Obwody regulatora napięcia

Regulator napięcia, jak sama nazwa wskazuje, jest obwodem służącym do regulacji napięcia. Napięcie regulowane to płynne dostarczanie napięcia, wolne od szumów i zakłóceń. Wyjście z regulatora napięcia jest niezależne od prądu obciążenia, temperatury i wahań linii AC. Regulatory napięcia są obecne w prawie każdym sprzęcie elektronicznym lub gospodarstwie domowym, takim jak telewizor, lodówka, komputer itp., Aby ustabilizować napięcie zasilania.

Zasadniczo regulator napięcia minimalizuje wahania napięcia, aby chronić urządzenie. W systemie dystrybucji energii regulatory napięcia znajdują się w liniach zasilających lub w podstacji. W tej linii stosowane są dwa rodzaje regulatorów, jeden to regulator krokowy, w którym przełączniki regulują dopływ prądu. Kolejnym jest regulator indukcyjny, który jest przemienną maszyną elektryczną podobną do silnika indukcyjnego, która dostarcza energię jako źródło wtórne. Minimalizuje wahania napięcia i zapewnia stabilną moc wyjściową.

Istnieją różne typy regulatorów napięcia, które opisano poniżej.

Rodzaje obwodów regulatora napięcia

Obwód regulatora napięcia liniowego

• Szeregowy regulator napięcia
• Bocznikowy regulator napięcia

Obwód regulatora napięcia Zenera

Przełączanie obwodu regulatora napięcia

• Typ Buck
• Typ doładowania
• Typ Buck / Boost

Obwód regulatora napięcia liniowego

Są to najpowszechniejsze regulatory używane w elektronice do utrzymywania stałego napięcia wyjściowego. Liniowe regulatory napięcia działają jak obwód dzielnika napięcia, w tym regulatorze rezystancja zmienia się w zależności od zmiany obciążenia i zapewnia stałe napięcie wyjściowe. Poniżej podano niektóre zalety i wady liniowego regulatora napięcia:

Zalety

• Napięcie tętnienia wyjściowego jest niskie
• Odpowiedź jest szybka
• Mniej hałasu

Niedogodności

• Słaba efektywność
• Wymagana duża przestrzeń
• Napięcie wyjściowe będzie zawsze niższe niż napięcie wejściowe

1. Seria regulatorów napięcia

Nieregulowane napięcie jest wprost proporcjonalne do spadku napięcia na rezystorze połączonym szeregowo, a ten spadek napięcia zależy od prądu pobieranego przez obciążenie. Jeśli pobór prądu obciążenia wzrośnie, prąd bazowy również się zmniejszy i z tego powodu mniejszy prąd kolektora będzie przepływał przez zacisk kolektora-emiter, a tym samym prąd przepływający przez obciążenie wzrośnie i odwrotnie.

Regulowane napięcie wyjściowe bocznikowego regulatora napięcia definiuje się jako:

V _OUT = V _Z + V _BE

Regulator napięcia Zenera

Regulatory napięcia Zenera są tańsze i nadają się tylko do obwodów małej mocy. Może być stosowany w zastosowaniach, w których ilość mocy traconej podczas regulacji nie stanowi większego problemu.

Rezystor jest połączony szeregowo z diodą Zenera, aby ograniczyć ilość prądu przepływającego przez diodę, a napięcie wejściowe Vin (które musi być większe niż napięcie Zenera) jest połączone w poprzek, jak pokazano na obrazku, a napięcie wyjściowe Vout, przebiega przez diodę Zenera z Vout = Vz (napięcie Zenera). Jak wiemy, dioda Zenera zaczyna przewodzić w odwrotnym kierunku, gdy przyłożone napięcie jest wyższe niż napięcie przebicia Zenera. Kiedy więc zaczyna przewodzić, utrzymuje na nim to samo napięcie i przepływa z powrotem dodatkowy prąd, zapewniając w ten sposób stabilne napięcie wyjściowe.

Dowiedz się więcej o działaniu diody Zenera tutaj.

Przełączanie regulatora napięcia

Istnieją trzy rodzaje przełączających regulatorów napięcia:

• Regulator napięcia przełączający Buck lub obniżający napięcie
• Wzmocnienie lub podwyższenie przełączania regulatora napięcia
• Regulator napięcia przełączający Buck / Boost

Regulator napięcia przełączający Buck lub obniżający napięcie

Regulator Buck służy do obniżania napięcia na wyjściu, możemy nawet użyć obwodu dzielnika napięcia, aby zmniejszyć napięcie wyjściowe, ale wydajność obwodu dzielnika napięcia jest niska, ponieważ rezystory rozpraszają energię w postaci ciepła. W obwodzie wykorzystujemy kondensator, diodę, cewkę i przełącznik. Schemat obwodu regulatora napięcia przełączającego Buck przedstawiono poniżej:

Gdy przełącznik jest w pozycji ON, dioda pozostaje spolaryzowana odwrotnie, a zasilanie jest podłączone do cewki. Gdy przełącznik jest otwarty, polaryzacja cewki indukcyjnej ulega odwróceniu, a dioda zostaje spolaryzowana do przodu i łączy cewkę z masą. Następnie prąd płynący przez cewkę maleje wraz ze spadkiem:

d I _L / dt = (0-V _OUT) / L

Kondensator służy do zapobiegania spadkowi napięcia do zera na obciążeniu. Jeśli będziemy nadal otwierać i zamykać przełącznik, średnie napięcie na obciążeniu będzie mniejsze niż dostarczone napięcie wejściowe. Możesz kontrolować napięcie wyjściowe, zmieniając cykl pracy urządzenia przełączającego.

Napięcie wyjściowe = (napięcie wejściowe) * (procent czasu, w którym przełącznik jest włączony)

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o konwerterze Buck, skorzystaj z linku.

Wzmocnienie lub podwyższenie przełączania regulatora napięcia

Regulator doładowania służy do podwyższania napięcia na obciążeniu. Schemat obwodu regulatora doładowania przedstawiono poniżej:

Gdy przełącznik jest zamknięty, dioda zachowuje się jak spolaryzowana odwrotnie, a prąd na cewce stale rośnie. Teraz, gdy przełącznik jest otwarty, cewka indukcyjna wytworzy siłę powodującą przepływ prądu i rozpoczęcie ładowania kondensatora. Poprzez ciągłe włączanie i wyłączanie przełącznika otrzymamy przy obciążeniu napięcie wyższe niż napięcie wejściowe. Możemy kontrolować napięcie wyjściowe, kontrolując czas włączenia (Ton) przełącznika.

Napięcie wyjściowe = napięcie wejściowe / procent czasu, w którym przełącznik jest otwarty

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o konwerterze Boost, skorzystaj z linku.

Regulator napięcia przełączania Buck-Boost

Regulator przełączający Buck-Boost jest połączeniem regulatora Buck-Boost i zapewnia odwróconą moc wyjściową, która może być większa lub mniejsza niż dostarczane napięcie wejściowe.

Gdy przełącznik jest w pozycji ON dioda zachowuje się jak spolaryzowana odwrotnie i cewka indukcyjna magazynuje energię, a gdy wyłącznik jest wyłączony cewka zaczyna uwalniać energię z odwrotną polaryzacją, która ładuje kondensator. Kiedy energia zmagazynowana w cewce osiągnie zero, kondensator zacznie się rozładowywać do obciążenia z odwrotną polaryzacją. Ze względu na ten regulator buck-boost nazywany również regulatorem odwracającym.

Napięcie wyjściowe jest zdefiniowane jako

Vout = Vin (D / 1-D) Gdzie, D to cykl pracy

Stąd, jeśli cykl pracy jest niski, regulator zachowuje się jak regulator Buck, a gdy cykl pracy jest wysoki, regulator zachowuje się jak regulator doładowania.

Praktyczny przykład obwodów regulatora

Obwód dodatniego liniowego regulatora napięcia

Zaprojektowaliśmy dodatni liniowy obwód regulatora napięcia wykorzystujący układ 7805. Ten układ scalony ma wszystkie obwody zapewniające regulowane zasilanie 5 V. Napięcie wejściowe powinno być co najmniej większe niż 2 V od wartości znamionowej, tak jak dla LM7805 powinniśmy zapewnić co najmniej 7 V.

Nieregulowane napięcie wejściowe jest dostarczane do układu scalonego, a na zacisku wyjściowym otrzymujemy regulowane napięcie. Nazwa układu określa jego funkcję, 78 to znak dodatni, a 05 to wartość regulowanego napięcia wyjściowego. Jak widać na schemacie obwodu, podajemy 9V do 7805IC i regulujemy + 5V na wyjściu. Do filtracji służą kondensatory C1 i C2.

Obwód regulatora napięcia Zenera

Tutaj zaprojektowaliśmy regulator napięcia Zenera wykorzystujący 5,1 V diody Zenera. Jako element czujnikowy działa dioda Zenera. Kiedy napięcie zasilania przekracza swoje napięcie przebicia, zaczyna przewodzić w odwrotnym kierunku i utrzymuje na nim to samo napięcie i przepływa z powrotem dodatkowy prąd, zapewniając w ten sposób stabilne napięcie wyjściowe. W tym obwodzie podajemy 9V napięcia wejściowego i otrzymujemy prawie 5,1 napięcia wyjściowego stabilizowanego.