A jelenlegi szabályozók: építési, munka- és tervezési típusok

Csakúgy, mint azokban a helyzetekben, amikor szabályoznunk kell a feszültséget a terveinkben, vannak olyan forgatókönyvek is, ahol az áramkör egy adott részére táplált áramot kell szabályoznunk. Az átalakítástól (egyik feszültségszintről a másikra váltás) ellentétben, amely általában a feszültségszabályozás egyik fő oka, az áramszabályozás általában arról szól, hogy a táplált áramot állandóan tartsák, függetlenül a terhelési ellenállás vagy a bemeneti feszültség változásától. Az állandó áramellátás elérésére használt (integrált vagy nem) áramköröket (Állandó) Áramszabályozóknak nevezzük, és ezeket a Power Electronics-ban nagyon gyakran használják.

Míg a jelenlegi szabályozók az évek során több alkalmazásban is szerepeltek, a közelmúltig vitathatatlanul nem az egyik legnépszerűbb téma az elektronikai tervező beszélgetésekben. A jelenlegi szabályozók mára egyfajta mindenütt elérhető státuszt értek el, mivel más alkalmazások mellett fontos alkalmazásuk van a LED-világításban.

A mai cikkünkben ezeket a jelenlegi szabályozókat vizsgáljuk meg, és megvizsgáljuk többek között a mögöttük lévő működési elveket, azok kialakítását, típusát és alkalmazását.

A jelenlegi szabályozó működési elve

Az áramszabályozó működése hasonló a feszültségszabályozó működéséhez, a fő különbség az általuk szabályozott paraméter és a kimenetük ellátására változó mennyiség. A feszültségszabályozókban az áramot a kívánt feszültségszint elérése érdekében változtatják, míg az áramszabályozók általában a feszültség / ellenállás változásaival járnak a szükséges áramkimenet elérése érdekében. Mint ilyen, bár lehetséges, általában nehéz egy áramkörben egyszerre szabályozni a feszültséget és az áramot.

A jelenlegi szabályozók működésének megértéséhez gyors áttekintés szükséges az ohmos törvényről;

V = IR vagy I = V / R

Ez azt jelenti, hogy a kimeneten állandó áramáramot tartsunk fenn, ezt a két tulajdonságot (feszültség és ellenállás) állandóan kell tartani egy áramkörben, vagy úgy kell beállítani, hogy ha az egyikben változás következik be, akkor a másik értékét ennek megfelelően beállítjuk, hogy ugyanaz a kimeneti áram. Mint ilyen, az áramszabályozás magában foglalja az áramkör feszültségének vagy ellenállásának beállítását, vagy annak biztosítását, hogy az Ellenállás és Feszültség értékek változatlanok legyenek, függetlenül a csatlakoztatott terhelés követelményeitől / hatásaitól.

A jelenlegi szabályozó működik

Az áramszabályozó működésének megfelelő leírása érdekében vegyük figyelembe az alábbi kapcsolási rajzot.

A fenti áramkörben található változó ellenállást egy áramszabályozó működésének ábrázolására használják. Feltételezzük, hogy a változó ellenállás automatizált és automatikusan beállíthatja saját ellenállását. Az áramellátás bekapcsolásakor a változó ellenállás az ellenállását úgy állítja be, hogy ellensúlyozza az áramváltozásokat a terhelési ellenállás vagy a feszültségellátás változása miatt. Az alapvető villamosenergia-osztályból nem szabad megfeledkezni arról, hogy a lényegében ellenállást (+ kapacitást / induktivitást) jelentő terhelés növelésekor az áram tényleges csökkenése tapasztalható és fordítva. Így amikor az áramkör terhelése nő (az ellenállás növekedése), és nem áramcsökkenés, a változó ellenállás csökkenti saját ellenállását, hogy ellensúlyozza a megnövekedett ellenállást és biztosítsa az azonos áramlást. Ugyanígy, amikor a terhelési ellenállás csökken,a változó ellenállás növeli saját ellenállását, hogy kompenzálja a redukciót, így fenntartva a kimeneti áram értékét.

A jelenlegi szabályozás egy másik megközelítése az, hogy a terheléssel párhuzamosan kellően magas ellenállást kell csatlakoztatni úgy, hogy az alap villamos energia törvényeivel összhangban az áram a legkisebb ellenállással rendelkező úton haladjon át, amely ebben az esetben a terhelésen lesz, csak "elhanyagolható" mennyiségű áram áramlik át a nagy értékű ellenálláson.

Ezek a változások befolyásolják a feszültséget is, mivel egyes áramszabályozók a feszültség változtatásával fenntartják az áramot a kimeneten. Így szinte lehetetlen szabályozni a feszültséget ugyanazon a kimeneten, ahol az áramot szabályozzák.

A jelenlegi szabályozók tervezése

Az áramszabályozókat általában IC alapú feszültségszabályozókkal, például MAX1818 és LM317 alkalmazzák, vagy jellybean passzív és aktív komponensek, például tranzisztorok és Zener diódák alkalmazásával.

Áramszabályozók tervezése feszültségszabályozók használatával

Az IC-alapú feszültségszabályozót használó áramszabályozók tervezéséhez a technika általában magában foglalja a feszültségszabályozók felállítását, hogy állandó terhelésállóságúak legyenek, és általában lineáris feszültségszabályozókat használnak, mivel a lineáris szabályozók kimenete és a testük közötti feszültség általában szorosan szabályozva, mint ilyen, egy fix ellenállást lehet beilleszteni a kapcsok közé úgy, hogy egy fix áram folyjon a terhelés felé. Az erre épülő terv jó példája jelent meg az EDN egyik kiadványában, a Budge Ing 2016-ban.

Az alkalmazott áramkör a MAX1818 LDO lineáris szabályozóval hozza létre a magas oldali állandó árammal szabályozott tápellátást. Az áramellátást (a fenti képen látható) úgy terveztük meg, hogy az RLOAD-ot állandó árammal táplálja, amely egyenlő I = 1,5 V / ÚT. Ahol 1,5 V a MAX1818 előre beállított kimeneti feszültsége, de egy külső rezisztív osztó segítségével megváltoztatható.

A tervezés optimális teljesítményének biztosítása érdekében a MAX1818 bemeneti kapcsa feszültségének legfeljebb 2,5 V-nak és legfeljebb 5,5 V-nak kell lennie, mivel ez az adatlap által meghatározott működési tartomány. Ennek a feltételnek a teljesítéséhez válasszon olyan ROUT értéket, amely 2,5 és 5,5 V közötti értéket enged meg IN és GND között. Például amikor mondjuk 100Ω-os terhelés 5V VCC-vel, a készülék megfelelően működik, ha a ROUT 60Ω felett van, mivel az érték lehetővé teszi a maximálisan programozható áramot 1,5V / 60Ω = 25mA. A készülék feszültsége ekkor megegyezik a megengedett legkisebb értékkel: 5V - (25mA × 100Ω) = 2,5V.

Más lineáris szabályozók, mint például az LM317, szintén alkalmazhatók hasonló tervezési folyamatban, de az egyik fő előnye, amelyet az IC-k, mint a MAX1818, másokkal szemben az a tény, hogy beépítik a termikus leállítást, ami nagyon fontos lehet a jelenlegi szabályozásban, mivel a Az IC hajlamos felmelegedni, ha nagy áramigényű terheléseket csatlakoztatnak.

Az LM317 alapú áramszabályozónál vegye figyelembe az alábbi áramkört;

Az LM317s úgy vannak megtervezve, hogy a szabályozó folyamatosan állítja a feszültségét, amíg a kimeneti tüske és a beállító tüske közötti feszültség 1,25 V-ra esik, és mint ilyen elválasztót általában feszültségszabályozó helyzetben történő végrehajtáskor használják. Ám áramszabályozóként használt esetünkben ez valójában nagyon egyszerűvé teszi számunkra a dolgokat, mivel mivel a feszültség állandó, az áram állandóvá tételéhez mindössze annyit kell tennünk, hogy egyszerűen sorba kell állítani egy ellenállást a Vout és az ADJ tű közé amint azt a fenti áramkör mutatja. Mint ilyen, képesek vagyunk a kimeneti áramot egy fix értékre állítani, amelyet a;

I = 1,25 / R

Az R értéke a kimeneti áram értékének meghatározó tényezője.

Változtatható áramszabályozó létrehozásához csak egy változó ellenállást kell hozzáadnunk az áramkörhöz egy másik ellenállás mellett, hogy elválasztót hozzunk létre az állítható csaphoz, amint az az alábbi képen látható.

Az áramkör működése megegyezik az előzővel, azzal a különbséggel, hogy az áram az áramkörben a potenciométer gombjának elforgatásával állítható be az ellenállás változtatásához. Az R keresztirányú feszültség adja;

V = (1 + R1 / R2) x 1,25

Ez azt jelenti, hogy az R keresztirányú áramot a

I _R = (1,25 / R) x (1 + R1 / R2).

Ez az áramkör I = 1,25 / R és (1,25 / R) x (1 + R1 / R2) áramtartományát adja

A beállított áramerősségtől függ; győződjön meg arról, hogy az R ellenállás wattértéke ellenáll-e a rajta keresztül áramló árammennyiségnek.

Az LDO áramszabályozó használatának előnyei és hátrányai

Az alábbiakban néhány előnye van a lineáris feszültségszabályozó megközelítés kiválasztásának.

1. A szabályozó IC-k tartalmazzák a túlmelegedés elleni védelmet, amely hasznos lehet, ha túl nagy áramigényű terheléseket csatlakoztatnak.
2. A szabályozó IC-k jobban tolerálják a nagy bemeneti feszültségeket, és nagymértékben támogatják a nagy teljesítményvesztést.
3. A szabályozó IC-k megközelítése kisebb mennyiségű alkatrész használatát foglalja magában, csak néhány ellenállás hozzáadásával, a legtöbb esetben, kivéve azokat az eseteket, amikor nagyobb áramokra van szükség és teljesítménytranzisztorok vannak csatlakoztatva. Ez azt jelenti, hogy ugyanazt az IC-t használhatja a feszültség- és áramszabályozáshoz.
4. Az alkatrészek számának csökkenése a megvalósítási költségek és a tervezési idő csökkenését jelentheti.

Hátrányok:

A másik oldalon a szabályozó IC-k megközelítésében leírt konfigurációk lehetővé teszik a nyugalmi áram áramlását a szabályozótól a terhelésig a szabályozott kimeneti feszültség mellett. Ez olyan hibát vezet be, amely bizonyos alkalmazásoknál nem megengedett. Ezt azonban csökkenteni lehetne egy nagyon alacsony nyugalmi áramú szabályozó kiválasztásával.

A szabályozói IC-megközelítés másik hátránya a rugalmasság hiánya a tervezésben.

A feszültségszabályozó IC-k használatától eltekintve az áramszabályozók zselés babrészeket is tartalmazhatnak, beleértve a tranzisztorokat, opampokat és a szükséges ellenállású Zener-diódákat. Egy Zener diódát használnak az áramkörben, valószínűleg nem gondolkodóként, mintha emlékezne arra, hogy a Zener diódát használják feszültségszabályozásra. Az áramszabályozó ezen részek felhasználásával történő kialakítása a legrugalmasabb, mivel általában könnyen integrálható a meglévő áramkörökbe.

Tranzisztorokat használó áramszabályozó

Két tervezetet veszünk figyelembe ebben a szakaszban. Az első csak a tranzisztorokat fogja használni, míg a második egy műveleti erősítő és egy teljesítménytranzisztor keverékét tartalmazza.

Tranzisztoros esetén vegye figyelembe az alábbi áramkört.

A fenti áramkörben leírt áramszabályozó az egyik legegyszerűbb áramszabályozó kialakítás. Ez egy alacsony oldali áramszabályozó; A terhelés után a föld előtt csatlakoztam. Három fő összetevőből áll; egy vezérlő tranzisztort (a 2N5551), egy teljesítmény tranzisztort (The TIP41) és egy sönt ellenállást (R).A sönt, amely lényegében kis értékű ellenállás, a terhelésen átáramló áram mérésére szolgál. Az áramkör bekapcsolásakor feszültségesés figyelhető meg a söntön. Minél nagyobb az RL terhelési ellenállás értéke, annál nagyobb a feszültségesés a söntön. A söntön átmenő feszültségesés a vezérlő tranzisztor kiváltó tényezőjeként működik, így minél nagyobb a söntön átmenő feszültségesés, annál jobban vezeti és szabályozza a tranzisztor a teljesítménytranzisztor alapjára alkalmazott előfeszültséget a vezetés növelése vagy csökkentése érdekében. torzító ellenállásként működő R1 ellenállás.

Csakúgy, mint a többi áramkör esetében, a söntellenállással párhuzamosan egy változó ellenállás is hozzáadható, hogy a vezérlő tranzisztor alján alkalmazott feszültség nagyságának változtatásával változtassa meg az áramszintet.

Az Op-Amp-t használó áramszabályozó

A második tervezési útnál vegye figyelembe az alábbi áramkört;

Ez az áramkör működési erősítőn alapul , és csakúgy, mint a tranzisztorral ellátott példában, egy sönt ellenállást is felhasznál az áram érzékeléséhez. A söntön átmenő feszültségesés az operációs erősítőbe kerül, amely ezt összehasonlítja a ZD1 ZD1 dióda által beállított referenciafeszültséggel. Az op-amp a kimeneti feszültség beállításával kompenzálja a két bemeneti feszültség esetleges eltéréseit (magas vagy alacsony). Az üzemi erősítő kimeneti feszültsége nagy teljesítményű FET-hez van csatlakoztatva, és a vezetés az alkalmazott feszültség alapján történik.

A legnagyobb különbség e kialakítás és az első között a referenciafeszültség, amelyet a Zener dióda hajtott végre. Mindkét kialakítás lineáris, és nagy terhelés esetén nagy mennyiségű hő keletkezik, a hőelvezetés érdekében hűtőbordákat kell hozzájuk kapcsolni.

Előny és hátrány

A tervezési megközelítés legfőbb előnye a tervező számára nyújtott rugalmasság. Az alkatrészek kiválaszthatók és a kialakítás úgy konfigurálható, hogy ízlés szerint a belső áramkörökkel kapcsolatos bármely korlátozás nélkül jellemezze a szabályozó IC alapú megközelítést.

Másrészt ez a megközelítés általában unalmasabb, időigényesebb, több alkatrészt igényel, terjedelmes, hajlamos a meghibásodásra, és drágább, mint a szabályozó alapú IC megközelítés.

A jelenlegi szabályozók alkalmazása

Az állandó áramerősségű szabályozók mindenféle eszközben megtalálják az alkalmazást az áramellátási áramköröktől kezdve, az akkumulátor töltőáramkörökön át a LED-meghajtókig és más alkalmazásokig, ahol az alkalmazott áramtól függetlenül állandó áramot kell szabályozni.

Ennyi ehhez a cikkhez! Remélem, megtanult egy-két dolgot.

A következő alkalomig!