Цепи регулятора напряжения

Регулятор напряжения, как следует из названия, представляет собой схему, которая используется для регулирования напряжения. Регулируемое напряжение - это плавная подача напряжения без каких-либо шумов или помех. Выход регулятора напряжения не зависит от тока нагрузки, температуры и изменения линии переменного тока. Регуляторы напряжения присутствуют почти в каждой электронике или бытовой технике, такой как телевизор, холодильник, компьютер и т. Д., Для стабилизации напряжения питания.

По сути, регулятор напряжения сводит к минимуму колебания напряжения для защиты устройства. В системе распределения электроэнергии регуляторы напряжения находятся либо в фидерных линиях, либо на подстанции. В этой линейке используются два типа регуляторов, один - ступенчатый, в котором переключатели регулируют подачу тока. Другой - индукционный регулятор, представляющий собой переменную электрическую машину, подобную асинхронному двигателю, подающую энергию в качестве вторичного источника. Это сводит к минимуму колебания напряжения и обеспечивает стабильный выход.

Существуют различные типы регуляторов напряжения, которые описаны ниже.

Типы схем регулятора напряжения

Схема линейного регулятора напряжения

• Регулятор напряжения серии
• Шунтирующий регулятор напряжения

Цепь стабилитрона стабилизатора напряжения

Цепь регулятора напряжения переключения

• Бак типа
• Тип наддува
• Тип Buck / Boost

Схема линейного регулятора напряжения

Это наиболее распространенные регуляторы, используемые в электронике для поддержания постоянного выходного напряжения. Линейные регуляторы напряжения действуют как цепь делителя напряжения, в этом регуляторе сопротивление изменяется в зависимости от изменения нагрузки и дает постоянное выходное напряжение. Ниже приведены некоторые преимущества и недостатки линейного регулятора напряжения:

Преимущества

• Напряжение пульсации на выходе низкое
• Ответ быстрый
• Меньше шума

Недостатки

• Низкая эффективность
• Требуется большое пространство
• Выходное напряжение всегда будет меньше входного.

1. Регулятор последовательного напряжения

Нерегулируемое напряжение прямо пропорционально падению напряжения на последовательно подключенном сопротивлении, и это падение напряжения зависит от тока, потребляемого нагрузкой. Если ток, потребляемый нагрузкой, увеличивается, базовый ток также будет уменьшаться, и из-за этого меньший ток коллектора будет течь через вывод эмиттера коллектора, и, следовательно, ток через нагрузку будет увеличиваться, и наоборот.

Регулируемое выходное напряжение шунтирующего регулятора напряжения определяется как:

V _ВЫХ = V _Z + V _BE

Стабилизатор напряжения

Стабилитроны напряжения дешевле и подходят только для цепей малой мощности. Его можно использовать в приложениях, где количество энергии, потраченное впустую во время регулирования, не имеет большого значения.

Резистор подключен последовательно с стабилитроном, чтобы ограничить количество тока, протекающего через диод, и входное напряжение Vin (которое должно быть больше, чем напряжение стабилитрона) подключается, как показано на изображении, и выходное напряжение Vout, снимается через стабилитрон с Vout = Vz (напряжение стабилитрона). Как мы знаем, стабилитрон начинает проводить в обратном направлении, когда приложенное напряжение выше, чем напряжение пробоя стабилитрона. Поэтому, когда он начинает проводить, он поддерживает то же напряжение на нем и отводит дополнительный ток, таким образом обеспечивая стабильное выходное напряжение.

Узнайте больше о работе стабилитронов здесь.

Импульсный регулятор напряжения

Существует три типа импульсных регуляторов напряжения:

• Понижающий или понижающий импульсный регулятор напряжения
• Повышающий или повышающий импульсный регулятор напряжения
• Регулятор напряжения переключения понижающего / повышающего напряжения

Понижающий или понижающий импульсный регулятор напряжения

Понижающий регулятор используется для понижения напряжения на выходе, мы даже можем использовать схему делителя напряжения для уменьшения выходного напряжения, но эффективность схемы делителя напряжения низкая, потому что резисторы рассеивают энергию в виде тепла. Мы используем в цепи конденсатор, диод, индуктор и переключатель. Принципиальная схема понижающего импульсного регулятора напряжения приведена ниже:

Когда переключатель находится в положении ON, диод остается смещенным в обратном направлении, и к индуктору подключается питание. Когда переключатель разомкнут, полярность катушки индуктивности меняется на обратную, диод становится смещенным вперед и подключает катушку индуктивности к земле. Затем ток через катушку индуктивности уменьшается с наклоном:

d I _L / dt = (0-V _ВЫХ) / L

Конденсатор используется для предотвращения падения напряжения на нагрузке до нуля. Если мы продолжаем открывать и закрывать переключатель, среднее напряжение на нагрузке будет меньше подаваемого входного напряжения. Вы можете контролировать выходное напряжение, изменяя рабочий цикл переключающего устройства.

Выходное напряжение = (входное напряжение) * (процент времени, в течение которого переключатель включен)

Если вы хотите узнать больше о Buck Converter, перейдите по ссылке.

Повышающий или повышающий импульсный регулятор напряжения

Регулятор Boost используется для повышения напряжения на нагрузке. Принципиальная схема регулятора наддува приведена ниже:

Когда переключатель замкнут, диод ведет себя как смещенный в обратном направлении, а ток через катушку индуктивности продолжает расти. Теперь, когда переключатель разомкнут, индуктор создает силу, заставляющую ток продолжать течь, и конденсатор начинает заряжаться. Постоянно поворачивая переключатель в положение ВКЛ и ВЫКЛ, мы получим напряжение на нагрузке выше входного. Мы можем контролировать выходное напряжение, контролируя время включения (Ton) переключателя.

Выходное напряжение = входное напряжение / процент времени, в течение которого переключатель открыт

Если вы хотите узнать больше о Boost Converter, перейдите по ссылке.

Понижающий импульсный стабилизатор напряжения

Понижающий-повышающий импульсный регулятор представляет собой комбинацию понижающего и повышающего регуляторов, он дает инвертированный выходной сигнал, который может быть больше или меньше подаваемого входного напряжения.

Когда переключатель находится в положении ON, диод ведет себя как смещенный в обратном направлении, и катушка индуктивности накапливает энергию, а когда переключатель находится в положении OFF, катушка индуктивности начинает выделять энергию с обратной полярностью, которая заряжает конденсатор. Когда энергия, запасенная в катушке индуктивности, становится равной нулю, конденсатор начинает разряжаться в нагрузку с обратной полярностью. Благодаря этому понижающе-повышающий регулятор также называют инвертирующим регулятором.

Выходное напряжение определяется как

Vout = Vin (D / 1-D) Где D - рабочий цикл

Следовательно, если рабочий цикл низкий, регулятор ведет себя как понижающий регулятор, а когда рабочий цикл высокий, регулятор ведет себя как повышающий регулятор.

Практический пример схем регулятора

Цепь регулятора положительного линейного напряжения

Мы разработали схему положительного линейного стабилизатора напряжения с использованием микросхемы 7805. Эта ИС имеет все схемы для обеспечения 5-вольтового стабилизированного питания. Входное напряжение должно быть как минимум более чем на 2 В от номинального значения, как для LM7805, мы должны обеспечить как минимум 7 В.

На микросхему подается нерегулируемое входное напряжение, и мы получаем стабилизированное напряжение на выходе. Название ИС определяет ее функцию, 78 представляет собой положительный знак, а 05 представляет собой значение регулируемого выходного напряжения. Как вы видите на принципиальной схеме, мы подаем 9 В на 7805IC и получаем стабилизированное + 5 В на выходе. Конденсаторы C1 и C2 используются для фильтрации.

Цепь стабилитрона стабилизатора напряжения

Здесь мы разработали стабилизатор напряжения на стабилитроне 5,1 В. Стабилитрон работает как чувствительный элемент. Когда напряжение питания превышает его напряжение пробоя, он начинает проводить в обратном направлении и поддерживает то же напряжение на нем, а дополнительный ток течет обратно, обеспечивая тем самым стабильное выходное напряжение. В этой схеме мы даем 9 В входного напряжения и получаем почти 5,1 напряжения регулируемого выхода.