Çalışma Prensibine Sahip Farklı Tip Voltaj Regülatörleri

Güç kaynağında voltaj regülatörleri önemli bir rol oynar. Yani tartışmaya gitmeden önce Voltaj regülatörü , bir sistemi tasarlarken güç kaynağının rolünün ne olduğunu bilmeliyiz. Örneğin, akıllı telefon, kol saati, bilgisayar veya dizüstü bilgisayar gibi çalışan herhangi bir sistemde güç kaynağı, sistemin iç bileşenlerine tutarlı, güvenilir ve sürekli besleme sağladığı için baykuş sistemini çalıştırmak için önemli bir parçadır. Elektronik cihazlarda, güç kaynağı, devrelerin düzgün çalışması için kararlı ve düzenlenmiş bir güç sağlar. Güç kaynağı kaynakları, şebeke prizlerinden gelen AC güç kaynağı ve pillerden gelen DC güç kaynağı gibi iki türdür. Bu nedenle, bu makale farklı voltaj regülatörlerine ve bunların çalışmasına genel bir bakışı tartışmaktadır.

Voltaj Regülatörü nedir?

Voltaj seviyelerini düzenlemek için bir voltaj regülatörü kullanılır. Sabit, güvenilir bir voltaja ihtiyaç duyulduğunda, voltaj regülatörü tercih edilen cihazdır. Giriş voltajındaki veya yük koşullarındaki herhangi bir değişiklik için sabit kalan sabit bir çıkış voltajı üretir. Bileşenleri hasarlardan korumak için tampon görevi görür. Bir Voltaj regülatörü basit bir ileri beslemeli tasarıma sahip bir cihazdır ve negatif geri besleme kontrol döngüleri kullanır.

Voltaj regülatörü

Esas olarak iki tip voltaj regülatörü vardır: Doğrusal voltaj regülatörleri ve anahtarlamalı voltaj regülatörleri, bunlar daha geniş uygulamalarda kullanılır. Doğrusal voltaj regülatörü, en kolay voltaj regülatörü türüdür. Kompakt ve düşük güçlü, alçak gerilim sistemlerinde kullanılan iki tipi mevcuttur. Farklı voltaj regülatörlerini tartışalım.

voltaj regülatöründe kullanılan ana bileşenler vardır

• Geri Besleme Devresi
• Kararlı Referans Gerilimi
• Geçiş Elemanı Kontrol Devresi

Yukarıdaki üç yöntemi kullanarak voltaj regülasyon süreci çok kolaydır. bileşenleri . Voltaj regülatörünün bir geri besleme devresi gibi birinci bileşeni, DC voltaj çıkışındaki değişiklikleri tespit etmek için kullanılır. Referans voltajına ve geri beslemeye bağlı olarak, bir kontrol sinyali üretilebilir ve değişiklikleri ödemesi için Geçiş Elemanını çalıştırır.

Burada, geçiş elemanı bir tür katı haldir yarı iletken cihaz BJT transistörüne benzer, PN-Bağlantı Diyotu, aksi takdirde bir MOSFET. Şimdi, DC çıkış voltajı yaklaşık olarak sabit tutulabilir.

Voltaj Regülatörünün Çalışması

Bir voltaj regülatör devresi, giriş voltajı aksi halde yük koşulları değiştiğinde bile kalıcı bir çıkış voltajı oluşturmak ve sürdürmek için kullanılır. Voltaj regülatörü, voltajı bir güç kaynağından alır ve geri kalan ile çok uyumlu bir aralıkta tutulabilir. elektrik parçaları . En yaygın olarak bu regülatörler DC / DC güç, AC / AC, aksi takdirde AC / DC dönüştürmek için kullanılır.

Voltaj Regülatör Çeşitleri ve Çalışmaları

Bu düzenleyiciler aracılığıyla uygulanabilir Entegre devreler veya ayrık bileşen devreleri. Voltaj regülatörleri, doğrusal voltaj regülatörü ve anahtarlamalı voltaj regülatörü olmak üzere iki türe ayrılır. Bu regülatörler esas olarak bir sistemin voltajını düzenlemek için kullanılır, ancak lineer regülatörler düşük verimlilikle ve yüksek verimlilikle çalışan anahtarlamalı regülatörlerle çalışır. Yüksek verimli regülatörleri anahtarlarken, i / p gücünün çoğu, dağıtılmadan o / p'ye iletilebilir.

Voltaj Regülatör Çeşitleri

Temel olarak iki tip Voltaj regülatörü vardır: Doğrusal voltaj regülatörü ve Anahtarlamalı voltaj regülatörü.

• İki tür Doğrusal voltaj regülatörü vardır: Seri ve Şönt.
• Üç tür Anahtarlamalı voltaj regülatörü vardır: Yükseltme, Azaltma ve İnvertör voltaj regülatörleri.

Doğrusal Voltaj Regülatörleri

Doğrusal regülatör, voltaj bölücü görevi görür. Ohmik bölgede FET kullanır. Voltaj regülatörünün direnci yüke göre değişir ve bu da sabit çıkış voltajıyla sonuçlanır. Doğrusal voltaj regülatörleri, güç kaynaklarını düzenlemek için kullanılan orijinal regülatör türüdür. Bu tür bir regülatörde, aktif geçiş elemanının değişken iletkenliği bir MOSFET veya bir BJT çıkış voltajını değiştirmekten sorumludur.

Bir yük bir kez birleştirildiğinde, herhangi bir girdideki değişiklikler, aksi takdirde yük, çıktının sabit kalmasını sağlamak için transistör boyunca akımda bir farka neden olacaktır. Transistörün akımını değiştirmek için, aktif bir Ohmik bölgede çalışılmalıdır.

Bu prosedür boyunca, bu tür bir regülatör çok fazla güç harcar çünkü net voltaj, ısı gibi dağıtmak için transistörün içine düşer. Genel olarak, bu düzenleyiciler farklı kategorilere ayrılmıştır.

• Pozitif Ayarlanabilir
• Negatif Ayarlanabilir
• Sabit Çıktı
• Takip
• Yüzer

Avantajlar

doğrusal voltaj regülatörünün avantajları aşağıdakileri dahil edin.

• Düşük çıkış dalgalanma voltajı verir
• Yüklemeye veya hat değişikliklerine hızlı yanıt süresi
• Düşük elektromanyetik girişim ve daha az gürültü

Dezavantajları

doğrusal voltaj regülatörünün dezavantajları aşağıdakileri dahil edin.

• Verimlilik çok düşük
• Geniş alan gerektirir - soğutucu gereklidir
• Girişin üzerindeki voltaj artırılamaz

Seri Voltaj Regülatörleri

Seri voltaj regülatörü, yük ile seri olarak yerleştirilmiş değişken bir eleman kullanır. Bu seri elemanın direncini değiştirerek, üzerine düşen voltaj değiştirilebilir. Ve yük boyunca voltaj sabit kalır.

Çekilen akım miktarı yük tarafından etkin bir şekilde kullanılır, bu, ana avantajı seri voltaj regülatörü . Yükün herhangi bir akım gerektirmediği durumlarda bile, seri regülatör tam akım çekmez. Bu nedenle, bir seri regülatör, bir şönt voltaj regülatöründen çok daha verimlidir.

Şönt Voltaj Regülatörleri

Bir şant voltaj regülatörü işleri besleme voltajından toprağa değişken bir dirençle bir yol sağlayarak. Şönt regülatörden geçen akım, yükten uzaklaştı ve işe yaramaz bir şekilde zemine aktı, bu da bu formu genellikle seri regülatörden daha az verimli hale getirdi. Bununla birlikte, daha basittir, bazen sadece bir voltaj referans diyotundan oluşur ve boşa harcanan akımın endişe verici olamayacak kadar küçük olduğu çok düşük güçlü devrelerde kullanılır. Bu form, voltaj referans devreleri için çok yaygındır. Bir şönt regülatörü genellikle yalnızca akımı emebilir (emebilir).

Şönt Regülatörlerin Uygulamaları

Şönt regülatörleri şu alanlarda kullanılır:

• Düşük Çıkış Gerilimi Anahtarlamalı Güç Kaynakları
• Akım Kaynağı ve Sink Devreleri
• Hata Yükselteçleri
• Ayarlanabilir Gerilim veya Akım Doğrusal ve Anahtarlama Güç kaynakları
• Gerilim İzleme
• Hassas referanslar gerektiren Analog ve Dijital Devreler
• Hassas akım sınırlayıcıları

Anahtarlamalı Voltaj Regülatörleri

Bir anahtarlama regülatörü, seri bir cihazı hızlı bir şekilde açar ve kapatır. Anahtarın görev döngüsü, yüke aktarılan şarj miktarını ayarlar. Bu, doğrusal bir regülatöre benzer bir geri bildirim mekanizması ile kontrol edilir. Anahtarlama regülatörleri verimlidir, çünkü seri eleman neredeyse hiç güç dağıtmadığı için ya tamamen iletken ya da kapatılmıştır. Anahtarlama regülatörleri, lineer regülatörlerin aksine, giriş voltajından daha yüksek veya ters polaritede çıkış voltajları üretebilirler.

Anahtarlamalı voltaj regülatörü, çıkışı değiştirmek için hızla açılır ve kapanır. Bir kontrol osilatörü gerektirir ve ayrıca depolama bileşenlerini şarj eder.

Darbe Hızı Modülasyonu değişken frekanslı, sabit görev döngüsü ve PRM tarafından uygulanan gürültü spektrumu değişkenli bir anahtarlama regülatöründe, bu gürültüyü filtrelemek daha zordur.

Bir anahtarlama regülatörü Darbe Genişliği Modülasyonu sabit frekans, değişen görev döngüsü, verimlidir ve gürültüyü filtrelemesi kolaydır.
Bir anahtarlama regülatöründe, bir indüktörden geçen sürekli mod akımı asla sıfıra düşmez. En yüksek çıkış gücüne izin verir. Daha iyi performans verir.

Anahtarlamalı bir regülatörde, indüktörden geçen kesintili mod akımı sıfıra düşer. Çıkış akımı düşük olduğunda daha iyi performans verir.

Topolojileri Değiştirme

İki tür topolojiye sahiptir: Dielektrik izolasyon ve İzolasyonsuz.

Yalıtılmış

Radyasyon ve yoğun ortamlara dayanmaktadır. Yine, izole edilmiş dönüştürücüler, aşağıdakileri içeren iki türe ayrılır.

• Flyback Dönüştürücüler
• İleri Dönüştürücüler

Yukarıda listelenen izole dönüştürücüler, anahtarlamalı güç kaynağı konusunda tartışılmaktadır.

İzolasyonsuz

Vout / Vin'deki küçük değişikliklere dayanmaktadır. Örnekler şunlardır: Step Up voltaj regülatörü (Boost) - Giriş voltajını yükseltir Step Down (Buck) - giriş voltajını düşürür Step up / Step Down (boost / buck) Voltaj regülatörü - Denetleyiciye bağlı olarak giriş voltajını düşürür veya yükseltir veya tersine çevirir Şarj pompası - Bir indüktör kullanmadan çok sayıda giriş sağlar.

Yine, izole edilmemiş dönüştürücüler farklı türlerde sınıflandırılır, ancak önemli olanlar

• Buck Dönüştürücü veya Düşürücü Voltaj Regülatörü
• Yükseltici Dönüştürücü veya Yükseltme Voltaj Regülatörü
• Buck veya Boost Dönüştürücü

Anahtarlama Topolojilerinin Avantajları

Anahtarlamalı bir güç kaynağının temel avantajları verimlilik, boyut ve ağırlıktır. Aynı zamanda, daha yüksek güç verimliliği ile başa çıkabilen daha karmaşık bir tasarımdır. Bir anahtarlamalı voltaj regülatörü, giriş voltajından daha büyük veya daha küçük olan veya giriş voltajını tersine çeviren çıktı sağlayabilir.

Dezavantajları Anahtarlama Topolojileri

• Daha yüksek çıkış dalgalanma voltajı
• Daha yavaş geçici iyileşme süresi
• EMI çok gürültülü çıktı üretir
• Çok pahalı

Yükseltme anahtarlama regülatörleri olarak da adlandırılan yükseltici anahtarlama dönüştürücüler, giriş voltajını yükselterek daha yüksek bir voltaj çıkışı sağlar. Güç, devrenin çıkış gücü spesifikasyonu dahilinde çekildiği sürece çıkış voltajı düzenlenir. LED dizilerini sürmek için, Yükseltme Anahtarlama voltaj regülatörü kullanılır.

Step Up Voltaj Regülatörleri

Kayıpsız devrenin Pin = Pout olduğunu varsayın (giriş ve çıkış güçleri aynıdır)

Sonra V_içindeben_içinde= V_dışarıben_dışarı,

ben_dışarı/ BEN_içinde= (1-B)

Bundan, bu devrede olduğu anlaşılıyor

• Yetkiler aynı kalır
• Voltaj artar
• Mevcut düşüşler
• DC transformatöre eşdeğer

Step Down (Buck) Voltaj Regülatörü

Giriş voltajını düşürür.

Kademeli Voltaj Regülatörleri

Giriş gücü çıkış gücüne eşitse, o zaman

P_içinde= P_dışarıV_içindeben_içinde= V_dışarıben_dışarı,

ben_dışarı/ BEN_içinde= V_içinde/ V_dışarı= 1 / G

Kademeli dönüştürücü, dönüş oranının 0-1 aralığında olduğu DC transformatörüne eşdeğerdir.

Adım Yukarı / Adım Aşağı (Boost / Buck)

Ayrıca Gerilim çevirici olarak da adlandırılır. Bu konfigürasyonu kullanarak, ihtiyaca göre voltajı yükseltmek, düşürmek veya tersine çevirmek mümkündür.

• Çıkış voltajı, girişin ters polaritesindedir.
• Bu, kapalı zamanlarında VL ileri-önyargılı ters-taraflı diyot ile elde edilir, akım üretilir ve kapalı zamanlarda voltaj üretimi için kondansatör şarj edilir.
• Bu tip anahtarlama regülatörü kullanılarak% 90 verimlilik elde edilebilir.

Step Up / Step Down Voltaj Regülatörleri

Alternatör Voltaj Regülatörleri

Alternatörler, motor çalışırken bir aracın elektrik taleplerini karşılamak için gereken akımı üretir. Ayrıca aracı çalıştırmak için kullanılan enerjiyi de yeniler. Bir alternatör, bir zamanlar çoğu araç tarafından kullanılan DC jeneratörlerinden daha düşük hızlarda daha fazla akım üretme kabiliyetine sahiptir. Alternatörün iki parçası vardır

Alternatör Voltaj Regülatörü

Stator - Bu, hareket etmeyen sabit bir bileşendir. Bir demir çekirdek üzerine bobinlere sarılmış bir dizi elektrik iletkeni içerir.
Rotor / Armatür - Bu, aşağıdaki üç yoldan herhangi biri ile dönen bir manyetik alan üreten hareketli bileşendir: (i) indüksiyon (ii) kalıcı mıknatıslar (iii) bir uyarıcı kullanarak.

Elektronik Voltaj Regülatörü

Basit bir voltaj regülatörü, bir diyotla (veya bir dizi diyotla) seri olarak bir dirençten yapılabilir. Diyot V-I eğrilerinin logaritmik şekli nedeniyle, diyot üzerindeki voltaj, çekilen akımdaki değişiklikler veya girişteki değişiklikler nedeniyle yalnızca biraz değişir. Hassas voltaj kontrolü ve verimliliği önemli olmadığında, bu tasarım iyi çalışabilir.

Elektronik Voltaj Regülatörü

Transistör Voltaj Regülatörü

Elektronik voltaj regülatörleri, cihaz tarafından sağlanan kararsız voltaj referans kaynağına sahiptir. Zener diyot ters arıza gerilimi çalışma diyotu olarak da bilinir. Sabit bir DC çıkış voltajı sağlar. AC dalgalanma voltajı bloke edilir, ancak filtre bloke edilemez. Voltaj regülatörü ayrıca kısa devre koruması ve akım sınırlama devresi, aşırı voltaj koruması ve termal kapatma için ekstra bir devreye sahiptir.

Voltaj Regülatörlerinin Temel Parametreleri

• Bir voltaj regülatörünü çalıştırırken dikkate alınması gereken temel parametreler, esas olarak i / p voltajı, o / p voltajı ve ayrıca o / p akımını içerir. Genel olarak, tüm bu parametreler esas olarak VR tipini belirlemek için kullanılır. topoloji bir kullanıcının IC'siyle iyi eşleşir veya eşleşmez.
• Bu regülatörün diğer parametreleri anahtarlama frekansıdır, hareketsiz akım geri besleme voltajı termal direnci ihtiyaca göre uygulanabilir
• Bekleme modları boyunca verimlilik veya hafif yük ana sorun olduğunda, durgun akım önemlidir.
• Anahtarlama frekansı bir parametre olarak kabul edildiğinde, anahtarlama frekansından yararlanmak küçük bir sistemin çözümlerine yol açabilir. Ayrıca, ısıl direnç, cihazdaki ısıdan kurtulmanın yanı sıra sistemdeki ısıyı çözmek için tehlikeli olabilir.
• Denetleyicide bir MOSFET varsa, daha sonra tüm iletken ve dinamik kayıplar paket içinde dağılacaktır ve regülatörün en yüksek sıcaklığı ölçüldükten sonra dikkate alınmalıdır.
• En önemli parametre geri besleme voltajıdır çünkü IC'nin tutabileceği daha az o / p voltajına karar verir. Bu, daha düşük o / p voltajını sınırlar ve doğruluk, çıkış voltajının düzenlenmesini etkileyecektir.

Doğru Voltaj Regülatörü Nasıl Seçilir?

• Vin, Vout, Iout, sistem öncelikleri, vb. Gibi tasarımcı tarafından voltaj regülatörünü seçerken anahtar parametreler önemli bir rol oynar. Kontrolü etkinleştirme veya güç tüketimi göstergesi gibi bazı ekstra anahtar özellikler.
• Tasarımcı bu gereksinimleri tanımladığında, tercih edilen gereksinimleri karşılayacak en iyi aparatı keşfetmek için bir parametrik arama tablosu kullanın.
• Tasarımcılar için bu tablo çok değerlidir, çünkü bir tasarımcının gereksinimi için gerekli parametreleri karşılamak üzere elde edilebilen paketlerin yanı sıra çeşitli özellikler de sağlar.
• MPS cihazları, yüksek performanslı, istikrarlı, verimli bir tasarım elde etmek için gerekli harici parçaları, değerlerinin nasıl ölçüleceğini ayrıntılı olarak açıklayan veri sayfaları ile birlikte mevcuttur.
• Bu veri sayfası esas olarak çıktı kapasitesi, geri besleme direnci, o / p endüktansı vb. Gibi bileşenlerin değerlerinin ölçülmesine yardımcı olur.
• Ayrıca, MPSmart yazılımı / DC / DC Designer, vb. Gibi bazı simülasyon araçlarından da yararlanabilirsiniz. MPS, MP171x ailesi, HF500-x ailesi, MPQ4572-AEC1 gibi kompakt doğrusal, çeşitli verimli ve anahtarlama türleri ile farklı voltaj regülatörleri sağlar. , MP28310, MP20056 ve MPQ2013-AEC1.

Sınırlamalar / Dezavantajlar

Voltaj regülatörlerinin sınırlamaları aşağıdakileri içerir.

• Voltaj regülatörünün ana sınırlamalarından biri, bazı uygulamalarda büyük akımın dağılması nedeniyle verimsiz olmalarıdır.
• Bu IC'nin voltaj düşüşü şuna benzer direnç gerilim düşümü. Örneğin, voltaj regülatörünün girişi 5V olduğunda ve 3V gibi çıkış ürettiğinde, iki terminal arasındaki voltaj düşüşü 2V'dir.
• Regülatörün verimliliği 3V veya 5V ile sınırlandırılabilir, bu da bu regülatörlerin daha az Vin / Vout diferansiyeli ile uygulanabileceği anlamına gelir.
• Herhangi bir uygulamada, bir regülatör için beklenen güç dağılımını dikkate almak çok önemlidir, çünkü giriş voltajları yüksek olduğunda güç kaybı yüksek olacaktır, bu nedenle aşırı ısınma nedeniyle farklı bileşenlere zarar verebilir.
• Diğer bir sınırlama, anahtarlama türlerine kıyasla basitçe para dönüşümü yapabilmeleridir, çünkü bu düzenleyiciler getiri ve dönüşüm sağlayacaktır.
• Anahtarlama türü gibi düzenleyiciler oldukça verimlidir, ancak doğrusal tip düzenleyicilere kıyasla maliyet etkinliği, daha karmaşık, büyük boyut gibi bazı dezavantajları vardır ve dış bileşenleri dikkatli seçilmezse daha fazla gürültü üretebilirler.

Bu tamamen farklı türlerde voltaj regülatörleri ve çalışma prensipleri. Bu yazıda verilen bilgilerin, bu kavramı daha iyi anlamanız için size yardımcı olduğuna inanıyoruz. Ayrıca, bu makaleyle ilgili herhangi bir sorunuz veya uygulama konusunda herhangi bir yardım için elektrik ve elektronik projeleri aşağıdaki yorum bölümünde yorum yaparak bize ulaşabilirsiniz. İşte size bir soru - Alternatör voltaj regülatörünü nerede kullanacağız?