- Strāvas regulatora darbības princips
- Strādā pašreizējais regulators
- Pašreizējo regulatoru dizains
- Strāvas regulatoru projektēšana, izmantojot sprieguma regulatorus
- Priekšrocības un trūkumi, lietojot LDO kā pašreizējo regulatoru
- Pašreizējais regulators, izmantojot tranzistorus
- Pašreizējais regulators, izmantojot Op-Amp
- Pašreizējo regulatoru piemērošana
Tāpat kā situācijās, kad mums jāregulē spriegums mūsu projektos, ir scenāriji, kur mums jāregulē strāva, kas tiek piegādāta konkrētai mūsu ķēdes daļai. Atšķirībā no pārveidošanas (mainot no viena sprieguma līmeņa uz citu), kas parasti ir viens no galvenajiem sprieguma regulēšanas iemesliem, strāvas regulēšana parasti attiecas uz strāvas padevi nemainīgi, neatkarīgi no slodzes pretestības vai ieejas sprieguma izmaiņām. Ķēdes (integrētas vai ne), kuras tiek izmantotas, lai panāktu pastāvīgu strāvas padevi, sauc par (pastāvīgiem) strāvas regulatoriem, un tās ļoti bieži izmanto Power Electronics.
Kaut arī strāvas regulatori gadu gaitā ir bijuši parādīti vairākās lietojumprogrammās, tie, iespējams, vēl nesen nav viena no populārākajām tēmām elektronikas dizaina sarunās. Pašreizējie regulatori tagad ir sasnieguši sava veida visuresošu statusu, pateicoties citiem svarīgiem lietojumiem LED apgaismojumā.
Šodienas rakstā mēs aplūkosim šos pašreizējos regulatorus un cita starpā izskatīsim to darbības principus, to dizainu, veidus un pielietojumu.
Strāvas regulatora darbības princips
Strāvas regulatora darbība ir līdzīga sprieguma regulatora darbībai, un galvenā atšķirība ir parametrs, ko tie regulē, un daudzums, ko tie maina, lai piegādātu to jaudu. Sprieguma regulatoros strāva tiek mainīta, lai sasniegtu nepieciešamo sprieguma līmeni, savukārt strāvas regulatori parasti ietver sprieguma / pretestības variācijas, lai sasniegtu nepieciešamo strāvas izvadi. Lai gan tas ir iespējams, ķēdē parasti ir grūti vienlaikus regulēt spriegumu un strāvu.
Lai saprastu, kā darbojas pašreizējie regulatori, ir nepieciešams ātri apskatīt omu likumu;
V = IR vai I = V / R
Tas nozīmē, lai uzturētu nemainīgu strāvas plūsmu izejā, šīs divas īpašības (spriegums un pretestība) ķēdē jāuztur nemainīgas vai jāpielāgo tā, lai, mainoties vienai, otras vērtība attiecīgi tiktu pielāgota, lai saglabātu tā pati izejas strāva. Tā, piemēram, pašreizējais regulējums paredz veikt korekciju vai nu sprieguma vai pretestības ar ķēdes vai nodrošinātu tā izturība un sprieguma vērtības ir nemainīgas neatkarīgi no prasībām / ietekmi pieslēgto slodzi.
Strādā pašreizējais regulators
Lai pareizi aprakstītu strāvas regulatora darbību, ņemsim vērā zemāk esošo shēmu.
Mainīgais rezistors iepriekšminētajā ķēdē tiek izmantots, lai attēlotu strāvas regulatora darbības. Mēs pieņemsim, ka mainīgais rezistors ir automatizēts un var automātiski pielāgot savu pretestību. Kad ķēde tiek darbināta, mainīgais rezistors pielāgo savu pretestību, lai kompensētu strāvas izmaiņas slodzes pretestības vai sprieguma padeves izmaiņu dēļ. No pamata elektrības klases jums jāatceras, ka, palielinot slodzi, kas būtībā ir pretestība (+ kapacitāte / induktivitāte), tiek novērots efektīvs strāvas kritums un otrādi. Tādējādi, palielinot slodzi ķēdē (pretestības pieaugums), nevis strāvas kritumu, mainīgais rezistors samazina savu pretestību, lai kompensētu palielināto pretestību un nodrošinātu tādas pašas strāvas plūsmas. Tādā pašā veidā, kad samazinās slodzes pretestība,mainīgā pretestība palielina paša pretestību, lai kompensētu samazinājumu, tādējādi saglabājot izejas strāvas vērtību.
Cita pieeja pašreizējā regulējumā ir savienot pietiekami augstu rezistoru paralēli slodzei tā, lai saskaņā ar pamata elektrības likumiem strāva plūst pa ceļu ar vismazāko pretestību, kas šajā gadījumā būs caur slodzi, tikai ar "nenozīmīgs" strāvas daudzums, kas plūst caur augstas vērtības rezistoru.
Šīs izmaiņas ietekmē arī spriegumu, jo daži strāvas regulatori uztur strāvu izejā, mainot spriegumu. Tādējādi ir gandrīz neiespējami regulēt spriegumu tajā pašā izvadā, kur tiek regulēta strāva.
Pašreizējo regulatoru dizains
Pašreizējos regulatorus parasti īsteno, izmantojot IC balstītus sprieguma regulatorus, piemēram, MAX1818 un LM317, vai izmantojot želejas pupiņu pasīvos un aktīvos komponentus, piemēram, tranzistorus un Zenera diodes.
Strāvas regulatoru projektēšana, izmantojot sprieguma regulatorus
Strāvas regulatoru projektēšanai, izmantojot sprieguma regulatoru, kas balstīts uz IC, tehnika parasti ietver sprieguma regulatoru iestatīšanu, lai būtu pastāvīga slodzes pretestība, un parasti tiek izmantoti lineārie sprieguma regulatori, jo spriegums starp lineāro regulatoru izeju un to zemi parasti ir cieši regulēts kā tāds, starp spailēm var ievietot fiksētu rezistoru tā, lai fiksēta strāva plūst uz slodzi. Labs uz tā balstīta dizaina piemērs tika publicēts vienā no EDN publikācijām Budge Ing 2016. gadā.
Izmantotajā ķēdē tiek izmantots LDO lineārais regulators MAX1818, lai izveidotu augstas puses pastāvīgas strāvas regulētu padevi. Barošana (parādīta attēlā iepriekš) tika veidota tā, lai tā padotu RLOAD ar pastāvīgu strāvu, kas ir vienāda ar I = 1,5 V / ROUT. Kur 1,5 V ir MAX1818 iepriekš iestatītais izejas spriegums, bet to var mainīt, izmantojot ārēju pretestības dalītāju.
Lai nodrošinātu optimālu konstrukcijas veiktspēju, MAX1818 ieejas spailē spriegumam jābūt līdz 2,5 V un ne augstākam par 5,5 V, jo tas ir datu diapazonā norādītais darbības diapazons. Lai izpildītu šo nosacījumu, izvēlieties ROUT vērtību, kas starp IN un GND ļauj izmantot 2,5–5,5 V. Piemēram, ja slodze, piemēram, 100Ω ar 5V VCC, ierīce darbojas pareizi, ja ROUT ir virs 60Ω, jo vērtība ļauj maksimāli programmējamo strāvu 1,5V / 60Ω = 25mA. Tad ierīces spriegums ir vienāds ar minimāli atļauto: 5V - (25mA × 100Ω) = 2,5V.
Citus lineārus regulatorus, piemēram, LM317, var izmantot arī līdzīgā projektēšanas procesā, taču viens no galvenajiem ieguvumiem, ko IC, piemēram, MAX1818, ir salīdzinājumā ar citiem, ir fakts, ka tie ietver termisko izslēgšanos, kas pašreizējā regulācijā varētu būt ļoti svarīga kā IC ir tendence sakarst, kad ir pievienotas slodzes ar lielām strāvas prasībām.
Strāvas regulatoram, kura pamatā ir LM317, ņemiet vērā zemāk esošo shēmu;
LM317s ir veidoti tā, ka regulators turpina pielāgot savu spriegumu, līdz spriegums starp tā izejas tapu un tā regulēšanas tapu ir 1,25 V un kā tāds dalītājs parasti tiek izmantots, kad tiek ieviests sprieguma regulatora situācijā. Bet mūsu lietošanai kā strāvas regulatoram tas faktiski padara lietas ļoti vienkāršas, jo, tā kā spriegums ir nemainīgs, viss, kas mums jādara, lai strāvas konstante būtu, ir vienkārši ievietot rezistoru virknē starp Vout un ADJ tapu kā parādīts augšējā ķēdē. Tādējādi mēs varam iestatīt izejas strāvu uz fiksētu vērtību, kuru dod;
I = 1,25 / R
Ar R vērtību ir izejas strāvas vērtības noteicošais faktors.
Lai izveidotu mainīgu strāvas regulatoru, mums ķēdei jāpievieno tikai mainīgs rezistors blakus citam rezistoram, lai izveidotu sadalītāju regulējamajam tapam, kā parādīts zemāk esošajā attēlā.
Ķēdes darbība ir tāda pati kā iepriekšējā ar atšķirību, ka strāvu var noregulēt ķēdē, pagriežot potenciometra pogu, lai mainītu pretestību. Spriegums pāri R dod ar;
V = (1 + R1 / R2) x 1,25
Tas nozīmē, ka strāvu pāri R dod:
I R = (1,25 / R) x (1+ R1 / R2).
Tas dod ķēdei strāvas diapazonu I = 1,25 / R un (1,25 / R) x (1 + R1 / R2)
Atkarīgs no iestatītās strāvas; pārliecinieties, ka rezistora R vats var izturēt caur to plūstošās strāvas daudzumu.
Priekšrocības un trūkumi, lietojot LDO kā pašreizējo regulatoru
Zemāk ir dažas priekšrocības, izvēloties lineārā sprieguma regulatora pieeju.
- Regulatora IC ir iestrādāta aizsardzība pret temperatūru, kas varētu būt noderīga, ja ir pieslēgtas kravas ar pārmērīgām strāvas prasībām.
- Regulatora IC ir lielāka pielaide lieliem ieejas spriegumiem un lielā mērā atbalsta lielas jaudas izkliedi.
- Regulatora IC pieejā ir paredzēts izmantot mazāku komponentu daudzumu, vairumam gadījumu pievienojot tikai dažus rezistorus, izņemot gadījumus, kad nepieciešamas lielākas strāvas un pievienoti jaudas tranzistori. Tas nozīmē, ka sprieguma un strāvas regulēšanai jūs varētu izmantot to pašu IC.
- Komponentu skaita samazinājums varētu nozīmēt ieviešanas izmaksu un projektēšanas laika samazināšanos.
Trūkumi:
No otras puses, konfigurācijas, kas aprakstītas regulatora IC pieejā, papildus regulētajam izejas spriegumam ļauj nomierinošas strāvas plūsmu no regulatora uz slodzi. Tas ievieš kļūdu, kas dažos lietojumos var nebūt pieļaujama. To tomēr varētu samazināt, izvēloties regulatoru ar ļoti mazu mierīgu strāvu.
Vēl viens regulatora IC pieejas trūkums ir dizaina elastības trūkums.
Papildus sprieguma regulatora IC lietošanai strāvas regulatorus var projektēt arī, izmantojot želejas pupiņu daļas, ieskaitot tranzistorus, opampus un Zenera diode ar nepieciešamajiem rezistoriem. Zenera diode tiek izmantota ķēdē, iespējams, kā bez smadzenēm, it kā jūs atceraties, ka Zenera diode tiek izmantota sprieguma regulēšanai. Strāvas regulatora dizains, izmantojot šīs daļas, ir viselastīgākais, jo tos parasti ir viegli integrēt esošajās ķēdēs.
Pašreizējais regulators, izmantojot tranzistorus
Šajā sadaļā mēs apsvērsim divus dizainus. Pirmajā tiks izmantoti tikai tranzistori, bet otrajā - operatīvā pastiprinātāja un jaudas tranzistora sajaukums.
Apsveriet zemāk redzamo ķēdi ar tranzistoriem.
Iepriekšējā ķēdē aprakstītais strāvas regulators ir viens no vienkāršākajiem strāvas regulatora dizainiem. Tas ir zemas puses strāvas regulators; Es pieslēdzos pēc slodzes pirms zemes. To veido trīs galvenie komponenti; vadības tranzistors (2N5551), jaudas tranzistors (The TIP41) un šunta rezistors (R).Manevru, kas būtībā ir mazvērtīgs rezistors, izmanto, lai izmērītu strāvu, kas plūst caur slodzi. Kad ķēde ir ieslēgta, šuntā tiek atzīmēts sprieguma kritums. Jo lielāka ir slodzes pretestības RL vērtība, jo lielāks ir sprieguma kritums šuntā. Sprieguma kritums šuntā darbojas kā vadības tranzistora sprūda tā, ka jo lielāks ir sprieguma kritums šuntā, jo vairāk tranzistors vada un regulē strāvas tranzistora pamatnei piemēroto slīpo spriegumu, lai palielinātu vai samazinātu vadītspēju ar rezistors R1 darbojas kā novirzes rezistors.
Tāpat kā ar citām ķēdēm, paralēli šunta rezistoram var pievienot mainīgu rezistoru, lai mainītu strāvas līmeni, mainot sprieguma daudzumu, kas tiek pielietots vadības tranzistora pamatnē.
Pašreizējais regulators, izmantojot Op-Amp
Otrajam projektēšanas ceļam ņemiet vērā zemāk esošo shēmu;
Šīs ķēdes pamatā ir darbības pastiprinātājs, un tāpat kā piemērā ar tranzistoru, strāvas uztveršanai tas izmanto arī šunta rezistoru. Sprieguma kritums šuntā tiek ievadīts operatīvajā pastiprinātājā, kas pēc tam to salīdzina ar atsauces spriegumu, ko iestatījis Zenera diode ZD1. Op-amp kompensē visas neatbilstības (lielas vai zemas) divos ieejas spriegumos, pielāgojot tā izejas spriegumu. Operacionālā pastiprinātāja izejas spriegums ir savienots ar lieljaudas FET, un vadīšana notiek, pamatojoties uz pielietoto spriegumu.
Galvenā atšķirība starp šo dizainu un pirmo ir atsauces spriegums, ko ievada Zenera diode. Abas šīs konstrukcijas ir lineāras, un ar lielu slodzi tiks radīts liels siltuma daudzums, tāpēc siltuma izkliedēšanai tām jāpievieno siltuma izlietnes.
Priekšrocība un trūkums
Šīs dizaina pieejas galvenā priekšrocība ir elastība, ko tā nodrošina dizainerim. Daļas var izvēlēties un noformēt pēc garšas bez jebkādiem ierobežojumiem, kas saistīti ar iekšējo shēmu, kas raksturo regulatora IC balstītu pieeju.
No otras puses, šī pieeja mēdz būt nogurdinošāka, laikietilpīgāka, tai ir vajadzīga vairāk detaļu, lielgabarīta, uzņēmīga pret izgāšanos un dārgāka, salīdzinot ar regulatora balstītu IC pieeju.
Pašreizējo regulatoru piemērošana
Pastāvīgas strāvas regulatori atrod pielietojumu visdažādākajās ierīcēs, sākot no strāvas padeves ķēdēm, līdz akumulatora uzlādes ķēdēm, līdz LED draiveriem un citām lietojumprogrammām, kur fiksēta strāva ir jāregulē neatkarīgi no pielietotās slodzes.
Tas ir par šo rakstu! Ceru, ka uzzinājāt vienu vai divas lietas.
Līdz nākamajai reizei!