В блоке питания ключевую роль играют регуляторы напряжения. Итак, прежде чем обсуждать регулятор напряжения , мы должны знать, какова роль источника питания при проектировании системы ?. Например, в любой рабочей системе, такой как смартфон, наручные часы, компьютер или ноутбук, источник питания является неотъемлемой частью работы системы Owl, поскольку он обеспечивает последовательное, надежное и непрерывное питание внутренних компонентов системы. В электронных устройствах источник питания обеспечивает стабильную, а также регулируемую мощность для правильной работы схем. Источники питания бывают двух типов, например, источник питания переменного тока, который поступает от сетевых розеток, и источник питания постоянного тока, который поступает от батарей. Итак, в этой статье рассматривается обзор различных типов регуляторов напряжения и их работы.

Что такое регулятор напряжения?

Стабилизатор напряжения используется для регулирования уровней напряжения. Когда требуется стабильное и надежное напряжение, предпочтительным устройством является регулятор напряжения. Он генерирует фиксированное выходное напряжение, которое остается постоянным при любых изменениях входного напряжения или условий нагрузки. Он действует как буфер для защиты компонентов от повреждений. А регулятор напряжения представляет собой устройство с простой конструкцией с прямой связью и использует контуры управления с отрицательной обратной связью.

Регулятор напряжения

В основном есть два типа регуляторов напряжения: линейные регуляторы напряжения и импульсные регуляторы напряжения, которые используются в более широких приложениях. Линейный регулятор напряжения - самый простой тип регулятора напряжения. Он доступен в двух типах, которые компактны и используются в системах с низким энергопотреблением и низким напряжением. Обсудим различные типы регуляторов напряжения.

В основные компоненты, используемые в регуляторе напряжения находятся

Цепь обратной связи
Стабильное опорное напряжение
Цепь управления проходным элементом

Процесс регулирования напряжения очень прост, используя три вышеуказанных составные части . Первый компонент регулятора напряжения, такой как цепь обратной связи, используется для обнаружения изменений в выходном напряжении постоянного тока. На основании опорного напряжения, а также обратная связь, управляющий сигнал может быть сформирован и диски пропуска Элемента, чтобы погасить изменения.

Здесь проходной элемент - это один из видов твердотельного полупроводниковый прибор Подобен транзистору BJT, диод с PN-переходом, иначе MOSFET. Теперь выходное напряжение постоянного тока можно поддерживать приблизительно стабильным.

Работа регулятора напряжения

Схема регулятора напряжения используется для создания и поддержания постоянного выходного напряжения даже при изменении входного напряжения в противном случае условия нагрузки. Стабилизатор напряжения получает напряжение от источника питания, и его можно поддерживать в диапазоне, который хорошо подходит для остальных электрические компоненты . Чаще всего эти регуляторы используются для преобразования мощности постоянного / постоянного тока, переменного / переменного тока или переменного / постоянного тока.

Типы регуляторов напряжения и их работа

Эти регуляторы могут быть реализованы через интегральные схемы или дискретные компонентные схемы. Регуляторы напряжения подразделяются на два типа: линейный регулятор напряжения и импульсный регулятор напряжения. Эти регуляторы в основном используются для регулирования напряжения в системе, однако линейные регуляторы работают с низким КПД, а импульсные регуляторы работают с высоким КПД. В импульсных регуляторах с высоким КПД большая часть мощности i / p может передаваться на o / p без рассеивания.

Типы регуляторов напряжения

В основном существует два типа регуляторов напряжения: линейный регулятор напряжения и импульсный регулятор напряжения.

Существует два типа линейных регуляторов напряжения: последовательные и шунтовые.
Существует три типа импульсных регуляторов напряжения: повышающие, понижающие и инверторные регуляторы напряжения.

Линейные регуляторы напряжения

Линейный регулятор действует как делитель напряжения. В омической области используется полевой транзистор. Сопротивление регулятора напряжения меняется в зависимости от нагрузки, что приводит к постоянному выходному напряжению. Линейные регуляторы напряжения - это оригинальный тип регуляторов, используемых для регулирования источников питания. В этом типе регулятора переменная проводимость активного проходного элемента, например МОП-транзистор или BJT отвечает за изменение выходного напряжения.

Как только нагрузка объединена, изменения на любом входе, в противном случае нагрузка приведет к разнице в токе по транзистору, чтобы поддерживать постоянный выход. Чтобы изменить ток транзистора, он должен работать в активной, иначе омической области.

Во время этой процедуры такой регулятор рассеивает много энергии, потому что сетевое напряжение внутри транзистора падает и рассеивается подобно теплу. Как правило, эти регулирующие органы делятся на разные категории.

Положительный Регулируемый
Отрицательный Регулируемый
Фиксированный выход
Отслеживание
Плавающий

Преимущества

В преимущества линейного регулятора напряжения включая следующее.

Обеспечивает низкую пульсацию выходного напряжения
Быстрое время отклика на изменение нагрузки или линии
Низкие электромагнитные помехи и меньше шума

Недостатки

В недостатки линейного регулятора напряжения включая следующее.

КПД очень низкий
Требуется большое пространство - необходим радиатор
Напряжение выше входа не может быть увеличено

Регуляторы напряжения серии

В последовательном регуляторе напряжения используется переменный элемент, включенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление этого последовательного элемента, можно изменить падение напряжения на нем. И напряжение на нагрузке остается постоянным.

Количество потребляемого тока эффективно используется нагрузкой, что является основным преимуществом регулятор напряжения серии . Даже когда нагрузка не требует тока, последовательный регулятор не потребляет полный ток. Таким образом, последовательный стабилизатор значительно эффективнее шунтирующего регулятора напряжения.

Шунтовые регуляторы напряжения

Шунт регулятор напряжения работает путем обеспечения пути от напряжения питания к земле через переменное сопротивление. Ток через шунтирующий регулятор отклонился от нагрузки и бесполезно течет на землю, что делает эту форму обычно менее эффективной, чем последовательный регулятор. Это, однако, более простое, иногда состоящее только из напряжения опорного диода, и используется в очень маломощных схемах, в котором впустую ток слишком мал, чтобы быть озабоченность. Эта форма очень часто для эталонного напряжения цепей. Шунтирующий регулятор обычно может только поглощать (поглощать) ток.

Применение шунтирующих регуляторов

“как сделать дома солнечную плиту ”

Шунтовые регуляторы используются в:

Импульсные источники питания с низким выходным напряжением
Цепи источника и стока тока
Усилители ошибок
Регулируемое напряжение или ток, линейный и переключаемый Источники питания
Мониторинг напряжения
Аналоговые и цифровые схемы, требующие точных эталонов
Прецизионные ограничители тока

Импульсные регуляторы напряжения

Импульсный регулятор быстро включает и выключает последовательное устройство. Рабочий цикл переключателя устанавливает количество заряда, передаваемого нагрузке. Это контролируется механизмом обратной связи, аналогичным линейному регулятору. Импульсные регуляторы эффективны, потому что последовательный элемент либо полностью проводит ток, либо выключен, потому что он почти не рассеивает мощность. Импульсные регуляторы способны генерировать выходное напряжение, превышающее входное напряжение, или противоположную полярность, в отличие от линейных регуляторов.

Импульсный регулятор напряжения быстро включается и выключается, чтобы изменить выход. Он требует управляющего генератора, а также заряжает компоненты накопителя.

В импульсном регуляторе с частотно-импульсной модуляцией, изменяющей частоту, постоянный рабочий цикл и спектр шума, налагаемый изменением PRM, труднее отфильтровать этот шум.

Регулятор переключения с Широтно-импульсная модуляция , постоянная частота, переменный рабочий цикл, эффективно и легко отфильтровывать шум.
В импульсном регуляторе ток в непрерывном режиме через катушку индуктивности никогда не падает до нуля. Это обеспечивает максимальную выходную мощность. Это дает лучшую производительность.

В импульсном регуляторе ток в прерывистом режиме через катушку индуктивности падает до нуля. Это дает лучшую производительность при низком выходном токе.

Переключение топологий

Он имеет два типа топологии: диэлектрическая изоляция и неизолированная.

Изолированные

Он основан на радиации и интенсивной окружающей среде. Опять же, изолированные преобразователи делятся на два типа, включая следующие.

Обратные преобразователи
Прямые преобразователи

В перечисленных выше изолированных преобразователях рассматривается тема импульсных источников питания.

Не изоляция

Он основан на небольших изменениях Vout / Vin. Примеры: повышающий стабилизатор напряжения (Boost) - Повышает входное напряжение Step Down (Buck) - понижает входное напряжение Step Up / Step Down (boost / buck) Регулятор напряжения - понижает, повышает или инвертирует входное напряжение в зависимости от контроллера Зарядный насос - Он обеспечивает несколько входных сигналов без использования индуктора.

Опять же, неизолированные преобразователи подразделяются на разные типы, однако наиболее важные из них

Понижающий преобразователь или понижающий регулятор напряжения
Повышающий преобразователь или повышающий регулятор напряжения
Конвертер Buck или Boost

Преимущества коммутационных топологий

Основными преимуществами импульсного источника питания являются эффективность, размер и вес. Это также более сложная конструкция, способная обеспечить более высокую энергоэффективность. Импульсный регулятор напряжения может обеспечивать выходной сигнал, который больше или меньше, или инвертирует входное напряжение.

Недостатки коммутации топологий

Более высокое выходное пульсирующее напряжение
Более медленное переходное время восстановления
EMI производит очень шумный выход
Очень дорогой

Повышающие импульсные преобразователи, также называемые импульсными импульсными регуляторами, обеспечивают более высокое выходное напряжение за счет повышения входного напряжения. Выходное напряжение регулируется до тех пор, пока потребляемая мощность находится в пределах выходной мощности схемы. Для управления гирляндой светодиодов используется повышающий импульсный регулятор напряжения.

Повышающие регуляторы напряжения

Предположим, что вывод цепи без потерь = Pout (входная и выходная мощности одинаковы)

Тогда V_вя_в= V_изя_из,

я_из/ I_в= (1-D)

Из этого следует, что в этой схеме

“3 фазы в 2 фазы ”

Полномочия остаются прежними
Напряжение увеличивается
Ток уменьшается
Эквивалентен трансформатору постоянного тока

Понижающий (понижающий) регулятор напряжения

Это снижает входное напряжение.

Понижающие регуляторы напряжения

Если входная мощность равна выходной мощности, то

п_в= P_изV_вя_в= V_изя_из,

я_из/ I_в= V_в/V_из= 1 / D

Понижающий преобразователь эквивалентен трансформатору постоянного тока, в котором коэффициент передачи находится в диапазоне 0-1.

Шаг вверх / шаг вниз (Boost / Buck)

Его также называют инвертором напряжения. Используя эту конфигурацию, можно повышать, понижать или инвертировать напряжение в соответствии с требованиями.

Выходное напряжение имеет полярность, противоположную входной.
Это достигается за счет прямого смещения диода VL с обратным смещением во время выключения, генерирования тока и зарядки конденсатора для выработки напряжения во время выключения.
Используя этот тип импульсного регулятора, можно достичь КПД 90%.

Повышающие / понижающие регуляторы напряжения

Регуляторы напряжения генератора

Генераторы вырабатывают ток, необходимый для удовлетворения электрических потребностей транспортного средства во время работы двигателя. Он также восполняет энергию, которая используется для запуска автомобиля. Генератор имеет способность производить больше тока на более низких скоростях, чем генераторы постоянного тока, которые когда-то использовались в большинстве транспортных средств. Генератор состоит из двух частей

Регулятор напряжения генератора

Статора - Это неподвижный элемент, который не двигается. Он содержит набор электрических проводников, намотанных катушками на железный сердечник.
Ротор / Якорь - Это движущийся компонент, который создает вращающееся магнитное поле любым из следующих трех способов: (i) индукция (ii) постоянные магниты (iii) с помощью возбудителя.

Электронный регулятор напряжения

Простой стабилизатор напряжения можно сделать из резистора, включенного последовательно с диодом (или серией диодов). Из-за логарифмической формы кривых V-I на диоде напряжение на диоде изменяется незначительно из-за изменений потребляемого тока или изменений на входе. Когда точный контроль напряжения и эффективность не важны, эта конструкция может работать нормально.

Электронный регулятор напряжения

Регулятор напряжения транзистора

Электронные регуляторы напряжения имеют нестабильный источник опорного напряжения, которое обеспечивается от Стабилитрон , который также известен как рабочий диод обратного напряжения пробоя. Он поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока. Пульсации переменного напряжения блокируются, но фильтр не блокируется. Регулятор напряжения также имеет дополнительную схему для защиты от короткого замыкания, схему ограничения тока, защиту от перенапряжения и тепловое отключение.

Основные параметры регуляторов напряжения

Основные параметры, которые необходимо учитывать при работе регулятора напряжения, в основном включают в себя напряжение i / p, напряжение o / p, а также ток включения / выключения. Как правило, все эти параметры в основном используются для определения типа VR. топология совпадает или нет с ИС пользователя.
Другими параметрами этого регулятора являются частота переключения, тепловое сопротивление напряжения обратной связи по току покоя может применяться в зависимости от требований.
Ток покоя имеет большое значение, если основной проблемой является эффективность в режимах ожидания или при небольшой нагрузке.
Если рассматривать частоту коммутации как параметр, использование частоты коммутации может привести к решениям небольшой системы. Кроме того, тепловое сопротивление может быть опасным для отвода тепла от устройства, а также для отвода тепла от системы.
Если в контроллере есть полевой МОП-транзистор, после этого все проводящие, а также динамические потери будет рассеиваться внутри упаковки и должен учитываться при измерении максимальной температуры регулятора.
Наиболее важным параметром является напряжение обратной связи, поскольку оно определяет меньшее напряжение включения / выключения, которое может удерживать ИС. Это ограничивает меньшее напряжение o / p, а точность влияет на регулирование выходного напряжения.

Как правильно выбрать регулятор напряжения?

Ключевые параметры играют ключевую роль при выборе регулятора напряжения разработчиком, например Vin, Vout, Iout, системные приоритеты и т. Д. Некоторые дополнительные ключевые функции, такие как включение управления или индикация хорошего питания.
Когда разработчик описал эти потребности, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство для удовлетворения предпочтительных потребностей.
Для дизайнеров эта таблица очень ценна, потому что она предоставляет несколько функций, а также пакеты, доступные для удовлетворения необходимых параметров для требований дизайнера.
Устройства MPS доступны со своими техническими описаниями, в которых подробно описаны необходимые внешние части, как измерить их значения, чтобы получить стабильную, эффективную конструкцию с высокой производительностью.
Это техническое описание в основном помогает при измерении значений таких компонентов, как выходная емкость, сопротивление обратной связи, индуктивность выходного сигнала и т. Д.
Кроме того, вы можете использовать некоторые инструменты моделирования, такие как программное обеспечение MPSmart / DC / DC Designer и т. Д. MPS предоставляет различные регуляторы напряжения с компактными линейными, различными эффективными и переключаемыми типами, такие как семейство MP171x, семейство HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 и MPQ2013-AEC1.

Ограничения / недостатки

К ограничениям регуляторов напряжения можно отнести следующее.

Одним из основных ограничений регуляторов напряжения является их неэффективность из-за рассеивания большого тока в некоторых приложениях.
Падение напряжения на этой ИС похоже на резистор падение напряжения. Например, когда на входе регулятора напряжения 5 В, а на выходе получается 3 В, тогда падение напряжения между двумя клеммами составляет 2 В.
Эффективность регулятора может быть ограничена до 3 В или 5 В, что означает, что эти регуляторы применимы с меньшим количеством дифференциалов Vin / Vout.
В любом приложении очень важно учитывать ожидаемое рассеивание мощности для регулятора, потому что при высоких входных напряжениях рассеиваемая мощность будет высокой, что может привести к повреждению различных компонентов из-за перегрева.
Другое ограничение состоит в том, что они просто способны к понижающему преобразованию по сравнению с переключательными типами, поскольку эти регуляторы обеспечивают понижающее преобразование и преобразование.
Регуляторы, такие как импульсные, очень эффективны, однако у них есть некоторые недостатки, такие как экономическая эффективность по сравнению с регуляторами линейного типа, более сложные, большие по размеру и могут генерировать больше шума, если их внешние компоненты не выбраны осторожно.

Это все о разных типах регуляторы напряжения и принцип их работы. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять эту концепцию. Кроме того, по любым вопросам относительно этой статьи или помощи в реализации электротехнические и электронные проекты , вы можете связаться с нами, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос - где мы будем использовать регулятор напряжения генератора?