Схеми регулятора напруги

Як випливає з назви, регулятор напруги - це схема, яка використовується для регулювання напруги. Регульована напруга - це плавне подавання напруги, вільне від будь-яких шумів або порушень. Вихід з регулятора напруги не залежить від струму навантаження, температури та змінної напруги змінного струму. Регулятори напруги присутні майже в кожній електроніці або побутових приладах, таких як телевізор, холодильник, комп'ютер тощо, для стабілізації напруги живлення.

В основному, регулятор напруги мінімізує коливання напруги для захисту пристрою. В електророзподільній системі регулятори напруги знаходяться або в живильних лініях, або на підстанції. У цій лінійці використовуються два типи регуляторів, один - ступінчастий, в якому перемикачі регулюють подачу струму. Іншим є індукційний регулятор, який є змінною електричною машиною, подібною до асинхронного двигуна, що подає живлення як вторинне джерело. Це мінімізує коливання напруги і забезпечує стабільний вихід.

Існують різні типи регуляторів напруги, які пояснюються нижче.

Типи ланцюга регулятора напруги

Схема лінійного регулятора напруги

• Серійний регулятор напруги
• Регулятор напруги шунта

Схема регулятора напруги стабілітрона

Схема регулятора напруги комутації

• Бак тип
• Тип підсилення
• Тип Бак / Посилення

Схема лінійного регулятора напруги

Це найпоширеніші регулятори, що використовуються в електроніці для підтримки стабільної вихідної напруги. Лінійні регулятори напруги діють як ланцюг дільника напруги, в цьому опорі регулятора змінюється відносно зміни навантаження і дає постійну вихідну напругу. Деякі переваги та недоліки лінійного регулятора напруги наведені нижче:

Переваги

• Вихідна напруга пульсацій низька
• Реакція швидка
• Менше шуму

Недоліки

• Низька ефективність
• Потрібен великий простір
• Вихідна напруга завжди буде менше вхідної напруги

1. Серійний регулятор напруги

Нерегульована напруга прямо пропорційна падінню напруги на послідовно підключеному опорі, і це падіння напруги залежить від струму, споживаного навантаженням. Якщо споживання струму навантаження збільшується, струм бази також зменшиться, і завдяки цьому менший струм колектора буде протікати через висновок колектора випромінювача, а отже, струм через навантаження збільшиться і навпаки.

Регульована вихідна напруга шунтуючого регулятора напруги визначається як:

V _OUT = V _Z + V _BE

Стабілітрон регулятора напруги

Стабілітні регулятори напруги дешевші і підходять лише для ланцюгів низької потужності. Він може використовуватися в додатках, де кількість витраченої енергії під час регулювання не викликає великого занепокоєння.

Резистор послідовно підключений до стабілітрона для обмеження величини струму, що протікає через діод, а вхідна напруга Vin (яка повинна бути більше напруги стабілітрона) підключена поперек, як показано на зображенні, і вихідна напруга Vout приймається через стабілітрон з Vout = Vz (напруга стабілітрона). Як ми знаємо, стабілітрон починає проводити в зворотному напрямку, коли прикладена напруга вище напруги пробою стабілітрона. Отже, коли він починає проводити, він підтримує однакову напругу на ньому і повертає назад додатковий струм, забезпечуючи тим самим стабільну вихідну напругу.

Дізнайтеся більше про дію стабілітрона тут.

Імпульсний регулятор напруги

Існує три типи імпульсних регуляторів напруги:

• Бак або понижувальний регулятор напруги перемикання
• Регулятор напруги підсилення або посилення
• Регулятор напруги перемикання Buck / Boost

Бак або понижувальний регулятор напруги перемикання

Для зниження напруги на виході використовується регулятор Бака, ми навіть можемо використовувати схему дільника напруги для зменшення вихідної напруги, але ефективність схеми дільника напруги низька, оскільки резистори розсіюють енергію як тепло. У ланцюзі ми використовуємо конденсатор, діод, індуктор і перемикач. Схема схеми регулятора напруги імпульсного перемикача наведена нижче:

Коли перемикач увімкнено, діод залишається зміненим, а джерело живлення підключається до індуктора. Коли перемикач відкритий, полярність індуктора повертається назад, а діод зміщується вперед і підключає індуктор до землі. Тоді струм через індуктор зменшується з нахилом:

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

Конденсатор використовується для запобігання падінню напруги до нуля на навантаженні. Якщо ми продовжуємо відкривати і закривати перемикач, середня напруга на навантаженні буде менше поданої вхідної напруги. Ви можете контролювати вихідну напругу, змінюючи робочий цикл комутаційного пристрою.

Вихідна напруга = (Вхідна напруга) * (відсоток часу, коли перемикач увімкнено)

Якщо ви хочете дізнатись більше про конвертер Бака, перейдіть за посиланням.

Регулятор напруги підсилення або посилення

Регулятор підсилення використовується для посилення напруги на навантаженні. Схема схеми регулятора прискорення подана нижче:

Коли перемикач закритий, діод поводиться як змінений у зворотному напрямку, а струм через індуктор постійно збільшується. Тепер, коли перемикач відкритий, індуктор створить силу, змушуючи струм продовжувати текти, і конденсатор почне заряджатися. При безперервному включенні та вимиканні вимикача ми отримаємо напругу при навантаженні вище вхідної напруги. Ми можемо контролювати вихідну напругу, контролюючи час увімкнення (тонни) вимикача.

Вихідна напруга = Вхідна напруга / Відсоток часу, коли перемикач відкритий

Якщо ви хочете дізнатись більше про Boost converter, ніж переходьте за посиланням.

Комутаційний регулятор напруги Buck-Boost

Комутаційний регулятор Buck-Boost - це комбінація регулятора Buck і Boost, він дає інвертовану вихідну потужність, яка може бути більшою або меншою, ніж подана вхідна напруга.

Коли перемикач увімкнений, діод поводиться як зворотно зміщений, а індуктор накопичує енергію, а коли вимикач вимкнений, індуктор починає випускати енергію із зворотною полярністю, яка заряджає конденсатор. Коли енергія, що зберігається в індукторі, стає нульовою, конденсатор починає розряджатися в навантаження із зворотною полярністю. Завдяки цьому регулятор підвищення напруги також називається інверторним регулятором.

Вихідна напруга визначається як

Vout = Vin (D / 1-D) Де, D - робочий цикл

Отже, якщо робочий цикл низький, регулятор поводиться як регулятор Бака, а коли робочий цикл високий, регулятор поводиться як регулятор посилення.

Практичний приклад для схем регулятора

Позитивна схема лінійного регулятора напруги

Ми розробили схему позитивного лінійного регулятора напруги з використанням 7805 IC. Ця мікросхема має всі схеми для забезпечення регульованого живлення 5 вольт. Вхідна напруга повинна бути щонайменше більше 2v від номінального значення, як для LM7805, ми повинні забезпечити щонайменше 7v.

Нерегульована вхідна напруга подається на мікросхему, і ми отримуємо регульовану напругу на вихідному терміналі. Назва мікросхеми визначає його функцію, 78 - позитивний знак, а 05 - значення регульованої вихідної напруги. Як ви бачите на принциповій схемі, ми подаємо 9В на 7805IC і отримуємо регульовані + 5В на виході. Конденсатори С1 і С2 використовуються для фільтрації.

Схема регулятора напруги стабілітрона

Тут ми розробили регулятор напруги стабілізатора, використовуючи 5В стабілітрона. Стабілітрон працює як чутливий елемент. Коли напруга живлення перевищує напругу пробою, його початок проводиться в зворотному напрямку і підтримує однакову напругу на ній і повертає додатковий струм, таким чином забезпечуючи стабільну вихідну напругу. У цій схемі ми даємо 9 В вхідної напруги і отримуємо майже 5,1 напруги регульованого виходу.