באספקת החשמל, רגולטורי המתח ממלאים תפקיד מפתח. אז לפני שניגשים לדון א וסת מתח עלינו לדעת כי מה תפקיד אספקת החשמל בעת תכנון מערכת?. למשל, בכל מערכת עבודה כמו טלפון חכם, שעון יד, מחשב או מחשב נייד, ספק הכוח הוא חלק חיוני לעבודה על מערכת הינשוף, מכיוון שהוא מספק אספקה עקבית, אמינה ורציפה לרכיבי המערכת הפנימיים. במכשירים אלקטרוניים, ספק הכוח מספק כוח יציב ומווסת לעבודה נכונה של המעגלים. מקורות אספקת החשמל הם שני סוגים כמו אספקת החשמל המתקבלת משקעי החשמל ואספקת החשמל המתקבלת מהסוללות. לכן, מאמר זה דן בסקירה כללית על סוגים שונים של ויסות מתח ועבודתם.

מהו רגולטור מתח?

מווסת מתח משמש לוויסות רמות המתח. כאשר יש צורך במתח יציב ואמין, אז ווסת המתח הוא המכשיר המועדף. זה מייצר מתח מוצא קבוע שנשאר קבוע לכל שינוי במתח כניסה או בתנאי עומס. זה משמש חיץ להגנה על רכיבים מפני נזקים. א וסת מתח הוא מכשיר בעל עיצוב פשוט להזנה, והוא משתמש בלולאות בקרת משוב שליליות.

ווסת מתח

ישנם בעיקר שני סוגים של וסת מתח: ויסות מתח ליניארי ווסת מתח מיתוג אלה משמשים ביישומים רחבים יותר. וסת המתח הליניארי הוא הסוג הקל ביותר של ווסת מתח. זה זמין בשני סוגים, שהם קומפקטיים ומשמשים במערכות מתח נמוך ונמוך. בואו נדון בסוגים שונים של וסת מתח.

ה הרכיבים העיקריים המשמשים בווסת המתח הם

מעגל משוב
מתח ייחוס יציב
לעבור מעגל בקרת אלמנטים

תהליך ויסות המתח קל מאוד על ידי שימוש בשלושה הנ'ל רכיבים . הרכיב הראשון של ויסות המתח כמו מעגל משוב משמש לאיתור השינויים בפלט מתח DC. בהתבסס על מתח הייחוס וכן על משוב, ניתן ליצור אות בקרה ומניע את אלמנט המעבר לשלם את השינויים.

כאן, אלמנט המעבר הוא סוג של מצב מוצק מכשיר מוליכים למחצה דומה לטרנזיסטור BJT, דיודת צומת PN אחרת MOSFET. כעת ניתן לשמור על מתח המוצא DC יציב בערך.

עבודה של רגולטור מתח

מעגל מווסת מתח משמש לייצור כמו גם לשמור על מתח יציאה קבוע גם כאשר מתח הכניסה אחרת תנאי העומס משתנים. וסת המתח מקבל את המתח מאספקת החשמל וניתן לשמור עליו בטווח שמתאים היטב לשאר רכיבים חשמליים . לרוב הרגולטורים הללו משמשים להמרת כוח DC / DC, AC / AC אחרת AC / DC.

סוגי ויסות מתח ועבודתם

רגולטורים אלה ניתנים ליישום באמצעות מעגלים משולבים או מעגלי רכיבים בדידים. וסת מתח מסווג לשני סוגים כלומר וסת מתח ליניארי וווסת מתח מיתוג. וסתים אלה משמשים בעיקר לוויסות המתח של מערכת, אולם רגולטורים ליניאריים עובדים ביעילות נמוכה כמו גם בווסתים מיתוגיים העובדים באמצעות יעילות גבוהה. במווסת מווסתים עם יעילות גבוהה, ניתן להעביר את מרבית כוח ה- i / p ל- o / p ללא פיזור.

סוגי ווסתי מתח

בעיקרון, ישנם שני סוגים של וסת מתח: וסת מתח לינארי וווסת מתח מיתוג.

ישנם שני סוגים של וסת מתח לינארי: סדרה ושנט.
ישנם שלושה סוגים של וסת מתח מיתוג: רגולטור מתח, עליית מדרגה, וווסת מתח מהפך.

ויסות מתח לינארי

הרגולטור הליניארי משמש כמחלק מתח. באזור Ohmic, הוא משתמש ב- FET. ההתנגדות של וסת המתח משתנה עם העומס וכתוצאה מכך מתח יציאה קבוע. ויסות מתח לינארי הן הסוג המקורי של הרגולטורים המשמשים לוויסות ספקי הכוח. בווסת מסוג זה, המוליכות המשתנה של אלמנט המעבר הפעיל כמו a MOSFET או BJT אחראי לשנות את מתח המוצא.

ברגע שעומס קשור לברית, השינויים בכל קלט אחרת עומס יביא להפרש בזרם בכל הטרנזיסטור כדי לשמור על התפוקה קבועה. כדי לשנות את הזרם של הטרנזיסטור, יש לעבוד באזור פעיל אומי או אחר.

במהלך הליך זה, רגולטור מסוג זה מתפזר כוח רב מכיוון שהמתח נטו יורד בתוך הטרנזיסטור כדי להתפזר כמו חום. באופן כללי, הרגולטורים הללו מסווגים לקטגוריות שונות.

ניתן להתאמה חיובית
שלילי מתכוונן
תפוקה קבועה
מעקב
צָף

יתרונות

ה יתרונותיו של ווסת מתח לינארי כלול את הבאים.

נותן מתח אדווה פלט נמוך
זמן תגובה מהיר לטעינה או לשינויים בקו
הפרעות אלקטרומגנטיות נמוכות ופחות רעש

חסרונות

ה חסרונות של ווסת מתח לינארי כלול את הבאים.

היעילות נמוכה מאוד
דורש מקום גדול - יש צורך בגוף קירור
לא ניתן להגביר את המתח מעל הקלט

ויסות מתח מסדרה

וסת מתח סדרתי משתמש באלמנט משתנה הממוקם בסדרה עם העומס. על ידי שינוי ההתנגדות של אלמנט הסדרה, ניתן לשנות את המתח שנפל עליו. והמתח על פני העומס נשאר קבוע.

כמות הזרם הנמשכת משמשת למעשה את העומס. זהו היתרון העיקרי של וסת מתח סדרתי . גם כאשר העומס אינו דורש זרם כלשהו, רגולטור הסדרה אינו שואב זרם מלא. לכן, ויסות סדרתי יעיל במידה ניכרת מווסת מתח שאנט.

ויסות מתח שאנט

שאנט וסת מתח עובד על ידי מתן נתיב ממתח האספקה לקרקע דרך התנגדות משתנה. הזרם דרך וסת המחלף סטה מהעומס וזורם ללא תועלת לקרקע, מה שהופך את הצורה הזו לרוב ליעילה פחות מווסת הסדרה. זה, עם זאת, פשוט יותר, לפעמים מורכב רק מדיודת הפניה למתח, והוא משמש במעגלים בעלי עוצמה נמוכה מאוד שבהם הזרם המבוזבז קטן מכדי להיות מודאג. צורה זו נפוצה מאוד במעגלי הפניה למתח. רגולטור שאנט יכול בדרך כלל רק לשקוע (לספוג) זרם.

יישומים של רגולטורים שאנט

“דוגמאות לפרויקט הנדסת חשמל ”

רגולטוריות שאנט משמשות ב:

ספקי כוח מיתוגי מתח נמוך
מעגלים מקוריים וכיורים נוכחיים
מגברי שגיאה
מתח מתכוונן או זרם לינארי ומיתוג ספקי כוח
ניטור מתח
מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים הדורשים הפניות מדויקות
מגבלות זרם דיוק

מווסת מתח מיתוג

וסת מיתוג מפעיל ומכבה במהירות מכשיר סדרתי. מחזור החובה של המתג מגדיר את כמות המטען המועברת לעומס. זה נשלט על ידי מנגנון משוב דומה לזה של וסת ליניארי. מווסת מיתוג יעיל מכיוון שאלמנט הסדרה מוליך לחלוטין או כבוי מכיוון שהוא כמעט ואינו מתפוגג. ויסות מיתוג מסוגלות לייצר מתח יציאה הגבוה ממתח הכניסה או בעל קוטביות הפוכה, בשונה מווסתים ליניאריים.

וסת מתח המיתוג מתחיל ונכבה במהירות כדי לשנות את התפוקה. זה דורש מתנד בקרה וטוען גם רכיבי אחסון.

בווסת מיתוג עם תדירות משתנה של דופק הדופק, מחזור חובה קבוע וספקטרום הרעש המוטל על ידי PRM משתנים קשה יותר לסנן את הרעש הזה.

וסת מיתוג עם אפנון רוחב הדופק , תדר קבוע, מחזור עבודה משתנה, יעיל וקל לסינון רעשים.
בווסת מיתוג, זרם מצב רציף דרך משרן לעולם לא יורד לאפס. זה מאפשר את הספק היציאה הגבוה ביותר. זה נותן ביצועים טובים יותר.

בווסת מיתוג, זרם מצב לא רציף דרך המשרן יורד לאפס. זה נותן ביצועים טובים יותר כאשר זרם המוצא נמוך.

החלפת טופולוגיות

יש לו שני סוגים של טופולוגיות: בידוד דיאלקטרי ואי בידוד.

מְבוּדָד

הוא מבוסס על קרינה וסביבות אינטנסיביות. שוב, ממירים מבודדים מסווגים לשני סוגים הכוללים את הדברים הבאים.

ממירי Flyback
ממירים קדימה

בממירים המבודדים המפורטים לעיל נדון בנושא אספקת החשמל במצב מיתוג.

אי בידוד

“האם ניתן להמיר 3 פאזות לשלב אחד ”

הוא מבוסס על שינויים קטנים ב- Vout / Vin. דוגמאות לכך הן ווסת מתח סטפ-אפ (Boost) - מעלה את מתח הכניסה Step Down (Buck) - מורידה את מתח הכניסה Step up / Step Down (boost / buck) וסת המתח - מוריד או מעלה או הופך את מתח הכניסה בהתאם לבקר משאבת טעינה - הוא מספק ריבוי קלט ללא שימוש במשרן.

שוב, ממירים שאינם מבודדים מסווגים לסוגים שונים אולם המשמעותיים הם

ממיר באק או מייצב מתח מדורג
ממיר Boost או רגולטור מתח מוגבר
ממיר באק או בוסט

היתרונות של החלפת טופולוגיות

היתרונות העיקריים של ספק כוח מיתוג הם יעילות, גודל ומשקל. זהו גם עיצוב מורכב יותר, המסוגל להתמודד עם יעילות הספק גבוהה יותר. וסת מתח מיתוג יכול לספק פלט, שגדול או פחות או מהפוך את מתח הכניסה.

חסרונות של החלפת טופולוגיות

מתח אדוות תפוקה גבוה יותר
זמן התאוששות חולף איטי יותר
EMI מייצר תפוקה רועשת מאוד
יקר מאוד

ממירי מיתוג מדורגים הנקראים גם וסתים למיתוג דחיפה, מספקים פלט מתח גבוה יותר על ידי העלאת מתח הכניסה. מתח המוצא מוסדר, כל עוד ההספק נמשך בתוך מפרט הספק המוצא של המעגל. להנעת מיתרי נוריות, נעשה שימוש בווסת מתח מיתוג.

להגביר את רגולטורי המתח

נניח פין מעגל ללא הפסד (Pout) (כוחות קלט ופלט זהים)

ואז וי_באני_ב= V._{הַחוּצָה}אני_{הַחוּצָה},

אני_{הַחוּצָה}/ אני_ב= (1-D)

מכאן מסיקים כי במעגל זה

הכוחות נשארים זהים
המתח עולה
הזרם פוחת
שווה ערך לשנאי DC

הורד את רגולטור המתח (באק)

זה מוריד את מתח הכניסה.

הורידו את רגולטורי המתח

אם כוח הקלט שווה לעוצמת הפלט, אז

פ_ב= P_{הַחוּצָה}ו_באני_ב= V._{הַחוּצָה}אני_{הַחוּצָה},

אני_{הַחוּצָה}/ אני_ב= V._ב/ V_{הַחוּצָה}= 1 / D

ממיר צעד למטה שווה ערך לשנאי DC שבו יחס הסיבובים הוא בטווח של 0-1.

צעד למעלה / צעד למטה (Boost / Buck)

זה נקרא גם מהפך מתח. באמצעות תצורה זו ניתן להעלות, להוריד או להפוך את המתח בהתאם לדרישה.

מתח המוצא הוא מקוטביות הפוכה של הקלט.
זה מושג על ידי דיודה מוטה לאחור VL קדימה מוטה לאחור במהלך זמני כיבוי, ייצור זרם וטעינה של הקבל לייצור מתח בזמן כיבוי.
באמצעות רגולטור מיתוג מסוג זה ניתן להשיג יעילות של 90%.

רגולציות מתח להגביר / למטה

ויסות מתח אלטרנטורי

אלטרנטורים מייצרים את הזרם הנדרש כדי לעמוד בדרישות החשמל של הרכב כאשר המנוע פועל. זה גם מחדש את האנרגיה המשמשת להתנעת הרכב. לאלטרנטור יש יכולת לייצר יותר זרם במהירויות נמוכות יותר מאשר גנרטורי DC ששימשו בעבר את רוב הרכבים. לאלטרנטור שני חלקים

וסת מתח אלטרנטיבי

גַלגַל מְכַוֵן - זהו רכיב נייח, שאינו זז. הוא מכיל סט של מוליכים חשמליים המפותלים בסלילים מעל ליבת ברזל.
רוטור / אבזור - זהו הרכיב הנע המייצר שדה מגנטי מסתובב על ידי אחת משלוש הדרכים הבאות: (i) אינדוקציה (ii) מגנטים קבועים (iii) באמצעות אקסטיר.

ווסת מתח אלקטרוני

מווסת מתח פשוט יכול להיעשות מנגד בסדרה עם דיודה (או סדרת דיודות). בגלל הצורה הלוגריתמית של עקומות V-I של דיודות, המתח על פני הדיודה משתנה רק מעט בגלל שינויים בזרם הנוכחי או שינויים בכניסה. כאשר בקרת מתח ויעילות מדויקים אינם חשובים, עיצוב זה עשוי לעבוד בסדר.

ווסת מתח אלקטרוני

וסת מתח טרנזיסטור

לווסתי מתח אלקטרוניים יש מקור התייחסות מתח יציב המסופק על ידי דיודת זנר , המכונה גם דיודות הפעלה של מתח פירוק הפוך. הוא שומר על מתח יציאה DC קבוע. מתח אדוות ה- AC חסום, אך לא ניתן לחסום את המסנן. לווסת המתח יש גם מעגל נוסף להגנה על קצר, ומעגל הגבלת זרם, הגנת מתח יתר וכיבוי תרמי.

פרמטרים בסיסיים של ויסות מתח

הפרמטרים הבסיסיים שיש לקחת בחשבון בעת הפעלת וסת מתח כוללים בעיקר את מתח ה- i / p, את מתח ה- o / p וכן את זרם ה- o / p. באופן כללי, כל הפרמטרים הללו משמשים בעיקר לקביעת סוג ה- VR טופולוגיה הוא תואם היטב או לא את ה- IC של המשתמש.
פרמטרים אחרים של הרגולטור הזה הם תדר מיתוג, התנגדות תרמית במתח משוב זרם שקט עשויה להיות חלה על פי הדרישה
זרם שקט הוא משמעותי ברגע שהיעילות לאורך מצבי המתנה או עומס האור הם הדאגה העיקרית.
ברגע שתדירות המיתוג נחשבת כפרמטר, ניצול תדר המיתוג יכול להוביל לפתרונות של מערכת קטנה. כמו כן, ההתנגדות התרמית יכולה להיות מסוכנת להיפטר מחום מהמכשיר וכן להמיס את החום מהמערכת.
אם לבקר יש MOSFET, לאחר מכן כל המוליך וגם הדינמי אֲבֵדוֹת יתפוגג בתוך החבילה ויש להתחשב בה לאחר מדידת הטמפרטורה הגבוהה ביותר של הרגולטור.
הפרמטר החשוב ביותר הוא מתח משוב מכיוון שהוא מחליט על פחות מתח o / p שה- IC יכול להחזיק. זה מגביל את מתח ה- o / p הנמוך והדיוק ישפיע על ויסות מתח המוצא.

כיצד לבחור את ווסת המתח הנכון?

הפרמטרים העיקריים ממלאים תפקיד מפתח בעת בחירת ווסת המתח על ידי המעצב כמו Vin, Vout, Iout, סדרי עדיפויות של המערכת וכו '. כמה תכונות מפתח נוספות כמו הפעלת שליטה או אינדיקציה טובה לחשמל.
כאשר המעצב תיאר את הצרכים הללו, השתמש בטבלת חיפוש פרמטרית כדי לגלות את המנגנון הטוב ביותר לעמוד בצרכים המועדפים.
עבור מעצבים, טבלה זו חשובה מאוד מכיוון שהיא מספקת כמה תכונות וכן חבילות הניתנות להשגה כדי לעמוד בפרמטרים הדרושים לדרישת מעצב.
המכשירים של MPS זמינים עם גליונות הנתונים שלהם המתארים בפירוט את החלקים החיצוניים הנדרשים, כיצד למדוד את הערכים שלהם כדי לקבל עיצוב יציב ויעיל עם ביצועים גבוהים.
גיליון נתונים זה מסייע בעיקר במדידת ערכי רכיבים כמו קיבול של פלט, התנגדות משוב, אינדוקציה o / p וכו '.
כמו כן, תוכלו להשתמש בכמה כלי סימולציה כמו תוכנת MPSmart / מעצב DC / DC וכו '. MPS מספק לווסתי מתח שונים מגוון ליניארי קומפקטי, מגוון סוגי יעילים ומיתוג כמו משפחת MP171x, משפחת HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 ו- MPQ2013-AEC1.

מגבלות / חסרונות

המגבלות של ויסות המתח כוללות את הדברים הבאים.

אחת המגבלות העיקריות של ויסות המתח היא שהם לא יעילים עקב פיזור זרם עצום ביישומים מסוימים.
ירידת המתח של IC זה דומה ל- a נַגָד נפילת מתח. לדוגמא, כאשר הקלט של וסת המתח הוא 5V ומייצר פלט כמו 3V אז ירידת המתח בין שני המסופים היא 2V.
היעילות של הרגולטור יכולה להיות מוגבלת ל -3 V או 5 V, מה שאומר שוויסות אלה ישימות עם פחות הפרשי Vin / Vout.
בכל יישום, חשוב מאוד לקחת בחשבון את פיזור ההספק הצפוי לווסת, מכיוון שכאשר מתח הכניסה גבוה אז פיזור ההספק יהיה גבוה כדי לפגוע ברכיבים שונים בגלל התחממות יתר.
מגבלה נוספת היא שהם פשוט מסוגלים להמיר באקים בהשוואה לסוגי מיתוג מכיוון שהווסתים הללו יספקו באק והמרה.
הרגולטורים כמו סוג החלפה יעילים מאוד אולם יש להם כמה חסרונות כמו עלות-יעילות בהשוואה לווסתים ליניאריים, מורכבים יותר, גדולים יותר ויכולים ליצור יותר רעש אם לא נבחר בזהירות ברכיבים החיצוניים שלהם.

זה הכל על סוגים שונים של וסת מתח ועיקרון העבודה שלהם. אנו מאמינים שהמידע המופיע במאמר זה מועיל עבורך להבנה טובה יותר של מושג זה. יתר על כן, לכל שאלה בנוגע למאמר זה או כל עזרה ביישום פרויקטים של חשמל ואלקטרוניקה , אתה יכול לפנות אלינו על ידי תגובה בקטע ההערות למטה. הנה שאלה עבורך - היכן נשתמש בווסת מתח של אלטרנטור?