Mga kasalukuyang regulator: mga uri ng konstruksyon, pagtatrabaho at disenyo

Tulad ng mga sitwasyon kung saan kailangan naming kontrolin ang boltahe sa aming mga disenyo, may mga sitwasyon kung saan kailangan naming kontrolin ang kasalukuyang ibinibigay sa isang partikular na bahagi ng aming circuit. Hindi tulad ng pagbabago (pagbabago mula sa isang antas ng boltahe patungo sa isa pa) na karaniwang isa sa mga pangunahing dahilan para sa regulasyon ng boltahe, ang kasalukuyang regulasyon ay karaniwang tungkol sa pagpapanatili ng kasalukuyang ibinibigay na pare-pareho, hindi alintana ang mga pagkakaiba-iba sa paglaban sa pag-load o input boltahe. Ang mga circuit (isinama o hindi) na ginagamit upang makamit ang pare-pareho ang kasalukuyang supply ay tinatawag na (Constant) Mga Kasalukuyang Regulator at sila ay karaniwang ginagamit sa Power Electronics.

Habang ang Kasalukuyang mga regulator ay naitampok sa maraming mga aplikasyon sa mga nakaraang taon sila ay masasabing hindi isa sa mga pinakatanyag na paksa sa pag-uusap sa disenyo ng electronics hanggang kamakailan. Ang Mga Kasalukuyang Regulator ay nakakamit na ngayon ang isang uri ng nasa lahat ng kalagayan katayuan dahil sa kanilang mga mahahalagang aplikasyon sa LED Lighting bukod sa iba pang mga application.

Para sa artikulong ngayon, titingnan namin ang kasalukuyang mga regulator na ito at susuriin ang mga prinsipyo ng pagpapatakbo sa likuran nila, ang kanilang disenyo, mga uri, at aplikasyon sa iba pa.

Prinsipyo sa Pagpapatakbo ng Kasalukuyang Regulator

Ang pagpapatakbo ng isang kasalukuyang regulator ay katulad ng sa boltahe regulator na may pangunahing pagkakaiba ay ang parameter na kinokontrol nila at ang dami na nag-iiba upang maibigay ang kanilang output. Sa mga regulator ng boltahe, ang kasalukuyang ay iba-iba upang makamit ang kinakailangang antas ng boltahe, habang ang kasalukuyang mga regulator ay karaniwang nagsasangkot ng mga pagkakaiba-iba sa boltahe / paglaban upang makamit ang kinakailangang kasalukuyang output. Tulad ng naturan, habang posible, karaniwang mahirap makontrol ang boltahe at kasalukuyang nang sabay-sabay sa isang circuit.

Upang maunawaan kung paano gumagana ang Kasalukuyang mga regulator ay nangangailangan ng mabilis na pagtingin sa batas ng ohms;

V = IR o I = V / R

Nangangahulugan ito upang mapanatili ang isang pare-pareho na kasalukuyang daloy sa isang output, ang dalawang mga pag-aari (boltahe at paglaban) ay dapat na panatilihing pare-pareho sa isang circuit o nababagay tulad na kapag may pagbabago sa isa, ang halaga ng iba pa ay nababagay nang naaayon upang mapanatili ang parehong output kasalukuyang. Tulad ng naturan, ang kasalukuyang regulasyon ay nagsasangkot ng paggawa ng isang pagsasaayos sa alinman sa boltahe o paglaban sa isang circuit o pagtiyak na ang mga halaga ng Paglaban at Boltahe ay hindi nabago hindi alintana ang mga kinakailangan / epekto ng konektadong pagkarga.

Gumagawa ang Kasalukuyang Regulator

Upang maayos na ilarawan kung paano gumana ang isang kasalukuyang regulator, isaalang-alang natin ang circuit diagram sa ibaba.

Ang variable resistor sa circuit sa itaas ay ginagamit upang kumatawan sa mga aksyon ng isang kasalukuyang regulator. Ipagpalagay namin na ang variable risistor ay awtomatiko at maaaring awtomatikong ayusin ang sarili nitong pagtutol. Kapag pinapagana ang circuit, inaayos ng variable resistor ang paglaban nito upang mabayaran ang mga pagbabago sa kasalukuyang sanhi ng pagkakaiba-iba ng resistensya sa pag-load o supply ng boltahe. Mula sa pangunahing uri ng elektrisidad, dapat mong tandaan na kapag ang pag-load, na mahalagang paglaban (+ capacitance / inductance) ay nadagdagan, isang mabisang pagbagsak sa kasalukuyang nararanasan at kabaligtaran. Kaya't kapag ang pag-load sa circuit ay nadagdagan (pagtaas sa paglaban), sa halip na isang kasalukuyang pagbagsak, ang variable risistor ay binabawasan ang sarili nitong pagtutol upang mabayaran ang nadagdagan na pagtutol at matiyak ang parehong kasalukuyang daloy. Sa parehong paraan, kapag bumabawas ang resistensya sa pag-load,ang variable na paglaban ay nagdaragdag ng sarili nitong pagtutol upang mabayaran ang pagbawas, sa gayon ay mapanatili ang kasalukuyang halaga ng output.

Ang isa pang diskarte sa kasalukuyang regulasyon ay upang ikonekta ang isang sapat na mataas na risistor kahanay ng karga tulad nito, alinsunod sa mga batas ng pangunahing kuryente, ang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng daanan na may hindi gaanong pagtutol na sa kasong ito ay mapasa-load, na may lamang isang "bale-wala" na dami ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng resistor na may mataas na halaga.

Ang mga pagkakaiba-iba ay nakakaapekto rin sa boltahe dahil ang ilang kasalukuyang mga regulator ay nagpapanatili ng kasalukuyang sa output sa pamamagitan ng pag-iiba ng boltahe. Kaya, halos imposibleng makontrol ang boltahe sa parehong output kung saan ang kasalukuyang ay kinokontrol.

Kasalukuyang Disenyo ng Mga Regulator

Karaniwang ipinatutupad ang mga kasalukuyang regulator gamit ang mga IC based voltage regulator tulad ng MAX1818 at LM317 o sa pamamagitan ng paggamit ng jellybean passive at mga aktibong sangkap tulad ng transistors at Zener diode.

Pagdidisenyo ng Mga Kasalukuyang Regulator na gumagamit ng Mga Voltage Regulator

Para sa disenyo ng kasalukuyang mga regulator na gumagamit ng IC-based voltage regulator, ang pamamaraan ay karaniwang nagsasangkot ng pagse-set up ng mga voltage regulator upang magkaroon ng pare-pareho na resistensya sa pag-load at karaniwang ginagamit ang mga Linear voltage regulator dahil, ang boltahe sa pagitan ng output ng mga linear regulator at kanilang lupa ay karaniwang mahigpit. kinokontrol, tulad ng tulad, isang nakapirming risistor ay maaaring ipasok sa pagitan ng mga terminal tulad ng isang nakapirming kasalukuyang daloy sa pag-load. Ang isang magandang halimbawa ng isang disenyo batay dito ay na-publish sa isa sa mga publication ng EDN ni Budge Ing Noong 2016.

Gumagamit ang circuit na ginagamit ng LDO linear regulator MAX1818 upang lumikha ng isang mataas na panig na patuloy na kasalukuyang kinokontrol na supply. Ang supply (ipinapakita sa imahe sa itaas) ay dinisenyo tulad na ito ay nagpapakain ng RLOAD na may isang pare-pareho na kasalukuyang, na katumbas ng I = 1.5V / ROUT. Kung saan ang 1.5V ay ang preset output boltahe ng MAX1818 ngunit maaaring mabago gamit ang isang panlabas na resistive divider.

Upang matiyak ang pinakamainam na pagganap ng disenyo, ang boltahe sa input terminal ng MAX1818 ay dapat na hanggang sa 2.5V at hindi hihigit sa 5.5v dahil ito ang saklaw ng pagpapatakbo na itinakda ng datasheet. Upang masiyahan ang kundisyong iyon, pumili ng isang halaga ng ROUT na nagbibigay-daan sa 2.5V hanggang 5.5V sa pagitan ng IN at GND. Halimbawa kapag ang isang karga ng say 100Ω na may isang 5V VCC, gumana nang maayos ang aparato na may ROUT sa itaas ng 60Ω dahil pinahihintulutan ng halaga ang isang maximum na nai-program na kasalukuyang 1.5V / 60Ω = 25mA. Ang boltahe sa kabuuan ng aparato pagkatapos ay katumbas ng minimum na pinapayagan: 5V - (25mA × 100Ω) = 2.5V.

Ang iba pang mga linear regulator tulad ng LM317 ay maaari ring magamit sa isang katulad na proseso ng disenyo ngunit ang isa sa mga pangunahing benepisyo na mayroon ang mga IC tulad ng MAX1818 sa iba pa ay ang katunayan na isinasama nila ang thermal shutdown na maaaring napakahalaga sa kasalukuyang regulasyon bilang temperatura ng Ang IC ay may gawi na maging mainit kapag ang mga karga na may mataas na kasalukuyang mga kinakailangan ay konektado.

Para sa kasalukuyang regulator ng LM317, isaalang-alang ang circuit sa ibaba;

Ang LM317s ay dinisenyo sa isang paraan na pinapanatili ng regulator ang pag-aayos ng boltahe nito hanggang sa ang boltahe sa pagitan ng output pin at ang pin ng pagsasaayos nito ay nasa 1.25v at tulad ng isang divider ay karaniwang ginagamit kapag nagpapatupad sa isang boltahe na regulator na sitwasyon. Ngunit para sa aming kaso ng paggamit bilang isang kasalukuyang regulator, talagang ginagawang madali para sa amin ang mga bagay dahil, dahil pare-pareho ang boltahe, ang kailangan lamang gawin upang gawin ang kasalukuyang pare-pareho ay ipasok lamang ang isang risistor sa serye sa pagitan ng Vout at ADJ pin tulad ng ipinakita sa circuit sa itaas. Tulad ng naturan, nagagawa naming itakda ang kasalukuyang output sa isang nakapirming halaga na ibinibigay ng;

I = 1.25 / R

Gamit ang halaga ng R pagiging ang tumutukoy na kadahilanan ng kasalukuyang halaga ng output.

Upang lumikha ng isang variable na kasalukuyang regulator, kailangan lamang namin magdagdag ng isang variable risistor sa circuit sa tabi ng isa pang risistor upang lumikha ng isang divider sa naaayos na pin tulad ng ipinakita sa imahe sa ibaba.

Ang pagpapatakbo ng circuit ay kapareho ng nakaraang isa na may pagkakaiba na ang kasalukuyang ay maaaring ayusin sa circuit sa pamamagitan ng pag-on ang knob ng potentiometer upang ibahin ang resistensya. Ang boltahe sa kabuuan ng R ay nagbibigay ng;

V = (1 + R1 / R2) x 1.25

Nangangahulugan ito na ang Kasalukuyan sa kabuuan ng R ay ibinibigay ng;

I _R = (1.25 / R) x (1+ R1 / R2).

Binibigyan nito ang circuit ng kasalukuyang saklaw ng I = 1.25 / R at (1.25 / R) x (1 + R1 / R2)

Nakasalalay sa itinakdang kasalukuyang; matiyak na ang watt rating ng risistor R ay makatiis ng dami ng kasalukuyang dumadaloy dito.

Mga Kalamangan at Kalamangan sa paggamit ng LDO bilang Kasalukuyang Regulator

Nasa ibaba ang ilang mga pakinabang para sa pagpili ng diskarte ng linear voltage regulator.

Ang mga Regulator IC ay isinasama sa paglipas ng proteksyon ng temperatura na maaaring magamit nang madaling magamit kapag ang mga Pag-load na may labis na kasalukuyang mga kinakailangan ay konektado.
Ang mga Regulator ICs ay may higit na pagpapaubaya para sa malalaking voltages ng pag-input at sa isang malaking sukat suportahan ang matinding pagwawaldas ng kuryente.
Ang diskarte ng regulator ICs ay nagsasangkot ng paggamit ng isang mas maliit na halaga ng mga bahagi na may pagdaragdag lamang ng ilang mga resistors sa karamihan ng mga kaso maliban sa mga kaso kung saan kinakailangan ang mas mataas na alon at konektado ang mga power transistor. Nangangahulugan ito na maaari mong gamitin ang parehong IC para sa boltahe at kasalukuyang regulasyon.
Ang pagbawas sa bilang ng mga bahagi ay maaaring mangahulugan ng pagbawas sa gastos sa pagpapatupad at oras ng disenyo.

Mga disadvantages:

Sa flip side, ang mga pagsasaayos na inilarawan sa ilalim ng diskarte ng regulator ICs ay nagbibigay-daan sa daloy ng kasalukuyang quiescent mula sa regulator hanggang sa pagkarga bilang karagdagan sa kinokontrol na boltahe ng output. Nagpapakilala ito ng isang error na maaaring hindi payagan sa ilang mga application. Gayunpaman, ito ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagpili ng isang regulator na may napakababang kasalukuyang alon.

Ang isa pang downside sa diskarte ng regulator IC ay ang kakulangan ng kakayahang umangkop sa disenyo.

Bukod sa paggamit ng Voltage Regulator ICs, ang mga kasalukuyang regulator ay maaari ding idisenyo gamit ang mga bahagi ng jellybean kabilang ang mga transistor, opamp, at Zener diode na may kinakailangang resistors. Ang isang Zener diode ay ginagamit sa circuit marahil bilang isang walang utak na parang naaalala mo ang Zener diode ay ginagamit para sa regulasyon ng boltahe. Ang disenyo ng kasalukuyang regulator na gumagamit ng mga bahaging ito ay ang pinaka-kakayahang umangkop dahil kadalasang madali silang isama sa mga umiiral na mga circuit.

Kasalukuyang Regulator na gumagamit ng Transistors

Isasaalang-alang namin ang dalawang disenyo sa ilalim ng seksyong ito. Itatampok lamang ng una ang paggamit ng mga transistor habang ang pangalawa ay magtatampok ng isang halo ng isang pagpapatakbo na amplifier at isang power transistor.

Para sa isang may Transistors, isaalang-alang ang circuit sa ibaba.

Ang kasalukuyang regulator na inilarawan sa circuit sa itaas ay isa sa pinakasimpleng disenyo ng kasalukuyang regulator. Ito ay isang mababang panig na kasalukuyang regulator; Nakakonekta ako pagkatapos ng pagkarga bago ang lupa. Binubuo ito ng tatlong pangunahing sangkap; isang control transistor (ang 2N5551), isang power transistor (The TIP41) at isang shunt resistor (R).Ang shunt, na mahalagang isang resistor na may mababang halaga, ay ginagamit upang masukat ang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng karga. Kapag ang circuit ay nakabukas, ang isang drop ng boltahe ay nabanggit sa buong shunt. Mas mataas ang halaga ng paglaban sa pag-load RL mas mataas ang drop ng boltahe sa buong shunt. Ang pagbagsak ng boltahe sa kabuuan ng shunt ay nagsisilbing isang gatilyo para sa control transistor tulad ng mas mataas ang drop ng boltahe sa kabuuan ng shunt, mas maraming isinasagawa ang transistor at kinokontrol ang bias boltahe na inilapat sa base ng power transistor upang madagdagan o mabawasan ang pagpapadaloy ng risistor R1 na kumikilos bilang bias risistor.

Tulad ng iba pang mga circuit, ang isang variable risistor ay maaaring idagdag kahanay sa shunt risistor upang iiba-iba ang kasalukuyang antas sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng dami ng boltahe na inilapat sa base ng control transistor.

Kasalukuyang Regulator na gumagamit ng Op-Amp

Para sa pangalawang disenyo ng landas, isaalang-alang ang circuit sa ibaba;

Ang circuit na ito ay batay sa isang amplifier ng operasyon, at tulad ng halimbawa sa transistor, gumagamit din ito ng isang shunt risistor para sa kasalukuyang sensing. Ang pagbagsak ng boltahe sa kabuuan ng shunt ay pinakain sa pagpapatakbo ng amplifier na pagkatapos ihinahambing ito sa isang sanggunian na boltahe na itinakda ng Zener diode ZD1. Ang op-amp ay nagbabayad para sa anumang mga pagkakaiba-iba (mataas o mababa) sa dalawang input voltages sa pamamagitan ng pag-aayos ng output boltahe nito. Ang output boltahe ng pagpapatakbo amplifier ay konektado sa isang mataas na lakas FET at nangyayari ang pagpapadaloy batay sa inilapat na boltahe.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng disenyo na ito at ang una ay ang sanggunian boltahe na ipinatupad ng Zener diode. Ang pareho ng mga disenyo na ito ay linear at ang mataas na halaga ng init ay mabubuo sa mataas na pag-load tulad ng, ang mga heat sink ay dapat na isama sa kanila upang mawala ang init.

Advantage at Disadvantage

Ang pangunahing bentahe ng diskarte sa disenyo na ito ay ang kakayahang umangkop na ibinibigay nito sa taga-disenyo. Ang mga bahagi ay maaaring mapili at ang disenyo ay naka-configure sa panlasa nang walang anuman sa mga limitasyon na nauugnay sa panloob na circuitry na naglalarawan sa regulator IC batay sa diskarte.

Sa kabilang banda, ang pamamaraang ito ay may kaugaliang maging mas nakakapagod, gumugugol ng oras, nangangailangan ng mas maraming mga bahagi, malaki, madaling kapitan ng pagkabigo, at mas mahal kung ihinahambing sa regulator batay sa diskarte ng IC.

Paglalapat ng Kasalukuyang Mga Regulator

Ang patuloy na kasalukuyang mga regulator ay nakakahanap ng mga application sa lahat ng uri ng mga aparato mula sa mga circuit ng suplay ng kuryente, hanggang sa mga circuit ng singilin ng Baterya, sa mga LED driver at iba pang mga application kung saan ang isang nakapirming kasalukuyang ay kailangang maisaayos hindi isinasaalang-alang ang inilapat na Load.

Iyon lang para sa artikulong ito! Sana may natutunan kang isa o dalawa.

Hanggang sa Susunod na pagkakataon!