Pelbagai Jenis Pengatur Voltan dengan Prinsip Kerja

Dalam bekalan kuasa, pengatur voltan memainkan peranan penting. Jadi sebelum membincangkan a pengatur voltan , kita harus tahu bahawa apa peranan bekalan kuasa semasa merancang sistem ?. Sebagai contoh, dalam mana-mana sistem kerja seperti telefon pintar, jam tangan, komputer, atau komputer riba, bekalan kuasa adalah bahagian penting untuk berfungsi sistem burung hantu, kerana ia menyediakan bekalan yang konsisten, boleh dipercayai, dan berterusan ke komponen dalam sistem. Dalam peranti elektronik, bekalan kuasa memberikan daya yang stabil dan terkawal untuk menjalankan litar dengan betul. Sumber bekalan kuasa adalah dua jenis seperti bekalan kuasa AC yang diperoleh dari saluran utama dan bekalan kuasa DC yang diperoleh dari bateri. Oleh itu, artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan pelbagai jenis pengatur voltan dan cara kerjanya.

Apa itu Pengatur Voltan?

Pengatur voltan digunakan untuk mengatur tahap voltan. Apabila voltan yang stabil dan boleh dipercayai diperlukan, maka pengatur voltan adalah peranti pilihan. Ia menghasilkan voltan keluaran tetap yang tetap berterusan untuk sebarang perubahan dalam voltan input atau keadaan beban. Ia berfungsi sebagai penyangga untuk melindungi komponen daripada kerosakan. A pengatur voltan adalah peranti dengan reka bentuk pemakanan ringkas dan menggunakan gelung kawalan maklum balas negatif.

Pengatur Voltan

Terdapat terutamanya dua jenis pengatur voltan: Pengatur voltan linier dan pengatur voltan beralih ini digunakan dalam aplikasi yang lebih luas. Pengatur voltan linear adalah jenis pengatur voltan yang paling mudah. Ia tersedia dalam dua jenis, yang ringkas dan digunakan dalam sistem voltan rendah dengan kuasa rendah. Mari kita bincangkan pelbagai jenis pengatur voltan.

The komponen utama yang digunakan dalam pengatur voltan adalah

• Litar Maklum Balas
• Voltan Rujukan Stabil
• Litar Kawalan Elemen Lulus

Proses pengawalan voltan sangat mudah dengan menggunakan tiga perkara di atas komponen . Komponen pertama pengatur voltan seperti litar maklum balas digunakan untuk mengesan perubahan dalam output voltan DC. Berdasarkan voltan rujukan serta maklum balas, isyarat kawalan dapat dihasilkan dan mendorong Elemen Lulus untuk membayar perubahan.

Di sini, elemen lulus adalah satu jenis keadaan pepejal peranti semikonduktor serupa dengan transistor BJT, PN-Junction Diode sebaliknya MOSFET. Sekarang, voltan keluaran DC dapat dikekalkan hampir stabil.

Kerja Pengatur Voltan

Litar pengatur voltan digunakan untuk membuat dan mengekalkan voltan keluaran tetap walaupun voltan input sebaliknya keadaan beban berubah. Pengatur voltan mendapat voltan dari bekalan kuasa dan ia dapat dikekalkan dalam jarak yang sesuai dengan baki yang lain komponen elektrik . Selalunya pengatur ini digunakan untuk menukar kuasa DC / DC, AC / AC sebaliknya AC / DC.

Jenis Pengatur Voltan dan Cara Kerja mereka

Pengawal selia ini dapat dilaksanakan melalui litar bersepadu atau litar komponen diskrit. Pengatur voltan dikelaskan kepada dua jenis iaitu pengatur voltan linear & pengatur voltan beralih. Pengatur ini terutama digunakan untuk mengatur voltan sistem, namun pengatur linier berfungsi dengan efisiensi rendah dan juga pengatur beralih yang berfungsi melalui efisiensi tinggi. Dalam menukar pengatur dengan kecekapan tinggi, sebagian besar daya i / p dapat disalurkan ke o / p tanpa pembuangan.

Jenis Pengatur Voltan

Pada dasarnya, terdapat dua jenis pengatur voltan: Pengatur voltan linier dan pengatur voltan beralih.

• Terdapat dua jenis pengatur voltan Linear: Seri dan Shunt.
• Terdapat tiga jenis pengatur voltan Switching: Step up, Step down, dan Inverter voltage regulator.

Pengatur Voltan Linear

Pengatur Linear bertindak sebagai pembahagi voltan. Di wilayah Ohmic, ia menggunakan FET. Rintangan pengatur voltan berbeza dengan beban sehingga menghasilkan voltan keluaran yang tetap. Pengatur voltan linier adalah jenis pengatur asli yang digunakan untuk mengatur bekalan kuasa. Dalam pengatur jenis ini, kekonduksian berubah-ubah elemen lulus aktif seperti a MOSFET atau BJT dipertanggungjawabkan untuk mengubah voltan keluaran.

Setelah beban bersekutu, perubahan pada input apa pun sebaliknya beban akan mengakibatkan perbezaan arus sepanjang transistor untuk mengekalkan output tetap. Untuk mengubah arus transistor, ia harus diusahakan di kawasan aktif Ohmic.

Sepanjang prosedur ini, pengatur jenis ini menghilangkan banyak tenaga kerana voltan bersih dijatuhkan di dalam transistor untuk hilang seperti panas. Secara amnya, pengawal selia ini dikategorikan ke dalam kategori yang berbeza.

• Positif Boleh Laras
• Negatif Boleh Diselaraskan
• Keluaran Tetap
• Penjejakan
• Terapung

Kelebihan

The kelebihan pengatur voltan linear sertakan perkara berikut.

• Memberi voltan riak output rendah
• Masa tindak balas yang cepat untuk memuatkan atau mengubah baris
• Gangguan elektromagnetik yang rendah dan bunyi yang kurang

Kekurangan

The kelemahan pengatur voltan linear sertakan perkara berikut.

• Kecekapan sangat rendah
• Memerlukan ruang yang besar - heatsink diperlukan
• Voltan di atas input tidak dapat ditingkatkan

Pengatur Voltan Siri

Pengatur voltan siri menggunakan elemen pemboleh ubah yang diletakkan secara bersiri dengan beban. Dengan mengubah rintangan elemen siri itu, voltan yang turun di atasnya dapat diubah. Dan, voltan merentasi beban tetap.

Jumlah arus yang diambil berkesan digunakan oleh beban ini adalah kelebihan utama dari pengatur voltan siri . Walaupun beban tidak memerlukan arus, pengatur siri tidak menarik arus penuh. Oleh itu, pengatur siri jauh lebih efisien daripada pengatur voltan shunt.

Pengatur Voltan Shunt

Jeritan pengatur voltan berfungsi dengan menyediakan jalan dari voltan bekalan ke tanah melalui rintangan berubah-ubah. Arus melalui pengatur shunt telah mengalihkan diri dari beban dan mengalir sia-sia ke tanah, menjadikan bentuk ini biasanya kurang efisien daripada pengatur seri. Walau bagaimanapun, lebih sederhana, kadang-kadang hanya terdiri daripada diod rujukan voltan, dan digunakan dalam litar berkuasa rendah di mana arus yang terbuang terlalu kecil untuk menjadi perhatian. Bentuk ini sangat biasa untuk litar rujukan voltan. Pengatur shunt biasanya hanya dapat menyerap (menyerap) arus.

Aplikasi Pengawal Shunt

Pengatur Shunt digunakan dalam:

• Bekalan Kuasa Tukar Voltan Output Rendah
• Litar Sumber dan Tenggelam Semasa
• Penguat Ralat
• Voltan Boleh Laras atau Linear dan Suis Semasa Bekalan kuasa
• Pemantauan Voltan
• Litar Analog dan Digital yang memerlukan rujukan tepat
• Pembatas arus ketepatan

Pengatur Voltan Beralih

Pengatur beralih menghidupkan dan mematikan peranti siri dengan pantas. Kitaran tugas suis menetapkan jumlah caj yang dipindahkan ke beban. Ini dikendalikan oleh mekanisme maklum balas yang serupa dengan pengatur linier. Pengatur pengalihan adalah berkesan kerana elemen siri sama ada sepenuhnya dikendalikan atau dimatikan kerana ia menghilangkan hampir tidak ada daya. Pengatur beralih dapat menghasilkan voltan output yang lebih tinggi daripada voltan masukan atau kekutuban yang berlawanan, tidak seperti pengatur linier.

Pengatur voltan beralih menghidupkan dan mematikan dengan cepat untuk mengubah output. Ia memerlukan pengayun kawalan dan juga mengecas komponen penyimpanan.

Dalam pengatur peralihan dengan modulasi denyut nadi frekuensi yang berbeza-beza, putaran tugas tetap dan spektrum kebisingan yang dikenakan oleh PRM berbeza, lebih sukar untuk menyaring kebisingan itu.

Pengatur beralih dengan Modulasi Lebar Nadi , frekuensi tetap, kitaran tugas yang berbeza-beza, cekap dan mudah menyaring bunyi.
Dalam pengatur peralihan, arus mod berterusan melalui induktor tidak pernah turun ke sifar. Ia membenarkan daya output tertinggi. Ia memberikan prestasi yang lebih baik.

Dalam pengatur peralihan, arus mod tak putus melalui induktor turun ke sifar. Ia memberikan prestasi yang lebih baik apabila arus keluaran rendah.

Menukar Topologi

Ia mempunyai dua jenis topologi: Pengasingan dielektrik dan Non-pengasingan.

Terpencil

Ia berdasarkan radiasi dan persekitaran yang kuat. Sekali lagi, penukar terpencil dikelaskan kepada dua jenis yang merangkumi yang berikut.

• Penukar Flyback
• Penukar Maju

Dalam penukar terpencil yang disenaraikan di atas dibincangkan dalam topik bekalan kuasa mod suis.

Bukan – Pengasingan

Ia berdasarkan perubahan kecil dalam Vout / Vin. Contohnya ialah Pengatur voltan Step Up (Boost) - Menaikkan voltan input Step Down (Buck) - menurunkan voltan input Step up / Step Down (boost / buck) Pengatur voltan - Menurunkan atau menaikkan atau membalikkan voltan input bergantung pada pengawal Pam pengisian - Ia memberikan gandaan input tanpa menggunakan induktor.

Sekali lagi, penukar yang tidak terpencil dikelaskan kepada pelbagai jenis tetapi yang penting adalah penukar

• Buck Converter atau Step-down Voltage Regulator
• Boost Converter atau Step-up Voltage Regulator
• Penukar Buck atau Boost

Kelebihan Beralih Topologi

Kelebihan utama bekalan kuasa beralih adalah kecekapan, ukuran, dan berat. Ia juga reka bentuk yang lebih kompleks, yang mampu menangani kecekapan kuasa yang lebih tinggi. Pengatur voltan beralih dapat memberikan output, yang lebih besar daripada atau kurang daripada atau yang membalikkan voltan input.

Kekurangan Topologi Beralih

• Voltan riak output yang lebih tinggi
• Masa pemulihan sementara lebih perlahan
• EMI menghasilkan output yang sangat bising
• Sangat mahal

Penukar suis step-up juga disebut pengatur pengalihan peningkatan, memberikan output voltan yang lebih tinggi dengan menaikkan voltan input. Voltan keluaran diatur, selagi daya ditarik berada dalam spesifikasi daya keluaran litar. Untuk mengemudi tali LED, pengatur voltan Step up Switching digunakan.

Langkah Pengatur Voltan

Anggapkan Pin litar tanpa kerugian = Pout (kuasa input dan output sama)

Kemudian V_dalamSaya_dalam= V_keluarSaya_keluar,

Saya_keluar/ Saya_dalam= (1-D)

Dari ini, dapat disimpulkan bahawa dalam litar ini

• Kuasa tetap sama
• Voltan meningkat
• Semasa berkurang
• Setaraf dengan pengubah DC

Langkah Turun (Buck) Voltage Regulator

Ia menurunkan voltan input.

Pengatur Voltan Turun

Sekiranya daya input sama dengan kuasa output, maka

P_dalam= P_keluarV_dalamSaya_dalam= V_keluarSaya_keluar,

Saya_keluar/ Saya_dalam= V_dalam/ V_keluar= 1 / D

Step down converter setara dengan transformer DC di mana nisbah putaran berada dalam julat 0-1.

Langkah Ke Atas / Turun (Boost / Buck)

Ia juga dipanggil penyongsang Voltan. Dengan menggunakan konfigurasi ini, adalah mungkin untuk menaikkan, menurunkan atau membalikkan voltan mengikut keperluan.

• Voltan keluaran adalah kekutuban input yang berlawanan.
• Ini dicapai oleh dioda bias terbalik VL ke hadapan semasa masa mati, menghasilkan arus dan mengecas kapasitor untuk pengeluaran voltan semasa waktu mati
• Dengan menggunakan pengatur beralih jenis ini, kecekapan 90% dapat dicapai.

Pengatur Voltan Langkah Ke Atas / Turun

Pengatur Voltan Alternator

Alternator menghasilkan arus yang diperlukan untuk memenuhi permintaan elektrik kenderaan semasa enjin berjalan. Ini juga mengisi tenaga yang digunakan untuk menghidupkan kenderaan. Alternator mempunyai kemampuan untuk menghasilkan arus lebih banyak pada kelajuan yang lebih rendah daripada generator DC yang pernah digunakan oleh kebanyakan kenderaan. Alternator mempunyai dua bahagian

Pengatur Voltan Alternator

Pemegun - Ini adalah komponen pegun, yang tidak bergerak. Ia mengandungi satu set konduktor elektrik yang dililit pada gegelung di atas teras besi.
Rotor / Angker - Ini adalah komponen bergerak yang menghasilkan medan magnet berputar oleh sesiapa sahaja dengan tiga cara berikut: (i) aruhan (ii) magnet kekal (iii) menggunakan pengujang.

Pengatur Voltan Elektronik

Pengatur voltan sederhana boleh dibuat dari perintang secara bersiri dengan diod (atau siri diod). Oleh kerana bentuk logaritma lengkung dioda V-I, voltan merentasi diod hanya berubah sedikit kerana perubahan arus yang ditarik atau perubahan input. Apabila kawalan dan kecekapan voltan yang tepat tidak penting, reka bentuk ini mungkin berfungsi dengan baik.

Pengatur Voltan Elektronik

Pengatur Voltan Transistor

Pengatur voltan elektronik mempunyai sumber rujukan voltan astabel yang disediakan oleh Diod Zener , yang juga dikenali sebagai diod operasi voltan pemecahan terbalik. Ia mengekalkan voltan keluaran DC yang tetap. Voltan riak AC disekat, tetapi penapis tidak dapat disekat. Pengatur voltan juga mempunyai litar tambahan untuk perlindungan litar pintas, dan litar penghad arus, perlindungan voltan berlebihan, dan penutupan terma.

Parameter Dasar Pengatur Voltan

• Parameter asas yang perlu dipertimbangkan semasa mengendalikan pengatur voltan terutamanya merangkumi voltan i / p, voltan o / p serta arus o / p. Secara amnya, semua parameter ini digunakan terutamanya untuk menentukan jenis VR topologi sesuai dengan atau tidak dengan IC pengguna.
• Parameter lain dari pengatur ini adalah frekuensi beralih, rintangan terma voltan maklum balas semasa tenang mungkin berlaku berdasarkan keperluan
• Arus sunyi penting apabila kecekapan sepanjang mod siap sedia atau beban ringan menjadi perhatian utama.
• Setelah menukar frekuensi dianggap sebagai parameter, mengeksploitasi frekuensi beralih boleh menyebabkan penyelesaian sistem kecil. Juga, rintangan haba boleh berbahaya untuk menghilangkan haba dari peranti serta melepaskan haba dari sistem.
• Sekiranya pengawal mempunyai MOSFET, selepas itu semua konduktif dan dinamik kerugian akan hilang dalam bungkusan & mesti dipertimbangkan setelah mengukur suhu maksimum pengawal selia.
• Parameter yang paling penting adalah voltan maklum balas kerana ia memutuskan voltan kurang o / p yang boleh ditahan oleh IC. Ini menyekat voltan o / p yang kurang dan ketepatannya akan mempengaruhi peraturan voltan keluaran.

Bagaimana Memilih Pengatur Voltan Yang Betul?

• Parameter utama memainkan peranan penting semasa memilih pengatur voltan oleh pereka seperti Vin, Vout, Iout, keutamaan sistem, dan lain-lain. Beberapa ciri utama tambahan seperti kawalan atau petunjuk kuasa yang baik.
• Apabila pereka telah menjelaskan keperluan ini, kemudian gunakan jadual carian parametrik untuk mencari alat terbaik untuk memenuhi keperluan yang disukai.
• Bagi pereka, jadual ini sangat berharga kerana menyediakan beberapa ciri serta pakej yang dapat diperoleh untuk memenuhi parameter yang diperlukan untuk keperluan pereka.
• Peranti MPS tersedia dengan lembaran data mereka yang menerangkan secara terperinci bahagian luaran yang diperlukan, bagaimana mengukur nilainya untuk mendapatkan reka bentuk yang stabil dan efisien dengan prestasi tinggi.
• Lembar data ini terutama membantu dalam mengukur nilai komponen seperti kapasitansi output, rintangan maklum balas, induktansi o / p, dll.
• Anda juga boleh menggunakan beberapa alat simulasi seperti perisian MPSmart / DC / DC Designer, dll. MPS menyediakan pengatur voltan yang berbeza dengan linear ringkas, pelbagai jenis yang efisien & beralih seperti keluarga MP171x, keluarga HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056, dan MPQ2013-AEC1.

Batasan / Kekurangan

Batasan pengatur voltan merangkumi yang berikut.

• Salah satu batasan utama pengatur voltan adalah mereka tidak cekap kerana pelepasan arus besar dalam beberapa aplikasi
• Penurunan voltan IC ini serupa dengan a perintang penurunan voltan. Contohnya, apabila input pengatur voltan adalah 5V & menghasilkan output seperti 3V maka penurunan voltan di antara dua terminal adalah 2V.
• Kecekapan pengatur dapat dibatasi pada 3V atau 5V, yang bermaksud pengatur ini dapat diterapkan dengan perbezaan Vin / Vout yang lebih sedikit.
• Dalam aplikasi apa pun, sangat penting untuk mempertimbangkan jangkaan disipasi daya untuk pengatur, kerana apabila voltan input tinggi maka disipasi daya akan tinggi sehingga dapat merosakkan komponen yang berlainan kerana terlalu panas.
• Batasan lain adalah bahawa mereka hanya mampu menukar wang berbanding dengan jenis beralih kerana pengatur ini akan memberikan penukaran wang dan penukaran.
• Pengatur seperti jenis pensuisan sangat efisien namun mereka mempunyai beberapa kelemahan seperti keberkesanan kos berbanding dengan pengatur jenis linier, lebih kompleks, saiz besar & boleh menghasilkan lebih banyak bunyi jika komponen luarannya tidak dipilih dengan berhati-hati.

Ini semua mengenai pelbagai jenis pengatur voltan dan prinsip kerja mereka. Kami percaya bahawa maklumat yang diberikan dalam artikel ini sangat membantu anda untuk memahami konsep ini dengan lebih baik. Selanjutnya, untuk sebarang pertanyaan mengenai artikel ini atau bantuan dalam melaksanakannya projek elektrik dan elektronik , anda boleh menghampiri kami dengan memberi komen di bahagian komen di bawah. Berikut adalah soalan untuk anda - Di mana kita akan menggunakan pengatur voltan alternator?