Spanningsregelaar circuits

Voltage Regulator, zoals de naam al doet vermoeden, is een circuit dat wordt gebruikt om de spanning te regelen. Geregelde spanning is een vlotte toevoer van spanning, vrij van ruis of storing. De output van de spanningsregelaar is onafhankelijk van de belastingsstroom, temperatuur en AC-lijnvariatie. Spanningsregelaars zijn aanwezig in bijna alle elektronica of huishoudelijke apparaten zoals tv, koelkast, computer enz., Om de voedingsspanning te stabiliseren.

Kortom, spanningsregelaar minimaliseert de variatie in spanning om het apparaat te beschermen. In een elektrisch distributiesysteem bevinden de spanningsregelaars zich in voedingslijnen of op een onderstation. Er zijn twee soorten regelaars die in deze lijn worden gebruikt, een is een stappenregelaar, waarin schakelaars de stroomtoevoer regelen. Een andere is de inductieregelaar, een afwisselende elektrische machine die lijkt op een inductiemotor die stroom levert als een secundaire bron. Het minimaliseert de spanningsvariatie en zorgt voor een stabiele output.

Er zijn verschillende soorten spanningsregelaars die hieronder worden uitgelegd.

Soorten spanningsregelaarcircuits

Lineair spanningsregelaarcircuit

• Serie spanningsregelaar
• Shunt-spanningsregelaar

Zener-spanningsregelaarcircuit

Schakelende spanningsregelaarcircuit

• Buck type
• Boost-type
• Buck / Boost-type

Lineair spanningsregelaarcircuit

Dit zijn de meest voorkomende regelaars die in de elektronica worden gebruikt om de uitgangsspanning constant te houden. Lineaire spanningsregelaars werken als een spanningsdelercircuit, in deze regelaar varieert de weerstand met betrekking tot verandering in belasting en geeft een constante uitgangsspanning. Enkele voor- en nadelen van lineaire spanningsregelaar worden hieronder gegeven:

Voordelen

• Uitgangsrimpelspanning is laag
• De reactie is snel
• Minder lawaai

Nadelen

• Lage efficiëntie
• Grote ruimte nodig
• De uitgangsspanning is altijd lager dan de ingangsspanning

1. Serie spanningsregelaar

De ongeregelde spanning is recht evenredig met de spanningsval over de in serie geschakelde weerstand en deze spanningsval hangt af van de stroom die door de belasting wordt verbruikt. Als het stroomverbruik van de belasting toeneemt, zal de basisstroom ook afnemen en als gevolg hiervan zal er minder collectorstroom door de collector-emitterterminal stromen en zal dus de stroom door belasting toenemen en vice versa.

De gereguleerde uitgangsspanning van de shuntspanningsregelaar wordt gedefinieerd als:

V _UIT = V _Z + V _BE

Zener-spanningsregelaar

Zener-spanningsregelaars zijn goedkoper en alleen geschikt voor circuits met een laag vermogen. Het kan worden gebruikt in toepassingen waar de hoeveelheid stroom die tijdens de regelgeving wordt verspild, niet van groot belang is.

Een weerstand, is in serie geschakeld met de zenerdiode om de hoeveelheid stroom die door de diode vloeit te beperken en de ingangsspanning Vin (die groter moet zijn dan de zenerspanning) is overgeschakeld zoals weergegeven in de afbeelding en de uitgangsspanning Vuit, wordt over de zenerdiode genomen met Vout = Vz (zenerspanning). Zoals we weten, begint de zenerdiode in omgekeerde richting te geleiden wanneer de aangelegde spanning hoger is dan de doorslagspanning van zener. Dus wanneer het begint te geleiden, handhaaft het dezelfde spanning erover en voert de extra stroom terug, waardoor de stabiele uitgangsspanning wordt verkregen.

Lees hier meer over Zener Diode.

Schakelende spanningsregelaar

Er zijn drie soorten schakelspanningsregelaars:

• Buck of step-down schakelende spanningsregelaar
• Boost- of step-up schakelende spanningsregelaar
• Buck / Boost-schakelspanningsregelaar

Buck of step-down schakelende spanningsregelaar

Een Buck Regulator wordt gebruikt om de spanning aan de uitgang te verlagen, we kunnen zelfs het spanningsdelercircuit gebruiken om de uitgangsspanning te verlagen, maar de efficiëntie van het spanningsdelercircuit is laag, omdat weerstanden energie als warmte dissiperen. We gebruiken condensator, diode, inductor en schakelaar in het circuit. Het schakelschema voor Buck Switching Voltage Regulator wordt hieronder gegeven:

Wanneer de schakelaar AAN blijft, blijft de diode omgekeerd voorgespannen en is de voeding aangesloten op de inductor. Wanneer de schakelaar open is, wordt de polariteit van de inductor omgekeerd en wordt de diode voorwaarts voorgespannen en verbindt de inductor met de aarde. Vervolgens neemt de stroom door de inductor af met een helling:

d ik _L / dt = (0-V _UIT) / L

De condensator wordt gebruikt om te voorkomen dat de spanning over de belasting naar nul zakt. Als we de schakelaar blijven openen en sluiten, zal de gemiddelde spanning over de belasting lager zijn dan de geleverde ingangsspanning. U kunt de uitgangsspanning regelen door de inschakelduur van het schakelapparaat te variëren.

Uitgangsspanning = (ingangsspanning) * (percentage van de tijd dat de schakelaar AAN is)

Als je meer wilt weten over Buck converter, volg dan de link.

Boost- of step-up schakelende spanningsregelaar

De Boost Regulator wordt gebruikt om de spanning over de belasting te verhogen. Het schakelschema voor de boostregelaar wordt hieronder gegeven:

Wanneer de schakelaar gesloten is, gedraagt ​​de diode zich als tegengesteld voorgespannen en blijft de stroom over de inductor toenemen. Wanneer de schakelaar nu wordt geopend, zal de inductor een kracht creëren waardoor de stroom blijft stromen en de condensator begint op te laden. Door de schakelaar continu AAN en UIT te zetten, krijgen we de spanning bij de belasting hoger dan de ingangsspanning. We kunnen de uitgangsspanning regelen door de inschakeltijd (Ton) van de schakelaar te regelen.

Uitgangsspanning = ingangsspanning / percentage van de tijd dat de schakelaar open is

Als je meer wilt weten over Boost converter, volg dan de link.

Buck-Boost schakelspanningsregelaar

Buck-Boost Switching Regulator is de combinatie van zowel Buck als Boost Regulator, het geeft een omgekeerde output die groter of kleiner kan zijn dan de geleverde ingangsspanning.

Wanneer de schakelaar AAN is, gedraagt ​​de diode zich als een omgekeerde voorspanning en slaat de inductor energie op en wanneer de schakelaar UIT is, begint de inductor de energie vrij te geven met de omgekeerde polariteit, waardoor de condensator wordt opgeladen. Wanneer de energie opgeslagen in de inductor nul wordt, begint de condensator met omgekeerde polariteit in de belasting te ontladen. Door deze buck-boost regelaar ook wel inverterende regelaar genoemd.

De uitgangsspanning wordt gedefinieerd als

Vout = Vin (D / 1-D) Waarbij, D de werkcyclus is

Dus als de inschakelduur laag is, gedraagt ​​de regelaar zich als de buck-regelaar en wanneer de inschakelduur hoog is, gedraagt ​​de regelaar zich als de boost-regelaar.

Praktisch voorbeeld voor regelcircuits

Positief lineair spanningsregelaarcircuit

We hebben een positief lineair spanningsregelaarcircuit ontworpen met behulp van 7805 IC. Dit IC heeft alle circuits om de 5 volt gereguleerde voeding te leveren. De ingangsspanning moet minstens meer dan 2v van de nominale waarde zijn, zoals voor LM7805, we moeten minstens 7v leveren.

Ongeregelde ingangsspanning wordt geleverd aan de IC en we krijgen gereguleerde spanning op de uitgangsklem. De naam van de IC definieert zijn functie, 78 staat voor het positieve teken en 05 staat voor de waarde van de gereguleerde uitgangsspanning. Zoals je in het schakelschema kunt zien, geven we 9V aan de 7805IC en krijgen we gereguleerde + 5V aan de uitgang. De condensator C1 en C2 worden gebruikt voor filtratie.

Zener-spanningsregelaarcircuit

Hier hebben we een Zener-spanningsregelaar ontworpen met behulp van 5,1V Zener-diode. De zenerdiode werkt als het sensorelement. Wanneer de voedingsspanning de doorslagspanning overschrijdt, begint deze in omgekeerde richting te geleiden en handhaaft dezelfde spanning erover en laat de extra stroom terugvloeien, waardoor de stabiele uitgangsspanning wordt verkregen. In dit circuit geven we 9V ingangsspanning en krijgen we bijna 5,1 spanning van gereguleerde uitgang.