Κυκλώματα ρυθμιστή τάσης

Ο ρυθμιστής τάσης, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι ένα κύκλωμα που χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της τάσης. Η ρυθμιζόμενη τάση είναι ομαλή παροχή τάσης, χωρίς θόρυβο ή διαταραχή. Η έξοδος από τον ρυθμιστή τάσης είναι ανεξάρτητη από το ρεύμα φορτίου, τη θερμοκρασία και τη μεταβολή της γραμμής AC. Οι ρυθμιστές τάσης υπάρχουν σχεδόν σε όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές ή οικιακές συσκευές όπως τηλεόραση, ψυγείο, υπολογιστής κ.λπ., για τη σταθεροποίηση της τάσης τροφοδοσίας.

Βασικά, ο ρυθμιστής τάσης ελαχιστοποιεί τη διακύμανση της τάσης για την προστασία της συσκευής. Στο ηλεκτρικό σύστημα διανομής, οι ρυθμιστές τάσης βρίσκονται είτε σε γραμμές τροφοδοσίας είτε σε υποσταθμό. Υπάρχουν δύο τύποι ρυθμιστών που χρησιμοποιούνται σε αυτήν τη γραμμή, ο ένας είναι ο ρυθμιστής βημάτων, στον οποίο οι διακόπτες ρυθμίζουν την τρέχουσα τροφοδοσία. Ένας άλλος είναι ο επαγωγικός ρυθμιστής, ο οποίος είναι ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό μηχάνημα παρόμοιο με έναν επαγωγικό κινητήρα που παρέχει ισχύ ως δευτερεύουσα πηγή. Ελαχιστοποιεί τη διακύμανση της τάσης και παρέχει σταθερή έξοδο.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι ρυθμιστών τάσης που εξηγούνται παρακάτω.

Τύποι κυκλώματος ρυθμιστή τάσης

Κύκλωμα γραμμικής τάσης ρυθμιστή

• Ρυθμιστής τάσης σειράς
• Ρυθμιστής τάσης Shunt

Κύκλωμα ρυθμιστή τάσης Zener

Κύκλωμα ρυθμιστή εναλλαγής τάσης

• Τύπος Buck
• Τύπος ώθησης
• Τύπος Buck / Boost

Κύκλωμα γραμμικής τάσης ρυθμιστή

Αυτοί είναι οι πιο συνηθισμένοι ρυθμιστές που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά για τη διατήρηση της σταθερής τάσης εξόδου. Οι γραμμικοί ρυθμιστές τάσης ενεργούν σαν κύκλωμα διαχωριστή τάσης, σε αυτήν την αντίσταση ρυθμιστή ποικίλλει σε σχέση με την αλλαγή στο φορτίο και δίνει σταθερή τάση εξόδου. Μερικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του γραμμικού ρυθμιστή τάσης δίνονται παρακάτω:

Πλεονεκτήματα

• Η τάση κυματισμού εξόδου είναι χαμηλή
• Η απόκριση είναι γρήγορη
• Λιγότερο θόρυβο

Μειονεκτήματα

• Χαμηλή απόδοση
• Απαιτείται μεγάλος χώρος
• Η τάση εξόδου θα είναι πάντα μικρότερη από την τάση εισόδου

1. Ρυθμιστής τάσης σειράς

Η μη ρυθμιζόμενη τάση είναι άμεσα ανάλογη με την πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης που συνδέεται σε σειρά και αυτή η πτώση τάσης εξαρτάται από το ρεύμα που καταναλώνεται από το φορτίο. Εάν η τρέχουσα κατανάλωση φορτίου αυξηθεί, το ρεύμα βάσης θα μειωθεί επίσης και λόγω αυτού το λιγότερο ρεύμα συλλέκτη θα ρέει μέσω του ακροδέκτη εκπομπής συλλεκτών και συνεπώς το ρεύμα μέσω φορτίου θα αυξηθεί και το αντίστροφο

Η ρυθμιζόμενη τάση εξόδου του ρυθμιστή τάσης διακλάδωσης ορίζεται ως:

V _OUT = V _Z + V _BE

Ρυθμιστής τάσης Zener

Οι ρυθμιστές τάσης Zener είναι φθηνότεροι και κατάλληλοι μόνο για κυκλώματα χαμηλής ισχύος. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές όπου η ποσότητα ισχύος που σπαταλάται κατά τη ρύθμιση δεν προκαλεί μεγάλη ανησυχία.

Μια αντίσταση, συνδέεται εν σειρά με τη δίοδο zener για να περιορίσει την ποσότητα ρεύματος που ρέει μέσω της διόδου και η τάση εισόδου Vin (η οποία πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την τάση zener) συνδέεται απέναντι όπως φαίνεται στην εικόνα και στην τάση εξόδου Vout, λαμβάνεται κατά μήκος της διόδου zener με Vout = Vz (Τάση Zener). Όπως γνωρίζουμε, η δίοδος Zener αρχίζει να λειτουργεί σε αντίστροφη κατεύθυνση όταν η εφαρμοζόμενη τάση είναι υψηλότερη από την τάση διακοπής του Zener. Έτσι, όταν αρχίζει να λειτουργεί, διατηρεί την ίδια τάση απέναντί ​​του και επαναφέρει το επιπλέον ρεύμα, παρέχοντας έτσι τη σταθερή τάση εξόδου.

Μάθετε περισσότερα για τη Zener Diode που εργάζεται εδώ.

Ρυθμιστής εναλλαγής τάσης

Υπάρχουν τρεις τύποι ρυθμιστή τάσης μεταγωγής:

• Ρυθμιστής τάσης εναλλαγής Buck ή Step-Down
• Ρυθμιστής τάσης εναλλαγής ώθησης ή αύξησης
• Ρυθμιστής τάσης μεταγωγής Buck / Boost

Ρυθμιστής τάσης εναλλαγής Buck ή Step-Down

Ένας ρυθμιστής Buck χρησιμοποιείται για να μειώσει την τάση στην έξοδο, μπορούμε ακόμη και να χρησιμοποιήσουμε το κύκλωμα διαχωριστή τάσης για να μειώσουμε την τάση εξόδου, αλλά η απόδοση του κυκλώματος διαχωριστή τάσης είναι χαμηλή, επειδή οι αντιστάσεις διαλύουν την ενέργεια ως θερμότητα. Χρησιμοποιούμε πυκνωτή, δίοδο, πηνίο και διακόπτη στο κύκλωμα. Το διάγραμμα κυκλώματος για τον ρυθμιστή τάσης μεταγωγής Buck δίνεται παρακάτω:

Όταν ο διακόπτης ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ η δίοδος παραμένει αντίστροφη και η τροφοδοσία είναι συνδεδεμένη στον επαγωγέα. Όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός, η πολικότητα του πηνίου γίνεται αντίστροφη και η δίοδος γίνεται μεροληπτική προς τα εμπρός και συνδέει τον πηνίο με τη γείωση. Στη συνέχεια, το ρεύμα μέσω του επαγωγέα μειώνεται με κλίση:

d I _L / dt = (0-V _OUT) / Λ

Ο πυκνωτής χρησιμοποιείται για να αποτρέψει την πτώση της τάσης στο μηδέν σε όλο το φορτίο. Εάν συνεχίσουμε να ανοίγουμε και να κλείνουμε το διακόπτη, η μέση τάση στο φορτίο θα είναι μικρότερη από την παρεχόμενη τάση εισόδου. Μπορείτε να ελέγξετε την τάση εξόδου μεταβάλλοντας τον κύκλο λειτουργίας της συσκευής εναλλαγής.

Τάση εξόδου = (Τάση εισόδου) * (ποσοστό χρόνου ενεργοποίησης του διακόπτη)

Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για τον μετατροπέα Buck παρά να ακολουθήσετε τον σύνδεσμο.

Ρυθμιστής τάσης εναλλαγής ώθησης ή αύξησης

Το Boost Regulator χρησιμοποιείται για την αύξηση της τάσης στο φορτίο. Το διάγραμμα κυκλώματος για ρυθμιστή ώθησης δίνεται παρακάτω:

Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, η δίοδος συμπεριφέρεται ως αντίστροφη προκατειλημμένη και το ρεύμα στον επαγωγέα συνεχίζει να αυξάνεται. Τώρα, όταν ο διακόπτης ανοίξει, ο επαγωγέας θα δημιουργήσει μια δύναμη που προκαλεί το ρεύμα να συνεχίσει να ρέει και ο πυκνωτής αρχίζει να φορτίζει. Με συνεχή ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του διακόπτη θα λάβουμε την τάση στο φορτίο υψηλότερη από την τάση εισόδου. Μπορούμε να ελέγξουμε την τάση εξόδου ελέγχοντας τον χρόνο ενεργοποίησης (Ton) του διακόπτη.

Τάση εξόδου = Τάση εισόδου / Ποσοστό χρόνου που ο διακόπτης είναι ανοιχτός

Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα σχετικά με τον μετατροπέα Boost παρά ακολουθήστε τον σύνδεσμο

Ρυθμιστής τάσης μεταγωγής Buck-Boost

Το Buck-Boost Switching Regulator είναι ο συνδυασμός τόσο του Buck όσο και του Boost Regulator, δίνει ανεστραμμένη έξοδο που μπορεί να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από την παρεχόμενη τάση εισόδου.

Όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, η δίοδος συμπεριφέρεται ως αντίστροφη μεροληπτική και ο επαγωγέας αποθηκεύει ενέργεια και όταν ο διακόπτης είναι ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΕΙΣ, αρχίζει να απελευθερώνει την ενέργεια με την αντίστροφη πολικότητα, η οποία φορτίζει τον πυκνωτή. Όταν η ενέργεια που αποθηκεύεται στον επαγωγέα γίνεται μηδέν, ο πυκνωτής αρχίζει να αποφορτίζεται στο φορτίο με αντίστροφη πολικότητα. Λόγω αυτού του ρυθμιστή ενίσχυσης buck ονομάζεται επίσης ως ρυθμιστής αντιστροφής.

Η τάση εξόδου ορίζεται ως

Vout = Vin (D / 1-D) Πού, D είναι ο κύκλος λειτουργίας

Επομένως, εάν ο κύκλος λειτουργίας είναι χαμηλός, ο ρυθμιστής συμπεριφέρεται ως ρυθμιστής Buck και όταν ο κύκλος λειτουργίας είναι υψηλός, ο ρυθμιστής συμπεριφέρεται ως ρυθμιστής ενίσχυσης.

Πρακτικό παράδειγμα για κυκλώματα ρυθμιστή

Κύκλωμα θετικής γραμμικής τάσης

Έχουμε σχεδιάσει ένα κύκλωμα ρυθμιστή θετικής γραμμικής τάσης χρησιμοποιώντας 7805 IC. Αυτό το IC διαθέτει όλα τα κυκλώματα για να παρέχει την τροφοδοσία 5volt. Η τάση εισόδου πρέπει να είναι τουλάχιστον 2v από την ονομαστική τιμή, όπως για το LM7805, πρέπει τουλάχιστον να παρέχουμε 7v

Μη ρυθμιζόμενη τάση εισόδου παρέχεται στο IC και λαμβάνουμε ρυθμιζόμενη τάση στο τερματικό εξόδου. Το όνομα του IC καθορίζει τη λειτουργία του, το 78 αντιπροσωπεύει το θετικό σύμβολο και το 05 αντιπροσωπεύει την τιμή της ρυθμιζόμενης τάσης εξόδου. Όπως βλέπετε στο διάγραμμα κυκλώματος δίνουμε 9V στο 7805IC και ρυθμίζουμε + 5V στην έξοδο. Ο πυκνωτής C1 και C2 χρησιμοποιούνται για διήθηση.

Κύκλωμα ρυθμιστή τάσης Zener

Εδώ, έχουμε σχεδιάσει έναν ρυθμιστή τάσης Zener χρησιμοποιώντας 5.1V της διόδου Zener. Η δίοδος Zener λειτουργεί ως αισθητήριο στοιχείο. Όταν η τάση τροφοδοσίας υπερβαίνει την τάση διακοπής, αρχίζει να λειτουργεί σε αντίστροφη κατεύθυνση και διατηρεί την ίδια τάση απέναντί ​​της και επαναφέρει το επιπλέον ρεύμα, παρέχοντας έτσι τη σταθερή τάση εξόδου. Σε αυτό το κύκλωμα δίνουμε 9V τάσης εισόδου και λαμβάνουμε σχεδόν 5,1 τάση ρυθμιζόμενης εξόδου.