Virtalähteessä jännitesäätimillä on keskeinen rooli. Joten ennen menemään keskustelemaan a jännitteensäädin , meidän on tiedettävä, mikä on virtalähteen rooli järjestelmää suunniteltaessa ?. Esimerkiksi missä tahansa toimivassa järjestelmässä, kuten älypuhelimessa, rannekellossa, tietokoneessa tai kannettavassa tietokoneessa, virtalähde on tärkeä osa pöllöjärjestelmän toimintaa, koska se tarjoaa johdonmukaisen, luotettavan ja jatkuvan syötön järjestelmän sisäosiin. Elektroniikkalaitteissa virtalähde tarjoaa vakaan ja säännellyn virran, jotta piirit toimivat kunnolla. Virtalähteet ovat kahta tyyppiä, kuten verkkovirtalähde, joka saa virtalähteistä, ja tasavirta, joka saadaan paristoista. Joten tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta erityyppisistä jännitesäätimistä ja niiden toiminnasta.

Mikä on jännitesäädin?

Jännitesäätäjää käytetään jännitetasojen säätämiseen. Kun tarvitaan vakaa ja luotettava jännite, jännitteen säädin on suositeltava laite. Se tuottaa kiinteän lähtöjännitteen, joka pysyy vakiona tulojännitteen tai kuormitusolosuhteiden muutoksille. Se toimii puskurina komponenttien suojaamiseksi vaurioilta. A jännitteensäädin on laite, jolla on yksinkertainen eteenpäin suuntautuva muotoilu ja se käyttää negatiivisen palautteen ohjaussilmukoita.

Jännitteensäädin

Jännitesäätimiä on pääasiassa kahta tyyppiä: Lineaariset jännitesäätimet ja kytkentäjännitesäätimet, joita käytetään laajemmissa sovelluksissa. Lineaarinen jännitesäädin on helpoin jännitesäätimen tyyppi. Sitä on saatavana kahta tyyppiä, jotka ovat pienikokoisia ja joita käytetään pienitehoisissa pienjänniteverkoissa. Keskustelkaamme erityyppisistä jännitesäätimistä.

jännitteen säätimessä käytetyt pääkomponentit ovat

Palaute piiri
Vakaa referenssijännite
Ohita elementin ohjauspiiri

Jännitteen säätöprosessi on erittäin helppoa käyttämällä yllä olevia kolmea komponentit . Jännitesäätimen ensimmäistä komponenttia, kuten takaisinkytkentäpiiriä, käytetään havaitsemaan muutokset tasajännitelähdössä. Referenssijännitteen ja palautteen perusteella voidaan luoda ohjaussignaali, joka ohjaa Pass-elementtiä maksamaan muutokset.

Tässä pass-elementti on eräänlainen kiinteä tila puolijohdelaite samanlainen kuin BJT-transistori, PN-liitosdiodi muuten MOSFET. DC-lähtöjännite voidaan nyt pitää suunnilleen vakaana.

Jännitesäätimen toiminta

Jännitteen säätöpiiriä käytetään pysyvän lähtöjännitteen luomiseen ja ylläpitämiseen, vaikka tulojännite muuten muuttuisi kuormitusolosuhteita. Jännitesäädin saa jännitteen virtalähteestä ja sitä voidaan pitää alueella, joka sopii hyvin jäljellä olevaan sähkökomponentit . Yleensä näitä säätimiä käytetään DC / DC-tehon muuntamiseen, AC / AC muuten AC / DC.

Jännitesäätimien tyypit ja niiden toiminta

Nämä sääntelyviranomaiset voidaan toteuttaa integroidut piirit tai erilliset komponenttipiirit. Jännitteen säätimet luokitellaan kahteen tyyppiin, nimittäin lineaariseen jännitteen säätimeen ja kytkentäjännitteen säätimeen. Näitä säätimiä käytetään pääasiassa järjestelmän jännitteen säätämiseen, mutta lineaariset säätimet toimivat alhaisella tehokkuudella samoin kuin kytkentäsäätimet, jotka toimivat korkean hyötysuhteen kautta. Korkean hyötysuhteen säätimissä suurin osa i / p-tehosta voidaan siirtää o / p: lle ilman hajaantumista.

Jännitesäätimien tyypit

Periaatteessa on olemassa kahden tyyppisiä jännitteen säätimiä: lineaarinen jännitteen säädin ja kytkentäjännitteen säädin.

Lineaarisia jännitesäätimiä on kahta tyyppiä: sarja ja shuntti.
Kytkentäjännitesäätimiä on kolmen tyyppisiä: asteittainen, asteellinen ja invertterijännitesäätimet.

Lineaariset jännitesäätimet

Lineaarinen säädin toimii jännitteenjakajana. Ohmialueella se käyttää FET-tekniikkaa. Jännitteen säätimen vastus vaihtelee kuormituksesta johtaen vakiolähtöjännitteeseen. Lineaariset jännitesäätimet ovat alkuperäisiä säätimiä, joita käytetään virtalähteiden säätämiseen. Tällaisessa säätimessä aktiivisen ohituselementin, kuten a MOSFET tai BJT on vastuussa lähtöjännitteen muuttamisesta.

Kun kuormitus on liitetty, muutokset missä tahansa tulossa muuten johtavat virran eroon koko transistorissa, jotta lähtö pysyy vakiona. Transistorin virran muuttamiseksi sitä tulisi käyttää aktiivisella muuten ohmisella alueella.

Koko tämän menettelyn ajan tällainen säädin haihtaa paljon tehoa, koska nettojännite putoaa transistorin sisään haihtumaan kuten lämpö. Nämä sääntelyviranomaiset luokitellaan yleensä eri luokkiin.

Positiivisesti säädettävä
Negatiivinen säädettävä
Kiinteä lähtö
Seuranta
Kelluva

Edut

lineaarisen jännitesäätimen edut Sisällytä seuraavat.

Antaa matalan lähtöjännitteen
Nopea vasteaika lataamiseen tai linjan muutoksiin
Matala sähkömagneettinen häiriö ja vähemmän melua

Haitat

lineaarisen jännitesäätimen haitat Sisällytä seuraavat.

Tehokkuus on hyvin heikko
Vaatii paljon tilaa - jäähdytyselementti tarvitaan
Tulon yläpuolella olevaa jännitettä ei voida nostaa

Sarjan jännitesäätimet

Sarjajännitesäädin käyttää muuttuvaa elementtiä, joka on asetettu sarjaan kuorman kanssa. Muuttamalla kyseisen sarjaelementin vastusta sen yli pudotettua jännitettä voidaan muuttaa. Ja kuorman jännite pysyy vakiona.

Kuormitus käyttää tehokkaasti vedetyn virran määrää, mikä on virran suurin etu sarjan jännitesäädin . Vaikka kuormitus ei vaadi virtaa, sarjasäädin ei ota täyttä virtaa. Siksi sarjasäädin on huomattavasti tehokkaampi kuin shunttijännitesäädin.

Shunt-jännitteen säätimet

Shuntti jännitteen säädin toimii tarjoamalla polku syöttöjännitteestä maahan vaihtelevan vastuksen kautta. Shunt-säätimen läpi kulkeva virta on siirtynyt pois kuormasta ja virtaa turhaan maahan, mikä tekee tästä muodosta yleensä vähemmän tehokkaan kuin sarja-säädin. Se on kuitenkin yksinkertaisempi, joskus koostuu vain jännite-vertailudiodista, ja sitä käytetään hyvin pienitehoisissa piireissä, joissa hukkavirta on liian pieni huolestuttavaksi. Tämä muoto on hyvin yleinen jännitteen vertailupiireille. Shunt-säädin voi yleensä vain upottaa (absorboida) virtaa.

Shunt-säätimien sovellukset

“miten kommutaattori toimii ”

Shunt-säätimiä käytetään:

Pienen lähtöjännitteen kytkentävirtalähteet
Nykyiset lähde- ja pesuallapiirit
Virhevahvistimet
Säädettävä jännite tai nykyinen lineaarinen ja kytkentä Virtalähteet
Jännitteen valvonta
Analogiset ja digitaaliset piirit, jotka vaativat tarkkoja viitteitä
Tarkkuusvirranrajoittimet

Kytkentäjännitesäätimet

Kytkentäsäädin kytkee sarjalaitteen nopeasti päälle ja pois päältä. Kytkimen käyttöjakso määrittää kuormalle siirretyn latauksen määrän. Tätä ohjataan takaisinkytkentämekanismilla, joka on samanlainen kuin lineaarisen säätimen. Kytkentäsäätimet ovat tehokkaita, koska sarjaelementti on joko täysin johtava tai kytketty pois päältä, koska se ei kuluta melkein mitään virtaa. Kytkentäsäätimet pystyvät tuottamaan lähtöjännitteitä, jotka ovat suurempia kuin tulojännite tai päinvastaiset, toisin kuin lineaariset säätimet.

Kytkentäjännitesäädin kytkeytyy päälle ja pois päältä muuttamaan lähtöä. Se vaatii ohjausoskillaattorin ja lataa myös varastointikomponentteja.

Kytkentäsäätimessä, jossa pulssin modulaatio vaihtelee taajuuden, vakiotoimintajakson ja PRM: n asettaman melupektrin välillä, on vaikeampi suodattaa tätä kohinaa.

Kytkentäsäädin Pulssinleveysmodulaatio , vakiotaajuinen, vaihteleva käyttöjakso, on tehokas ja helppo suodattaa pois melua.
Kytkentäsäätimessä induktorin läpi kulkeva jatkuvatoiminen virta ei koskaan putoa nollaan. Se sallii suurimman lähtötehon. Se antaa paremman suorituskyvyn.

Kytkentäsäätimessä epäjatkuvan tilan virta induktorin läpi putoaa nollaan. Se antaa paremman suorituskyvyn, kun lähtövirta on matala.

Topologioiden vaihtaminen

Sillä on kahden tyyppisiä topologioita: dielektrinen eristäminen ja eristäminen.

Eristetty

Se perustuu säteilyyn ja voimakkaisiin ympäristöihin. Eristetyt muuntimet luokitellaan jälleen kahteen tyyppiin, jotka sisältävät seuraavat.

Flyback-muuntimet
Eteenpäin muuntimet

Edellä luetelluissa eristetyissä muuntimissa käsitellään kytkentäisen virtalähteen aihetta.

Eristäminen

Se perustuu pieniin muutoksiin Vout / Vin. Esimerkkejä ovat Step Up -jännitesäädin (Boost) - nostaa tulojännitettä Down Down (Buck) - laskee tulojännitettä Step up / Step Down (boost / buck) Jännitteen säädin - laskee, nostaa tai kääntää tulojännitettä ohjaimen mukaan Latauspumppu - Se tarjoaa useita tuloja ilman kelaa.

Jälleen eristämättömät muuntimet luokitellaan erityyppisiin, mutta merkittävät ovat

Buck Converter tai Step-down -jännitesäädin
Boost Converter tai tehostettava jännitteen säädin
Buck tai Boost Converter

Topologioiden vaihtamisen edut

Kytkentävirtalähteen tärkeimmät edut ovat tehokkuus, koko ja paino. Se on myös monimutkaisempi muotoilu, joka pystyy käsittelemään suurempaa energiatehokkuutta. Kytkentäjännitesäädin voi tuottaa lähdön, joka on suurempi tai pienempi tai kääntää tulojännitteen.

Haitat topologioiden vaihtamisesta

Suurempi lähtöjännite
Hitaampi ohimenevä toipumisaika
EMI tuottaa erittäin meluisaa lähtöä
Erittäin kallis

Vaihekytkentämuuntimet, joita kutsutaan myös tehokytkennän säätimiksi, tarjoavat suuremman jännitteen lähdön nostamalla tulojännitettä. Lähtöjännitettä säädetään, kunhan teho otetaan piirin lähtötehomäärittelyjen rajoissa. LEDien merkkijonojen käyttämiseen käytetään Step up Switching -jännitesäätäjää.

Tehosta jännitteen säätimiä

Oletetaan, että häviötön piiri Tappi = Pout (tulo- ja lähtötehot ovat samat)

Sitten V_sisäänMinä_sisään= V_ulosMinä_ulos,

Minä_ulos/ I_sisään= (1-D)

Tästä päätellään, että tässä piirissä

Valtuudet pysyvät samana
Jännite kasvaa
Virta pienenee
Vastaa DC-muuntajaa

Astu alas (Buck) jännitesäädin

Se laskee tulojännitettä.

Astu alas jännitteen säätimet

Jos tuloteho on yhtä suuri kuin lähtöteho, niin

P_sisään= P_ulosV_sisäänMinä_sisään= V_ulosMinä_ulos,

Minä_ulos/ I_sisään= V_sisään/ V_ulos= 1 / D

Pienennetty muunnin vastaa tasavirtamuuntajaa, jossa kierrosluku on välillä 0-1.

Astu ylös / astu alas (Boost / Buck)

Sitä kutsutaan myös jännitemuuntajaksi. Tätä kokoonpanoa käyttämällä on mahdollista nostaa, laskea tai kääntää jännitettä vaatimuksen mukaisesti.

Lähtöjännite on päinvastainen napaisuus.
Tämä saavutetaan VL: n eteenpäin suuntautuvalla taaksepäin esijännitetyllä diodilla sammutusaikojen aikana, tuottamalla virtaa ja lataamalla kondensaattori jännitteen tuottamiseksi sammutusaikojen aikana
Käyttämällä tämän tyyppistä kytkinsäätölaitetta voidaan saavuttaa 90%: n hyötysuhde.

Jatka jännitteen säätimiä

Laturin jännitesäätimet

Laturit tuottavat virran, joka tarvitaan ajoneuvon sähkövaatimusten täyttämiseen moottorin käydessä. Se täydentää myös energiaa, jota käytetään ajoneuvon käynnistämiseen. Laturilla on kyky tuottaa enemmän virtaa pienemmillä nopeuksilla kuin tasavirta-generaattorit, joita aikoinaan käytti suurin osa ajoneuvoista. Laturissa on kaksi osaa

Laturin jännitteen säädin

Staattori - Tämä on kiinteä komponentti, joka ei liiku. Se sisältää joukon sähköjohtimia, jotka on kääritty keloihin raudan sydämen yli.
Roottori / ankkuri - Tämä on liikkuva komponentti, joka tuottaa pyörivän magneettikentän jollakin seuraavista kolmesta tavasta: (i) induktio (ii) kestomagneetit (iii) käyttämällä herätettä.

Elektroninen jännitesäädin

Yksinkertainen jännitesäädin voidaan valmistaa vastuksesta sarjaan diodin (tai diodisarjan) kanssa. Diodin V-I käyrien logaritmisen muodon vuoksi diodin poikki oleva jännite muuttuu vain vähän johtuen vedetyn virran tai tulon muutoksista. Kun tarkka jännitteen hallinta ja tehokkuus eivät ole tärkeitä, tämä muotoilu voi toimia hyvin.

Elektroninen jännitesäädin

Transistorin jännitteen säädin

Elektronisilla jännitesäätimillä on vakaa jännitteen vertailulähde, jonka tarjoaa Zener-diodi , joka tunnetaan myös nimellä käänteisen rikkoutumisen jännitteen toimintadiodi. Se ylläpitää tasaista DC-lähtöjännitettä. AC-aaltoilujännite on estetty, mutta suodatinta ei voida estää. Jännitesäätimessä on myös ylimääräinen piiri oikosulkusuojausta ja virranrajoitinpiiriä, ylijännitesuojaa ja lämpösammutusta varten.

“induktorit ja kondensaattorit tasavirtapiireissä ”

Jännitesäätimien perusparametrit

Perusparametrit, jotka on otettava huomioon jännitesäätimen käytön aikana, sisältävät pääasiassa i / p-jännitteen, o / p-jännitteen sekä o / p-virran. Yleensä kaikkia näitä parametreja käytetään pääasiassa VR-tyypin määrittämiseen topologia on hyvin sovitettu käyttäjän IC: hen tai ei.
Tämän säätimen muut parametrit ovat kytkentätaajuus, lepovirran takaisinkytkentäjännitteen lämpövastus voidaan soveltaa vaatimuksen perusteella
Hiljainen virta on merkittävä, kun tehokkuus kaikissa valmiustiloissa tai kevyt kuorma on suurin huolenaihe.
Kun kytkentätaajuutta pidetään parametrina, kytkentätaajuuden hyödyntäminen voi johtaa pienen järjestelmän ratkaisuihin. Lämpövastus voi myös olla vaarallista päästä eroon laitteesta tulevasta lämmöstä ja liuottaa lämpö järjestelmästä.
Jos ohjaimessa on MOSFET, sen jälkeen kaikki johtavat ja dynaamiset tappiot häviää pakkauksen sisällä ja on otettava huomioon, kun mitataan säätimen korkein lämpötila.
Tärkein parametri on takaisinkytkentäjännite, koska se päättää pienemmän o / p-jännitteen, jonka IC pystyy pitämään. Tämä rajoittaa vähemmän o / p-jännitettä ja tarkkuus vaikuttaa lähtöjännitteen säätelyyn.

Kuinka valita oikea jännitesäädin?

Tärkeimmillä parametreilla on keskeinen rooli, kun suunnittelija valitsee jännitesäätimen, kuten Vin, Vout, Iout, järjestelmän prioriteetit jne. Jotkut ylimääräiset avainominaisuudet, kuten mahdollistavat ohjauksen tai tehon hyvän ilmaisun.
Kun suunnittelija on kuvannut nämä välttämättömyydet, käytä parametrista hakutaulukkoa löytääksesi parhaan laitteen vastaamaan ensisijaiset tarpeet.
Suunnittelijoille tämä taulukko on erittäin arvokas, koska siinä on useita ominaisuuksia sekä paketteja, jotka ovat saatavissa vastaamaan suunnittelijan vaatimuksiin tarvittavia parametreja.
MPS: n laitteita on saatavana niiden taulukoilla, joissa kuvataan yksityiskohtaisesti tarvittavat ulkoiset osat, miten niiden arvot mitataan vakaan, tehokkaan ja korkean suorituskyvyn omaavan suunnittelun saamiseksi.
Tämä tietolomake auttaa pääasiassa mittaamaan komponenttien arvoja, kuten ulostulokapasitanssi, takaisinkytkentävastus, o / p-induktanssi jne.
Voit myös käyttää joitain simulointityökaluja, kuten MPSmart-ohjelmisto / DC / DC-suunnittelija jne. MPS tarjoaa eri jännitesäätimille pienikokoisen lineaarisen, erilaisia tehokkaita ja kytkentätyyppejä, kuten MP171x-perhe, HF500-x-perhe, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 ja MPQ2013-AEC1.

Rajoitukset / haitat

Jännitesäätimien rajoitukset sisältävät seuraavat.

Yksi jännitteen säätimen päärajoituksista on, että ne ovat tehottomia johtuen valtavan virran hajoamisesta joissakin sovelluksissa
Tämän IC: n jännitehäviö on samanlainen kuin a vastus Jännitteen putoaminen. Esimerkiksi kun jännitesäätimen tulo on 5 V ja tuottaa lähtöä kuten 3 V, jännitteen pudotus kahden liittimen välillä on 2 V.
Säätimen tehokkuus voidaan rajoittaa 3V tai 5V, mikä tarkoittaa, että näitä säätimiä voidaan käyttää pienemmillä Vin / Vout-eroilla.
Kaikissa sovelluksissa on erittäin merkittävää ottaa huomioon säätimen odotettu tehohäviö, koska kun tulojännitteet ovat suuret, tehohäviö on suuri, jotta se voi vahingoittaa eri komponentteja ylikuumenemisen takia.
Toinen rajoitus on, että ne yksinkertaisesti kykenevät muuntamaan kytkimiä verrattuna kytkentätyyppeihin, koska nämä säätimet tarjoavat buck ja muunnoksen.
Säätimet, kuten kytkentätyyppi, ovat erittäin tehokkaita, mutta niillä on joitain haittoja, kuten kustannustehokkuus verrattuna lineaarisiin säätimiin, monimutkaisemmat, suuret ja voivat tuottaa enemmän melua, jos niiden ulkokomponentteja ei valita varoen.

Kyse on erityyppisistä jännitteen säätimet ja niiden toimintaperiaate. Uskomme, että tässä artikkelissa annetut tiedot auttavat sinua ymmärtämään tätä käsitettä paremmin. Lisäksi kaikkiin tätä artikkelia koskeviin kyselyihin tai apua toteutuksessa sähkö- ja elektroniikkaprojektit , voit ottaa meihin yhteyttä kommentoimalla alla olevassa kommenttiosassa. Tässä on kysymys sinulle - Missä käytämme vaihtovirtageneraattorin jännitesäädintä?