Вериги на регулатора на напрежението

Регулаторът на напрежението, както подсказва името, е верига, която се използва за регулиране на напрежението. Регулираното напрежение е плавно подаване на напрежение, без шум или смущения. Изходът от регулатора на напрежението е независим от тока на натоварване, температурата и промяната на променливата линия. Регулаторите на напрежение присъстват в почти всяка електроника или домакински уреди като телевизор, хладилник, компютър и др., За да стабилизират захранващото напрежение.

По принцип регулаторът на напрежението минимизира промяната в напрежението, за да защити устройството. В електрическата разпределителна система регулаторите на напрежението са или в захранващи линии, или в подстанция. В тази линия се използват два вида регулатори, единият е стъпков регулатор, в който превключвателите регулират текущото захранване. Друг е индукционният регулатор, който е променлива електрическа машина, подобна на асинхронен двигател, доставя енергия като вторичен източник. Той минимизира варирането на напрежението и осигурява стабилна мощност.

Има различни видове регулатори на напрежение, които са обяснени по-долу.

Видове верига на регулатора на напрежението

Верига на линейно напрежение

• Регулатор на напрежение от серия
• Регулатор на напрежението на шунта

Верига на регулатора на напрежението на Zener

Схема на превключващ регулатор на напрежение

• Тип Buck
• Тип усилване
• Тип Buck / Boost

Верига на линейно напрежение

Това са най-често срещаните регулатори, използвани в електрониката за поддържане на стабилно изходно напрежение. Линейните регулатори на напрежението действат като верига на делителя на напрежението, при което съпротивлението на регулатора варира по отношение на промяната в товара и дава постоянно изходно напрежение. Някои предимства и недостатъци на линейния регулатор на напрежение са дадени по-долу:

Предимства

• Изходното напрежение на пулсации е ниско
• Отговорът е бърз
• По-малко шум

Недостатъци

• Ниска ефективност
• Изисква се голямо пространство
• Изходното напрежение винаги ще бъде по-малко от входното напрежение

1. Регулатор на напрежение от серия

Нерегулираното напрежение е право пропорционално на спада на напрежението на последователно свързаното съпротивление и това спадане на напрежението зависи от тока, консумиран от товара. Ако текущата консумация на товар се увеличи, базовият ток също ще намалее и поради това по-малко токът на колектора ще тече през клемата на колекторния емитер и следователно токът през товара ще се увеличи и обратно.

Регулираното изходно напрежение на регулатора на шунтиращото напрежение се определя като:

V _OUT = V _Z + V _BE

Zener регулатор на напрежението

Zener регулаторите на напрежение са по-евтини и са подходящи само за вериги с ниска мощност. Може да се използва в приложения, при които количеството енергия, загубено по време на регулирането, не е от голямо значение.

Резистор е свързан последователно с ценеровия диод, за да се ограничи количеството ток, преминаващ през диода и входното напрежение Vin (което трябва да е по-голямо от ценеровото напрежение) е свързано, както е показано на изображението и изходното напрежение Vout, се отвежда през ценеровия диод с Vout = Vz (ценерово напрежение). Както знаем, Zener диодът започва да провежда в обратна посока, когато приложеното напрежение е по-високо от напрежението на пробив на Zener. Така че, когато започне да провежда, той поддържа същото напрежение през него и връща обратно допълнителния ток, като по този начин осигурява стабилно изходно напрежение.

Научете повече за Zener Diode, работещ тук.

Превключващ регулатор на напрежението

Има три вида импулсен регулатор на напрежение:

• Регулатор на превключващо напрежение Buck или Step-Down
• Регулатор на напрежение за усилване или засилване
• Регулатор на напрежение за превключване Buck / Boost

Регулатор на превключващо напрежение Buck или Step-Down

За понижаване на напрежението на изхода се използва регулатор Buck, можем дори да използваме веригата на делителя на напрежението, за да намалим изходното напрежение, но ефективността на веригата на делителя на напрежението е ниска, тъй като резисторите разсейват енергията като топлина. Използваме кондензатор, диод, индуктор и превключвател във веригата. Схемата на веригата за Buck Switching Voltage Regulator е дадена по-долу:

Когато превключвателят е включен, диодът остава обърнат, а захранването е свързано към индуктора. Когато ключът е отворен, полярността на индуктора се обръща и диодът се придвижва напред и свързва индуктора към земята. Тогава токът през индуктора намалява с наклон:

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

Кондензаторът се използва за предотвратяване на спадане на напрежението до нула в товара. Ако продължим да отваряме и затваряме превключвателя, средното напрежение в товара ще бъде по-малко от подаваното входно напрежение. Можете да контролирате изходното напрежение чрез промяна на работния цикъл на комутационното устройство.

Изходно напрежение = (входно напрежение) * (процент от времето, през което превключвателят е включен)

Ако искате да научите повече за Buck converter, отколкото следвайте връзката.

Регулатор на напрежение за усилване или засилване

Регулаторът на усилването се използва за увеличаване на напрежението в товара. Схемата на веригата за усилващ регулатор е дадена по-долу:

Когато ключът е затворен, диодът се държи като обърнат пристрастен и токът през индуктора продължава да се увеличава. Сега, когато ключът е отворен, индукторът ще създаде сила, караща тока да продължи да тече и кондензаторът започва да се зарежда. При непрекъснато включване и изключване на превключвателя ще получим напрежението при товара по-високо от входното напрежение. Можем да контролираме изходното напрежение, като контролираме времето за включване (тон) на превключвателя.

Изходно напрежение = Входно напрежение / Процент от времето, през което ключът е отворен

Ако искате да научите повече за Boost converter, следвайте връзката.

Регулатор на превключващо напрежение Buck-Boost

Превключвателният регулатор Buck-Boost е комбинацията както от Buck, така и от Boost регулатор, той дава обърнат изход, който може да бъде по-голям или по-малък от подаваното входно напрежение.

Когато превключвателят е включен, диодът се държи като обърнат пристрастен и индукторът съхранява енергия и когато превключвателят е изключен, индукторът започва да освобождава енергията с обратна полярност, която зарежда кондензатора. Когато енергията, съхранявана в индуктор, стане нула, кондензаторът започва да се разрежда в товара с обратна полярност. Благодарение на този регулатор на усилване, наричан още инвертиращ регулатор.

Изходното напрежение се определя като

Vout = Vin (D / 1-D) Къде, D е дежурният цикъл

Следователно, ако дежурният цикъл е нисък, регулаторът се държи като Buck регулатор, а когато дежурният цикъл е висок, регулаторът се държи като регулатор на усилването.

Практически пример за регулаторни вериги

Положителна верига на регулатора на линейно напрежение

Проектирахме положителна верига на линейния регулатор на напрежение, използвайки 7805 IC. Тази интегрална схема има всички схеми, за да осигури 5-волтово регулирано захранване. Входното напрежение трябва да бъде най-малко повече от 2v от номиналната стойност, както при LM7805, трябва да осигурим поне 7v.

Нерегулираното входно напрежение се подава към интегралната схема и ние получаваме регулирано напрежение на изходния терминал. Името на IC определя неговата функция, 78 представлява положителния знак, а 05 представлява стойността на регулираното изходно напрежение. Както виждате на схемата, ние даваме 9V на 7805IC и получаваме регулиране + 5V на изхода. Кондензаторът C1 и C2 се използва за филтриране.

Верига на регулатора на напрежението на Zener

Тук сме проектирали Zener Voltage Regulator, използвайки 5.1V от Zener диод. Ценеровият диод работи като чувствителен елемент. Когато захранващото напрежение надвишава неговото напрежение на пробив, неговото стартиране се провежда в обратна посока и поддържа същото напрежение през него и връща обратно допълнителния ток, като по този начин осигурява стабилно изходно напрежение. В тази схема даваме 9V входно напрежение и получаваме почти 5,1 напрежение с регулиран изход.