ikke er viktig, kan dette designet fungere bra.

Elektronisk spenningsregulator

Transistorspenningsregulator

Elektroniske spenningsregulatorer har en stabil spenningsreferansekilde som leveres av Zener-diode , som også er kjent som diode for omvendt sammenbruddsspenning. Den opprettholder en konstant DC utgangsspenning. AC-ringespenningen er blokkert, men filteret kan ikke blokkeres. Spenningsregulatoren har også en ekstra krets for kortslutningsbeskyttelse, og strømbegrensende krets, overspenningsbeskyttelse og termisk avstengning.

Grunnleggende parametere for spenningsregulatorer

• De grunnleggende parametrene som må vurderes når du bruker en spenningsregulator, inkluderer hovedsakelig i / p-spenning, o / p-spenning samt o / p-strøm. Generelt brukes alle disse parametrene hovedsakelig for å bestemme VR-typen topologi passer godt sammen eller ikke med brukerens IC.
• Andre parametere for denne regulatoren er byttefrekvens, hvilestrøm tilbakemelding spenning termisk motstand kan være aktuelt basert på kravet
• Hvilestrøm er betydelig når effektiviteten i standby-modus eller lysbelastning er hovedproblemet.
• Når bryterfrekvens er ansett som en parameter, kan utnyttelse av koblingsfrekvens føre til løsningene i et lite system. Dessuten kan den termiske motstanden være farlig for å bli kvitt varmen fra enheten, samt oppløse varmen fra systemet.
• Hvis kontrolleren har en MOSFET, deretter alle ledende så vel som dynamiske tap vil bli spredt i pakken og må vurderes når den maksimale temperaturen til regulatoren er målt.
• Den viktigste parameteren er tilbakemeldingsspenning da den bestemmer den mindre o / p-spenningen IC kan holde. Dette begrenser mindre o / p-spenning, og nøyaktigheten vil påvirke reguleringen av utgangsspenningen.

Hvordan velge riktig spenningsregulator?

• Nøkkelparametrene spiller en nøkkelrolle når du velger spenningsregulator av designeren som Vin, Vout, Iout, systemprioriteter osv. Noen ekstra nøkkelfunksjoner som muliggjør kontroll eller indikasjon på strøm.
• Når designeren har beskrevet disse nødvendighetene, bruk deretter en parametrisk søketabell for å oppdage det beste apparatet for å møte de foretrukne nødvendighetene.
• For designere er denne tabellen veldig verdifull fordi den gir flere funksjoner samt pakker som kan oppnås for å oppfylle de nødvendige parametrene for kravet til en designer.
• Enhetene til MPS er tilgjengelige med databladene som i detalj beskriver nødvendige eksterne deler, hvordan man måler verdiene for å få en stabil, effektiv design med høy ytelse.
• Dette databladet hjelper hovedsakelig til å måle verdiene til komponenter som kapasitans for utgang, tilbakemeldingsmotstand, o / p induktans, etc.
• Du kan også bruke noen simuleringsverktøy som MPSmart-programvaren / DC / DC Designer, etc. MPS gir forskjellige spenningsregulatorer en kompakt lineær rekke forskjellige effektive og byttetyper som MP171x-familien, HF500-x-familien, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 og MPQ2013-AEC1.

Begrensninger / ulemper

Begrensningene til spenningsregulatorer inkluderer følgende.

• En av hovedbegrensningene til spenningsregulatoren er at de er ineffektive på grunn av spredning av enorm strøm i noen applikasjoner
• Spenningsfallet til denne IC er lik a motstand spenningsfall. For eksempel når inngangen til spenningsregulatoren er 5V og genererer utgang som 3V, er spenningsfallet mellom de to terminalene 2V.
• Effektiviteten til regulatoren kan være begrenset til 3V eller 5V, noe som betyr at disse regulatorene er anvendbare med færre Vin / Vout-differensialer.
• I en hvilken som helst applikasjon er det veldig viktig å vurdere den forventede effektspredningen for en regulator, fordi når inngangsspenningene er høye, vil effektspredningen være høy, slik at det kan skade forskjellige komponenter på grunn av overoppheting.
• En annen begrensning er at de rett og slett er i stand til å konvertere dollar sammenlignet med byttetyper fordi disse regulatorene vil gi dollar og konvertering.
• Regulatorer som å bytte type er effektive, men de har noen ulemper som kostnadseffektivitet sammenlignet med lineære regulatorer, mer komplekse, store og kan generere mer støy hvis de ytre komponentene ikke velges med forsiktighet.

Dette handler om forskjellige typer spenningsregulatorer og deres arbeidsprinsipp. Vi tror at informasjonen i denne artikkelen er nyttig for deg for en bedre forståelse av dette konseptet. Videre, for spørsmål angående denne artikkelen eller hjelp til implementering elektriske og elektroniske prosjekter , kan du nærme oss ved å kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg - Hvor skal vi bruke en generator spenningsregulator?