Узнайте, как выбрать маломощный линейный регулятор или высокоэффективный импульсный стабилизатор для вашей конструкции.
Линейные стабилизаторы — отличный выбор для питания устройств с очень низким энергопотреблением или приложений, где разница между входом и выходом невелика. Несмотря на то, что они просты в использовании, просты и дешевы, линейный регулятор обычно неэффективен.
С другой стороны, импульсные регуляторы отличаются высокой эффективностью и доступны в виде модульных микросхем, компактных и надежных. Импульсные регуляторы можно разделить на изолированные и неизолированные.
| Линейный регулятор | Переключающий регулятор |
|---|
| Гибкость дизайна | Понижение | Повышение, повышение, понижение-повышение |
| Эффективность | Обычно от низкого до средне-высокого для небольшой разницы между VIN-VOUT | High |
| Сложность | Низкая | От средней до высокой |
| Размер | Малый от среднего, больше при высокой мощности | Меньше при аналогичной большей мощности (в зависимости от частоты переключения) |
| Общая стоимость | Низкая | От среднего до высокого — внешние компоненты |
| Пульсации/шум/электромагнитные помехи | Низкий | От среднего до высокого |
| Диапазон VIN | Узкий (в зависимости от рассеиваемой мощности) | Широкий |
Линейные регуляторы
В линейных регуляторах используются линейные непереключающие методы регулирования выходного напряжения источника питания. Сопротивление регулятора изменяется в зависимости от нагрузки и обеспечивает постоянное выходное напряжение.
Для всех линейных стабилизаторов требуется входное напряжение, по крайней мере, на некоторую минимальную величину превышающую желаемое выходное напряжение. Эта минимальная величина называется падением напряжения. Регулятор с малым падением напряжения или LDO-регулятор представляет собой линейный стабилизатор постоянного тока, который может регулировать выходное напряжение, даже когда напряжение питания очень близко к выходному напряжению.
Линейные стабилизаторы — отличный выбор для питания устройств с очень низким энергопотреблением или приложений, где разница между входным и выходным напряжением невелика. Это простое и дешевое решение, но линейные стабилизаторы обычно неэффективны, поскольку разница между входным напряжением и регулируемым выходным напряжением постоянно рассеивается в виде тепла.
Регуляторы Renesas с малым падением напряжения (LDO) генерируют слаботочные, хорошо стабилизированные выходы и требуют очень мало внешних компонентов.
Преимущества Renesas
Небольшой корпус, небольшой отсев, быстрая переходная характеристика, высокая точность
Плюсы:
простота, низкая стоимость, низкий уровень шума
Отрицательные стороны:
менее эффективная, рассеиваемая мощность, мощность
Переключение регуляторов
Некоторые из ключевых требований к современным решениям для управления питанием включают меньшее энергопотребление при различных условиях нагрузки, меньше места, высокую надежность и широкий диапазон входного напряжения. Эти требования вызывают потребность в высокоэффективных импульсных стабилизаторах с широким диапазоном VIN и малым током потребления (IQ) для широкого спектра приложений.
Переключающие регуляторы быстро включают и выключают последовательный элемент. Они могут работать как с синхронными, так и с несинхронными переключателями (FET). Эти устройства временно сохраняют входную энергию, а затем высвобождают эту энергию на выходе с другим уровнем напряжения. Рабочий цикл переключателя определяет количество заряда, передаваемого на нагрузку.
Импульсные регуляторы эффективны, потому что последовательный элемент либо полностью проводит ток, либо выключен, поэтому он почти не рассеивает мощность. Импульсные стабилизаторы могут генерировать выходные напряжения, которые выше входного напряжения или имеют противоположную полярность, в отличие от линейных стабилизаторов. Универсальность этих преобразователей позволяет использовать понижающий, повышающий, повышающе-понижающий, обратноходовой, инвертирующий режимы в изолированных и неизолированных приложениях.
Встроенные стабилизаторы на полевых транзисторах – это разновидность импульсных регуляторов. Эти микросхемы имеют встроенный силовой полевой МОП-транзистор и считаются единым решением; тогда как в контроллерах используются внешние силовые МОП-транзисторы. Обе конфигурации классифицируются как импульсные стабилизаторы, поскольку они регулируют выходное напряжение.
Преимущества Renesas
Широкий входной и выходной диапазон, встроенные полевые транзисторы, компоненты, совместимые между выводами, внутренняя компенсация, режим малой эффективности нагрузки, простота и удобство использования.
Автоматические регуляторы напряжения поддерживают постоянный уровень напряжения для нагрузок электрического оборудования, которым требуется стабильное и надежное электроснабжение. Имея на выбор различные инструменты регулирования напряжения, может быть сложно выбрать лучший для нагрузки вашего оборудования. Важно знать, что искать в автоматическом регуляторе напряжения; в противном случае пострадает ваше оборудование, что будет стоить вам времени и денег. Ниже мы перечисляем пять основных характеристик высококачественного автоматического регулятора напряжения, чтобы помочь вам найти наилучшее решение для вашего приложения.
Что такое автоматический регулятор напряжения?
Автоматический регулятор напряжения (АРН) – это электронное устройство, поддерживающее постоянный уровень напряжения на электрическом оборудовании при одной и той же нагрузке. АРН регулирует колебания напряжения, обеспечивая стабильное и надежное электроснабжение. Без автоматического регулятора напряжения напряжение может проседать, всплески или скачки, что может привести к повреждению электрических устройств.
Когда использовать автоматический регулятор напряжения или проводники?
Обычно автоматические регуляторы напряжения работают там, где регулирование напряжения не может быть достигнуто путем изменения размера проводника или источника. В электрическом оборудовании, таком как генераторы переменного тока, нагрузка может внезапно переключаться. В этом случае система возбуждения также должна измениться, чтобы обеспечить постоянное напряжение при новых условиях нагрузки. Автоматический регулятор напряжения работает в поле возбудителя и изменяет выходное напряжение возбудителя и ток возбуждения.
Выбираете автоматический регулятор напряжения? Загрузите наше руководство по выбору приложений:
Как выбрать автоматический регулятор напряжения?
Ниже мы перечисляем пять основных характеристик высококачественного автоматического регулятора напряжения, чтобы помочь вам найти наилучшее решение для вашего приложения.
1. Регулировка напряжения
Оптимальное регулирование напряжения достигается, когда значение напряжения эквивалентно всем нагрузкам электрооборудования. На регулирование напряжения могут влиять несколько факторов, в том числе размер и тип проводов и кабелей, реактивное сопротивление трансформатора и кабели, пускатель двигателя, схема и коэффициент мощности. Независимо от этих потенциальных препятствий, регулировка напряжения должна выбираться с точностью ±1%. Это требование устраняет проблемы с трехфазным дисбалансом и сводит к минимуму отклонения напряжения.
2. Диапазон входного напряжения
Первым шагом в выборе наилучшего автоматического регулятора напряжения является указание диапазона входного напряжения. Диапазон входного напряжения должен быть широким и сдвинутым, потому что линейные напряжения падают больше, чем растут. Эта функция допускает более низкую коррекцию, а не высокую коррекцию. Это также позволяет автоматическому регулятору напряжения быть более настраиваемым для понижения или повышения напряжения, обеспечивая максимальную коррекцию напряжения в экстремальных случаях.
3. Низкий импеданс
Импеданс – это сопротивление компонента протеканию электрического тока, измеряемое в омах. Целью автоматического регулятора напряжения является достижение низкого импеданса. Взаимодействие между током нагрузки и импедансом источника может привести к низкому напряжению, гармоническим искажениям и дисбалансу напряжения. В идеале ваш автоматический регулятор напряжения избегал бы всего этого, если бы имел низкое полное сопротивление.
4. Загрузка совместимости
Решения по регулированию напряжения должны быть совместимы с указанной нагрузкой, чтобы обеспечить ее работу и не мешать работе других нагрузок, подключенных к тому же источнику питания. Высокоэффективные автоматические регуляторы напряжения должны работать с нагрузками с высокими пусковыми токами, всеми коэффициентами мощности и высокими коэффициентами амплитуды. Чтобы предотвратить нестабильность, скорость отклика регулятора должна быть рассчитана на работу с электронными блоками питания, используемыми в большей части современного оборудования.
5. Точность напряжения
Основная задача автоматического регулятора напряжения – повысить точность уровней напряжения, но каков оптимальный уровень точности для вашего приложения? Точность напряжения зависит от требований критической нагрузки. Как правило, автоматические регуляторы напряжения работают в цепях, где регулирование напряжения не может быть достигнуто путем изменения размера проводника. Перечисленные выше пять характеристик имеют решающее значение для надежной работы автоматического регулятора напряжения в требовательных приложениях. В приложениях, где импульсы напряжения, всплески и переходные процессы вызывают серьезную озабоченность, вы также должны рассматривать подавление переходных процессов как критически важную функцию.
Откройте для себя PCIM Europe
Последние статьи в разделе "Продукты и приложения"
БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ - SiC
Последние статьи в разделе "Новости отрасли"
Последние статьи в разделе "Исследования и разработки"
Последние статьи в разделе "Инструменты и программное обеспечение"
ТЕХНОЛОГИИ ПРИВОДА ВОРОТ
БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ - РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Различные типы регуляторов напряжения и принцип работы
Регуляторы напряжения – это интегральные схемы, предназначенные для регулирования напряжения на их входе до постоянного фиксированного напряжения на выходе независимо от изменений тока нагрузки или входного напряжения.
Регулятор напряжения — это система, предназначенная для автоматического поддержания постоянного уровня напряжения.
Электронные конструкции/устройства обычно состоят из различных электронных компонентов, которые иногда работают при разных уровнях напряжения. Таким образом, для надежного удовлетворения требований к мощности конкретной конструкции или различных компонентов конструкции в блоке питания обычно используются стабилизаторы напряжения для регулирования напряжения в основном источнике до необходимого в различных частях устройства. .
При проектировании блока питания для любого устройства всегда приходится принимать множество решений. Одним из таких решений, хотя и трудным, является выбор стабилизаторов напряжения, так как они бывают разных «форм и размеров» с разными «наворотами», что делает их отличным выбором при использовании в одной цепи, но катастрофой в другой. другие схемы.
Поэтому выбор правильного регулятора для вашего проекта (и его ограничений) требует тщательного понимания вариантов, и сегодняшняя статья будет посвящена именно этому. Мы оценим различные типы регуляторов напряжения, принципы их работы и то, когда имеет смысл использовать один из них вместо другого.
БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ - ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Типы регуляторов напряжения
Стабилизаторы напряжения можно классифицировать на основе различных факторов, таких как область применения, рабочее напряжение, механизмы преобразования энергии и многое другое.
В этой статье мы сосредоточимся на активных стабилизаторах напряжения и разделим их на две большие категории в зависимости от используемого ими механизма регулирования. Эти две категории включают:
- 1. Линейные стабилизаторы напряжения
- 2. Импульсные регуляторы напряжения
1. Линейные стабилизаторы напряжения
Линейные стабилизаторы напряжения используют принцип делителя напряжения для преобразования напряжения на их входе в желаемое напряжение на их выходе. В них используется петля обратной связи, которая автоматически изменяет сопротивление в системе, чтобы противодействовать влиянию изменений импеданса нагрузки и входного напряжения, чтобы обеспечить постоянное выходное напряжение.
Обычные реализации линейных регуляторов напряжения включают использование полевых транзисторов в качестве одной стороны делителя напряжения с контуром обратной связи, подключенным к затвору транзистора, управляя им по мере необходимости для обеспечения согласованности выходного напряжения.
Хотя такое использование транзисторов в качестве резисторов помогает упростить конструкцию и реализацию линейных стабилизаторов, оно в значительной степени способствует неэффективности, связанной с регуляторами. Причина этого в том, что транзисторы преобразуют избыточную электрическую энергию (разность напряжений между входным и выходным напряжением) в тепло, что приводит к потере мощности в результате нагрева транзисторов.
В ситуациях, когда напряжение на входе или ток нагрузки на выходе слишком высоки, регуляторы могут генерировать уровни тепла, которые могут привести к его выходу из строя. Чтобы смягчить это, разработчики обычно используют радиаторы, размер которых определяется величиной тока (мощности), проходящей через регулятор.
Еще один момент, о котором стоит упомянуть для линейных регуляторов, — это потребность в том, чтобы напряжение на входе было больше, чем напряжение на выходе, на минимальное значение, называемое падением напряжения. Это значение напряжения (обычно около 2 В) варьируется в зависимости от регулятора и иногда является серьезным источником беспокойства для разработчиков, работающих с маломощными приложениями, из-за потери мощности. В качестве обходного пути используйте тип линейных стабилизаторов напряжения, называемый регуляторами LDO (с малым падением напряжения), поскольку они разработаны с возможностью работы при разнице между входным и выходным напряжением всего 100 мВ.
Некоторые популярные примеры линейных стабилизаторов напряжения включают серию стабилизаторов напряжения 78xx (например, L7805 (5 В), L7809 (9 В)).
ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ
Методы проверки снабберных цепей в обратноходовых преобразователях
Плюсы и минусы линейного стабилизатора напряжения LM7805
Некоторые преимущества линейных регуляторов напряжения включают:
- 1. Простота и удобство разработки и реализации
- 2. Создает меньше электромагнитных помех и шума.
- 3. Быстрое время отклика на изменения тока нагрузки или входного напряжения.
- 4. Низкие пульсации напряжения на выходе
Некоторые недостатки линейных регуляторов напряжения включают:
- 1.Низкая эффективность, так как большое количество электроэнергии теряется в виде тепла.
- 2. Требования к падающему напряжению делают их плохим выбором для приложений с низким энергопотреблением.
- 3. Занимают больше места на печатных платах из-за необходимости установки радиаторов.
- 4. Низкая эффективность, так как большое количество электроэнергии теряется в виде тепла.
- 5. Требования к падающему напряжению делают их плохим выбором для приложений с низким энергопотреблением.
- 6. Занимают больше места на печатных платах из-за необходимости установки радиаторов.
РУКОВОДСТВО ПО ИЗМЕРЕНИЮ ЦЕЛОСТНОСТИ ПИТАНИЯ
5 методов быстрого и точного измерения целостности питания
2. Импульсные стабилизаторы напряжения
Хотя импульсные стабилизаторы напряжения имеют более сложную конструкцию и требуют для работы больше сопутствующих компонентов, они являются сверхэффективными регуляторами, используемыми в сценариях, где потери мощности, как в линейных стабилизаторах, недопустимы.
Механизм регулирования напряжения в импульсных регуляторах напряжения включает в себя быстрое переключение элемента, соединенного последовательно с компонентом накопления энергии (конденсатором или катушкой индуктивности), для периодического прерывания потока тока и преобразования напряжения от одного значения к другому. То, как это делается, зависит от управляющего сигнала от механизма обратной связи, подобного тому, который используется в линейных регуляторах.
В отличие от линейных регуляторов напряжения, переключающий элемент находится либо в полностью проводящем, либо в выключенном состоянии. Он не рассеивает мощность и позволяет регулятору достигать более высокого уровня эффективности, чем у линейных регуляторов.
В базовой реализации импульсного регулятора напряжения в качестве переключающего элемента используется «проходной транзистор», работающий либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения. Когда проходной транзистор находится в закрытом состоянии, ток через него не течет, поэтому мощность не рассеивается, но когда он находится в состоянии насыщения, на нем возникает пренебрежимо малое падение напряжения, сопровождающееся рассеянием небольшой мощности, с максимальным током, подаваемым на нагрузку. В результате действия переключения и экономии энергии в состоянии отсечки КПД переключаемых регуляторов обычно составляет около 70 %.
Управление на основе коммутации и ШИМ дает достаточно большую гибкость, что позволяет импульсным стабилизаторам напряжения работать в разных режимах и существовать в различных типах, в том числе:
- Понижающие импульсные регуляторы
- Повышающие импульсные регуляторы
- Регуляторы переключения Buck/Boost
<р>1. Понижающие импульсные регуляторы напряжения
Понижающие импульсные стабилизаторы, также известные как понижающие стабилизаторы, преобразуют высокое напряжение на входных клеммах в более низкое напряжение на выходных клеммах. Эта операция похожа на работу линейных регуляторов, за исключением того факта, что понижающие регуляторы работают с более высокой степенью эффективности. Ниже приведено изображение, иллюстрирующее расположение компонентов в понижающих регуляторах.
<р>2. Повышающие импульсные регуляторы напряжения
Повышающие импульсные стабилизаторы, также известные как повышающие стабилизаторы, могут преобразовывать низкое напряжение на входе в более высокое напряжение на выходе. Их конфигурация является одним из основных различий между линейными регуляторами и импульсными стабилизаторами, поскольку регулирование не происходит, если напряжение на входе линейных регуляторов напряжения больше, чем напряжение, требуемое на их выходе. Ниже представлена схема, иллюстрирующая повышающие импульсные стабилизаторы напряжения.
<р>3. Понижающий/повышающий импульсный регулятор напряжения
Понижающий/повышающий регулятор сочетает в себе характеристики двух указанных выше регуляторов. Он может обеспечить фиксированное выходное напряжение независимо от разницы (+ или -) между входным и выходным напряжением. Они очень полезны в батареях, где напряжение на входе, которое может быть выше, чем выходное напряжение в начале, со временем снижается до уровня ниже выходного напряжения. Схема, иллюстрирующая понижающий/повышающий регулятор переключения, представлена ниже:
За и против
Какими бы эффективными и совершенными ни казались импульсные стабилизаторы напряжения, у них есть недостатки, некоторые из которых включают:
- 2. Требуется больше дополнительных компонентов.
- 4. Высокие уровни электромагнитных помех и шума, которые могут повлиять на сертификацию продукта, если не будут должным образом контролироваться
- 5. Высокая пульсация выходного напряжения
- 6. Более медленное переходное время восстановления по сравнению с линейными регуляторами.
В зависимости от приложения преимущества импульсных стабилизаторов могут перевешивать их недостатки. Вот некоторые из преимуществ:
- 3. Они могут обеспечить выходное напряжение, которое больше или меньше входного напряжения.
- 4. Подходит для приложений с низким энергопотреблением.
- 7. Они могут обеспечить выходное напряжение, которое больше или меньше входного напряжения.
- 8. Подходит для приложений с низким энергопотреблением.
Выбор правильного регулятора напряжения для вашего проекта
Выбор правильного регулятора напряжения для вашего проекта обычно не является проблемой выбора между линейным или импульсным регулятором напряжения. Выбор между ними можно сделать, просто взвесив их плюсы и минусы и решив, какой из них лучше всего подходит вам. Однако необходимо проверить другие специфические свойства регулятора (импульсный или линейный), чтобы убедиться, что он идеально подходит для вашего проекта. Пять из этих основных свойств описаны ниже:
1. Выходное напряжение (или диапазон напряжения)
Возможно, это первое, на что следует обратить внимание регулятору. Убедитесь, что выходное напряжение (или диапазон напряжений) регулятора соответствует требуемому значению для вашего приложения. Для некоторых регуляторов могут потребоваться внешние компоненты для поддержания стабильного выходного напряжения на желаемом уровне напряжения. Все это должно быть подтверждено до штамповки регулятора для вашего проекта.
2. Выходной ток
Регуляторы напряжения разрабатываются с учетом определенных номинальных токов. Подключение их к нагрузке с требованиями по току, которые превышают их номинальный ток, может привести к повреждению регулятора или неправильной работе нагрузки. Это еще более важно в случае линейных регуляторов напряжения, поскольку ток напрямую влияет на потери мощности.
Всегда следите за тем, чтобы выбранный вами стабилизатор выдерживал предполагаемый ток нагрузки.
3. Диапазон входного напряжения
Это относится к допустимому диапазону входного напряжения, поддерживаемому регулятором. Обычно оно указывается в техническом описании, и разработчику важно убедиться, что возможное входное напряжение для вашего приложения находится в пределах допустимого диапазона. Одна ошибка, которую допускают большинство начинающих разработчиков, заключается в том, что они сосредотачиваются только на максимальном входном напряжении, забывая, что входное напряжение ниже указанного минимального напряжения может привести к ошибкам регулирования, особенно в случае линейных стабилизаторов. Знание этих значений поможет вам оценить условия, при которых регулятор выйдет из строя либо из-за чрезмерного выделения тепла в случае линейных регуляторов, либо из-за неисправностей в случае импульсных регуляторов.
БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ - ДЕМПФЕРНАЯ ЦЕПЬ
4. Диапазон рабочих температур
Диапазон рабочих температур, определяемый в большинстве спецификаций как температура окружающей среды (Ta) или температура перехода, представляет собой диапазон температур, в котором регулятор работает должным образом. Говоря более конкретно, температура перехода обычно относится к самой высокой рабочей температуре транзистора. Напротив, температура окружающей среды относится к температуре окружающей среды вокруг устройства. Оба значения важны, особенно для линейных регуляторов, поскольку они способствуют процессу выбора идеального радиатора для регулятора.
5. Отпускаемое напряжение
Это важно при выборе линейных регуляторов напряжения. Как объяснялось ранее, падение напряжения относится к величине, на которую входное напряжение должно быть больше, чем выходное напряжение, чтобы произошла стабилизация. Хотя это может быть неважным фактором для большинства приложений, для приложений, где важны соображения эффективности и низкого энергопотребления, имеет смысл использовать стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения.
Необходимо учитывать и другие факторы, такие как эффективность, размер корпуса, переходная характеристика и потенциальные электромагнитные помехи/шум.
В заключение, простой способ решить, какой стабилизатор использовать, - это сначала решить, какой стабилизатор напряжения будет лучшим выбором, линейный или импульсный, исходя из их плюсов и минусов. После этого уровня принятия решений могут быть проведены дальнейшие исследования свойств регулятора, поскольку они могут повлиять на вашу конструкцию. Какой бы ненужной иногда ни казалась эта комплексная проверка, она может иметь решающее значение для успеха вашего проекта.
Подпишитесь на нас в LinkedIn
Понравилось ли вам читать эту статью? Тогда подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних новостей отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.
В блоке питания регуляторы напряжения играют ключевую роль. 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, блок питания является важной частью работы системы совы, поскольку он обеспечивает стабильное, надежное и непрерывное питание внутренних компонентов системы.В электронных устройствах источник питания обеспечивает стабильную и регулируемую мощность для правильной работы цепей. Источники питания бывают двух типов, такие как источник питания переменного тока, который поступает от сетевых розеток, и источник питания постоянного тока, который поступает от батарей. Итак, в этой статье обсуждается обзор различных типов регуляторов напряжения и их работы.
Что такое регулятор напряжения?
Регулятор напряжения используется для регулировки уровня напряжения. Когда требуется стабильное, надежное напряжение, регулятор напряжения является предпочтительным устройством. 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. Регулятор напряжения — это устройство с простой конструкцией с прямой связью, в котором используются контуры управления с отрицательной обратной связью.
Регулятор напряжения
В основном существует два типа регуляторов напряжения: линейные регуляторы напряжения и импульсные регуляторы напряжения; они используются в более широких приложениях. Линейный регулятор напряжения является самым простым типом регулятора напряжения. Он доступен в двух типах, которые являются компактными и используются в системах малой мощности и низкого напряжения. Давайте обсудим различные типы регуляторов напряжения.
Основные компоненты, используемые в регуляторе напряжения
- Цепь обратной связи
- Стабильное опорное напряжение
- Контур управления проходным элементом
Процесс регулирования напряжения очень прост при использовании трех вышеуказанных компонентов. Первый компонент регулятора напряжения, такой как цепь обратной связи, используется для обнаружения изменений выходного напряжения постоянного тока. На основе опорного напряжения, а также обратной связи может быть сгенерирован управляющий сигнал, который приводит в действие проходной элемент для погашения изменений.
Здесь проходной элемент — это один из видов твердотельных полупроводниковых устройств, похожий на BJT-транзистор или диод с PN-переходом, в противном случае — на полевой МОП-транзистор. Теперь выходное напряжение постоянного тока можно поддерживать приблизительно стабильным.
Работа регулятора напряжения
Схема регулятора напряжения используется для создания и поддержания постоянного выходного напряжения, даже если входное напряжение или условия нагрузки меняются. Регулятор напряжения получает напряжение от источника питания, и его можно поддерживать в диапазоне, который хорошо подходит для остальных электрических компонентов. 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 с помощью интегральных схем или схем с дискретными компонентами. Регуляторы напряжения подразделяются на два типа, а именно: 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 стабилизаторах с высоким КПД большая часть мощности i/p может быть передана на выход без рассеяния.
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.
Линейные регуляторы напряжения
Линейный регулятор действует как делитель напряжения. В омическом диапазоне используется полевой транзистор. Сопротивление регулятора напряжения изменяется 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, такого как MOSFET или BJT, отвечает за изменение выходного напряжения.
После того, как нагрузка объединена, изменения на любом входе, в противном случае нагрузка, приведет к разнице в токе через транзистор для поддержания постоянного выхода. Чтобы изменить ток транзистора, он должен работать в активной, иначе омической области.
Во время этой процедуры этот тип регулятора рассеивает много энергии, потому что чистое напряжение падает внутри транзистора, рассеиваясь подобно теплу. Как правило, эти регуляторы подразделяются на разные категории.
- Позитив Регулируемый
- Минус-корректируемый
- Фиксированный вывод
- Отслеживание
- Плавающий
Преимущества
Преимущества линейного регулятора напряжения включают следующее.
- Обеспечивает низкие пульсации выходного напряжения.
- Быстрый отклик на загрузку или изменение строки
- Низкий уровень электромагнитных помех и меньше шума
Недостатки
К недостаткам линейного регулятора напряжения относятся следующие.
- Эффективность очень низкая
- Требуется много места — нужен радиатор.
- Напряжение выше входа не может быть увеличено
Последовательные регуляторы напряжения
Последовательный регулятор напряжения использует переменный элемент, включенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление этого последовательного элемента, можно изменить падение напряжения на нем. И напряжение на нагрузке остается постоянным.
Величина потребляемого тока эффективно используется нагрузкой; это главное преимущество последовательного регулятора напряжения. Даже когда нагрузка не требует никакого тока, последовательный регулятор не потребляет полный ток. Следовательно, последовательный стабилизатор значительно эффективнее шунтирующего регулятора напряжения.
Шунтирующие регуляторы напряжения
Шунтовой регулятор напряжения обеспечивает путь от источника питания к земле через переменное сопротивление. Ток через шунтирующий регулятор отклоняется от нагрузки и бесполезно течет на землю, что обычно делает эту форму менее эффективной, чем последовательный регулятор. Однако он проще, иногда состоит только из диода опорного напряжения и используется в очень маломощных схемах, в которых потерянный ток слишком мал, чтобы вызывать беспокойство. Эта форма очень распространена для цепей опорного напряжения. Шунтовой регулятор обычно может только отводить (поглощать) ток.
Применение шунтирующих регуляторов
Шунтовые регуляторы используются в:
- Импульсные источники питания с низким выходным напряжением
- Схемы источника и приемника тока
- Усилители ошибок
- Линейные и импульсные источники питания с регулируемым напряжением или током
- Мониторинг напряжения
- Аналоговые и цифровые схемы, требующие точных ссылок
- Точные ограничители тока
Импульсные регуляторы напряжения
Переключающий регулятор быстро включает и выключает последовательное устройство. Рабочий цикл переключателя устанавливает количество заряда, передаваемого на нагрузку. Это контролируется механизмом обратной связи, подобным механизму линейного регулятора. Импульсные регуляторы эффективны, потому что последовательный элемент либо полностью проводит ток, либо выключен, потому что он почти не рассеивает мощность. Импульсные стабилизаторы могут генерировать выходные напряжения, которые выше входного напряжения или имеют противоположную полярность, в отличие от линейных стабилизаторов.
Импульсный регулятор напряжения быстро включается и выключается для изменения выходного сигнала. Для этого требуется управляющий осциллятор, а также заряжаются компоненты хранения.
В импульсном стабилизаторе с частотно-импульсной модуляцией варьируется частота, постоянный рабочий цикл и спектр шума, налагаемые PRM; этот шум сложнее отфильтровать.
Импульсный стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией, постоянной частотой и переменным рабочим циклом эффективен и легко отфильтровывает шум.
В импульсном стабилизаторе постоянный ток через катушку индуктивности никогда не падает до нуля. Он обеспечивает максимальную выходную мощность. Это дает лучшую производительность.
В импульсном регуляторе ток прерывистого режима через катушку индуктивности падает до нуля. Это дает лучшую производительность при низком выходном токе.
Переключение топологий
Он имеет два типа топологий: диэлектрическая изоляция и неизоляция.
Изолировано
Он основан на радиации и интенсивной среде. Опять же, изолированные преобразователи подразделяются на два типа, включая следующие.
- Обратноходовые преобразователи
- Прямые преобразователи
В перечисленных выше изолированных преобразователях речь идет об импульсных источниках питания.
Без изоляции
Он основан на небольших изменениях Vout/Vin. Примеры: повышающий регулятор напряжения (Boost) — повышает входное напряжение; Step Down (Buck) – понижает входное напряжение; Step up/ Step Down (повышающий/понижающий) Регулятор напряжения – понижает, повышает или инвертирует входное напряжение в зависимости от контроллера; Зарядный насос — он обеспечивает кратное количество входных данных без использования катушки индуктивности.
Опять же, неизолированные преобразователи подразделяются на разные типы, однако наиболее важными из них являются
- Понижающий преобразователь или понижающий регулятор напряжения
- Повышающий преобразователь или повышающий регулятор напряжения
- Понижающий или повышающий преобразователь
Преимущества переключения топологий
Основными преимуществами импульсного блока питания являются эффективность, размер и вес. Это также более сложная конструкция, способная работать с более высокой энергоэффективностью. Импульсный регулятор напряжения может обеспечивать выходное напряжение, которое больше или меньше входного напряжения или инвертирует его.
Недостатки переключения топологий
- Более высокое выходное пульсирующее напряжение
- Медленнее временное время восстановления
- EMI производит очень шумный выходной сигнал
- Очень дорого
Повышающие импульсные преобразователи, также называемые повышающими импульсными стабилизаторами, обеспечивают более высокое выходное напряжение за счет повышения входного напряжения. Выходное напряжение регулируется до тех пор, пока потребляемая мощность находится в пределах спецификации выходной мощности схемы. Для управления цепочками светодиодов используется повышающий импульсный регулятор напряжения.
Повышающие регуляторы напряжения
Предположим, что схема без потерь Pin = Pout (входная и выходная мощности одинаковы)
Из этого следует, что в этой цепи
- Полномочия остаются прежними.
- Напряжение увеличивается
- Текущее снижение
- Эквивалентно трансформатору постоянного тока
Понижающий (понижающий) регулятор напряжения
Снижает входное напряжение.
Понижающие регуляторы напряжения
Если входная мощность равна выходной мощности, то
Понижающий преобразователь эквивалентен трансформатору постоянного тока, в котором коэффициент трансформации находится в диапазоне 0–1.
Шаг вверх/вниз (повышение/понижение)
Он также называется инвертором напряжения. Используя эту конфигурацию, можно повышать, понижать или инвертировать напряжение в соответствии с требованиями.
- Полярность выходного напряжения противоположна входному.
- Это достигается за счет того, что VL смещает диод обратного смещения в прямом направлении во время выключения, создавая ток и заряжая конденсатор для выработки напряжения во время выключения
- Используя этот тип импульсного регулятора, можно достичь эффективности 90 %.
Регуляторы напряжения генератора
Генератор переменного тока вырабатывает ток, необходимый для обеспечения электропотребления автомобиля при работающем двигателе. Он также восполняет энергию, которая используется для запуска автомобиля. Генератор переменного тока может производить больший ток на более низких скоростях, чем генераторы постоянного тока, которые когда-то использовались в большинстве транспортных средств. Генератор состоит из двух частей
Регулятор напряжения генератора
Статор — это неподвижный компонент, который не движется. Он содержит набор электрических проводников, намотанных в витках 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 использованием возбудителя.
Электронный регулятор напряжения
Простой регулятор напряжения можно сделать из резистора, включенного последовательно с диодом (или группой диодов). Из-за логарифмической формы кривых V-I диода напряжение на диоде изменяется незначительно из-за изменений потребляемого тока или изменений на входе. Когда точное управление напряжением и эффективность не важны, эта конструкция может работать нормально.
Электронный регулятор напряжения
Транзисторный регулятор напряжения
Электронные регуляторы напряжения имеют источник нестабильного опорного напряжения, обеспечиваемый стабилитроном, который также известен как рабочий диод с обратным напряжением пробоя. Он поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока. Напряжение пульсаций переменного тока блокируется, но фильтр не может быть заблокирован. Регулятор напряжения также имеет дополнительную схему защиты от короткого замыкания и схему ограничения тока, защиту от перенапряжения и отключение при перегреве.
Основные параметры регуляторов напряжения
- Основные параметры, которые необходимо учитывать при эксплуатации регулятора напряжения, в основном включают напряжение i/p, напряжение o/p, а также ток o/p. Как правило, все эти параметры в основном используются для определения того, соответствует топология типа ВР или нет ИС пользователя.
- Другие параметры этого регулятора: частота переключения, ток покоя; Термическое сопротивление напряжения обратной связи может применяться в зависимости от требований
- Ток покоя имеет большое значение, если главной проблемой является эффективность в режимах ожидания или при небольшой нагрузке.
- Поскольку частота переключения рассматривается как параметр, использование частоты переключения может привести к решениям для небольшой системы. Кроме того, тепловое сопротивление может быть опасным для отвода тепла от устройства, а также для рассеивания тепла из системы.
- Если в контроллере есть полевой МОП-транзистор, впоследствии все кондуктивные и динамические потери будут рассеиваться внутри корпуса, и их необходимо учитывать при измерении максимальной температуры регулятора.
- Наиболее важным параметром является напряжение обратной связи, так как от него зависит меньшее напряжение вывода/размыкания, которое может удерживать микросхема. 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, приоритеты системы и т. д. Некоторые дополнительные ключевые функции, такие как включение управления или индикация питания.
- Когда разработчик описал эти потребности, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство для удовлетворения предпочтительных потребностей.
- Для дизайнеров эта таблица очень ценна, поскольку она предоставляет несколько функций, а также пакеты, которые можно получить, чтобы соответствовать необходимым параметрам в соответствии с требованиями дизайнера.
- Устройства MPS доступны с их таблицами данных, которые подробно описывают необходимые внешние детали, как измерить их значения, чтобы получить стабильную, эффективную конструкцию с высокой производительностью.
- Это техническое описание в основном помогает в измерении значений таких компонентов, как выходная емкость, сопротивление обратной связи, индуктивность выходного каскада и т. д.
- Кроме того, вы можете использовать некоторые инструменты моделирования, такие как программное обеспечение MPSmart/DC/DC Designer и т. д. MPS предлагает различные стабилизаторы напряжения с компактными линейными, различными эффективными и переключающими типами, такие как семейство MP171x, семейство HF500-x, MPQ4572-AEC1, MP28310, MP20056 и MPQ2013-AEC1.
Ограничения/недостатки
Ограничения регуляторов напряжения включают следующее.
- Одним из основных ограничений стабилизатора напряжения является его неэффективность из-за рассеивания огромного тока в некоторых приложениях.
- Падение напряжения на этой ИС аналогично падению напряжения на резисторе. Например, если на входе регулятора напряжения 5 В, а на выходе оно равно 3 В, то падение напряжения между двумя клеммами составит 2 В.
- Эффективность регулятора может быть ограничена до 3 В или 5 В, что означает, что эти регуляторы применимы с меньшим количеством перепадов напряжения/выхода.
- В любом приложении очень важно учитывать ожидаемое рассеивание мощности стабилизатора, поскольку при высоком входном напряжении рассеивание мощности будет высоким, что может привести к повреждению различных компонентов из-за перегрева.
- Еще одно ограничение заключается в том, что они просто способны к понижающему преобразованию по сравнению с типами переключения, поскольку эти регуляторы обеспечивают понижающее преобразование и преобразование.
- Регуляторы типа импульсного типа очень эффективны, однако у них есть некоторые недостатки, такие как экономическая эффективность по сравнению с регуляторами линейного типа, более сложные, большие размеры и могут создавать больше шума, если их внешние компоненты выбраны неосторожно.
Это все о различных типах регуляторов напряжения и их принципе работы. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять эту концепцию. Кроме того, по любым вопросам, касающимся этой статьи или любой помощи в реализации проектов в области электротехники и электроники, вы можете обратиться к нам, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вопрос к вам — Где мы будем использовать регулятор напряжения генератора?
Читайте также:
