Typer, anvendelser og tip til valg af spændingsregulatorer

En spændingsregulator er en del, der holder spændingen stabil i et kredsløb.Dette hjælper dine enheder med at arbejde sikkert, selvom strømmen ændres.I denne artikel lærer du, hvad en spændingsregulator gør, de forskellige typer, hvor de bruges, og hvordan man vælger den rigtige.

Katalog

Spændingsregulatoroversigt

En spændingsregulator er en enhed eller kredsløb designet til at holde udgangsspændingen stabil, selv når indgangsspændingen eller belastningsforholdene ændres.Uden regulering kunne følsomme kredsløb lide af overophedning, datatab eller uventede fejl.Ved at opretholde en konsekvent spænding understøtter disse regulatorer længere enhedsliv og mere pålidelig drift.

Spændingsregulatorer kredsløbsdiagram

Figur 1: Spændingsregulatorer kredsløbsdiagram

Dette kredsløbsdiagram viser, hvordan en spændingsregulator fungerer for at give en stabil spænding.På venstre side kommer strømmen ind på punkter A og B. Dette kaldes det uregulerede input, hvilket betyder, at spændingen muligvis ikke er meget stabil.En kondensator mærket CIN placeres lige efter input for at hjælpe med at udjævne små ændringer eller støj i spændingen.

Spændingen går derefter ind i spændingsregulatorblokken.Denne del har tre stifter: ind, ud og jord.Inputstiften indtager spændingen, jordstiften forbindes til den fælles linje (B), og outputstiften sender den nye, stabile spænding ud.

Når spændingen er kontrolleret, passerer den gennem en anden kondensator kaldet cout.Denne hjælper med at holde udgangsspændingen glat og stabil, især hvis den tilsluttede enhed pludselig ændrer, hvor meget strøm den har brug for.Den rene og stabile spænding kommer ud fra punkter C og B, klar til at blive brugt af andre dele af et kredsløb.

Forskellige typer spændingsregulatorer

Figur 2: Lineære spændingsregulatorer

Lineære spændingsregulatorer

Lineære spændingsregulatorer fungerer ved at reducere indgangsspændingen til en lavere, stabil udgangsspænding ved hjælp af en resistiv metode.De er lette at bruge og giver en glat og støjfri output, hvilket er nyttigt i følsomme elektroniske enheder.De er ikke særlig effektive, fordi den ekstra spænding omdannes til varme.Disse regulatorer bruges i lydsystemer, analoge kredsløb og små mikrokontrollerbaserede projekter, hvor støj skal minimeres.

Blandt lineære regulatorer, L78L05 er en bredt anerkendt fast 5V -regulator, der er kendt for sin enkelhed og pålidelighed.Det tilvejebringer op til 100 Ma outputstrøm og bruges ofte i applikationer med lav effekt, såsom mikrokontrollertavler, sensorer og andre 5V-logiske enheder.

Figur 3: Skift af spændingsregulatorer

Skift af spændingsregulatorer

Skift af spændingsregulatorer bruger højhastighedskontakter sammen med induktorer eller kondensatorer til at konvertere spændinger effektivt.De spilder ikke så meget strøm som varme, hvilket gør dem meget mere effektive end lineære typer.Disse regulatorer er bedst til applikationer, der har brug for mere aktuelle, eller hvor at spare strøm er vigtig, som i computere, smartphones og LED -belysningssystemer.

Figur 4: Buck-regulatorer (nedbrud)

Buck-regulatorer (nedbrud)

En buckregulator tager en højere indgangsspænding og reducerer den til en lavere udgangsspænding.Det gør dette effektivt ved at tænde og slukke og opbevare energi i magnetiske felter.Denne type regulator bruges ofte i situationer, hvor indgangseffekten er 12V eller højere, og output skal være 5V eller 3,3V, såsom i digital elektronik eller indlejrede systemer.

Figur 5: Boost Regulators (step-up)

Boost Regulators (step-up)

Boost -regulatorer er designet til at øge en lavere indgangsspænding til en højere udgangsspænding.De opbevarer energi, når de er tændt og frigiver den ved en højere spænding, når de er slukket.Disse er nyttige i batteridrevne enheder, hvor forsyningsspændingen falder under, hvad kredsløbet skal fungere, som i håndholdt elektronik eller LED-lommelygter.

Figur 6: Buck-boost-regulatorer

Buck-boost-regulatorer

Buck-boost-regulatorer kan både hæve og sænke indgangsspændingen afhængigt af forholdene.Dette gør dem meget fleksible i situationer, hvor indgangsspændingen kan variere over eller under den krævede udgangsspænding.De er nyttige i batteridrevne systemer, hvor batterispændingen ændres under brug, men der er stadig behov for en konstant output.

Figur 7: Lav-dropout-regulatorer (LDOS)

Regulatorer med lav uddrag (LDO'er)

Regulatorer med lav dropout er en speciel type lineær regulator, der kan fungere, selv når indgangsspændingen kun er lidt højere end udgangsspændingen.De er nyttige, når der kun findes en lille spændingsforskel mellem input og output, hvilket hjælper med at reducere strømtab og varme.LDO'er bruges ofte i mobile enheder og lavspændings digitale kredsløb.

Tekniske forskelle mellem spændingsregulatorer

Type	Udgangsspænding	Effektivitet	Varmeproduktion	Kompleksitet	Applikationsspændingsområde	Komponenter
Lineær regulator	Fast eller justerbar	Lav (30-60%)	Høj	Enkel	Lav til moderat	Modstande, Pass Transistor
Skiftende regulator	Fast eller justerbar	Høj (70–95%)	Lav	Kompleks	Lav til høj	Induktor, diode, switch, ic
Buck Regulator	Kun ned-down	Høj (80–95%)	Lav	Moderat	Moderat til høj	Induktor, kondensator, switch
Boost Regulator	Kun opstart	Moderat - høj	Lavt -moderat	Moderat	Lav til moderat	Induktor, diode, switch
Buck-boost regulator	Step-up eller step-down	Moderat (60–85%)	Moderat	Kompleks	Brede indgangsvariationer	Induktor, diode, switch
LDO -regulator	Lavt frafald (Luk Vin - Vout)	Lavt -moderat	Moderat - høj	Enkel	Applikationer med lav forskel	Passelement, fejlforstærker
Justerbar regulator	Brugerdefineret output	Afhænger af type	Afhænger af type	Enkel til kompleks	Varierer med design	Eksterne modstande, regulator IC

Anvendelse af en spændingsregulator

Strømforsyningskredsløb

Spændingsregulatorer er vidt brugt i strømforsyninger for at sikre, at elektroniske enheder får en stabil og sikker spænding, selvom indgangseffekten ændres.

Batteridrevne enheder

I gadgets som mobiltelefoner, tablets og kameraer hjælper regulatorer med at opretholde en konstant spænding, når batteriet dræner over tid.

Indlejrede systemer

Mikrokontrollere og digitale kredsløb har brug for en stabil spænding for at fungere korrekt.Tilsynsmyndigheder giver den pålidelige spænding, ofte i 3,3V eller 5V niveauer.

Kommunikationsudstyr

Enheder som routere, radioer og sendere bruger spændingsregulatorer for at undgå signalproblemer forårsaget af ustabil strøm.

Automotive Electronics

Biler bruger spændingsregulatorer til at holde elektronik som instrumentbrætdisplay, sensorer og infotainmentsystemer, der kører glat på trods af spændingsændringer fra generatoren.

Industriel automatisering

I fabriksmaskiner og kontrolsystemer bruges spændingsregulatorer til at beskytte og stabilisere elektroniske kontroller og sensorer.

Vedvarende energisystemer

Solpaneler og vindmøller bruger ofte spændingsregulatorer til at håndtere svingende input og tilvejebringe en stabil output til batterier eller tilsluttet udstyr.

Lyd- og videoudstyr

Spændingsregulatorer hjælper med at reducere støj og opretholde ydeevne i forstærkere, mixere og andre A/V -systemer.

Computerhardware

I computere sikrer spændingsregulatorer, at CPU'er, RAM og grafikkort får den rigtige spænding til pålidelig og effektiv ydelse.

Medicinsk udstyr

Medicinske værktøjer og overvågningsudstyr kræver en stabil spænding til at fungere sikkert, hvilket gør spændingsregulatorer til en nøglekomponent i deres kraftsystemer.

Særlige funktioner i moderne spændingsregulatorer

Overstrømsbeskyttelse

Denne funktion begrænser automatisk strømmen, hvis den går ud over sikre niveauer, hvilket hjælper med at forhindre skade på regulatoren og tilsluttede komponenter.

Termisk nedlukning

Når regulatoren bliver for varm, lukker denne funktion den ned for at stoppe overophedning og undgå fiasko eller brandrisiko.

Kortslutningsbeskyttelse

Hvis output ved et uheld forbinder direkte til jorden, fornemmer regulatoren dette og holder op med at levere strøm for at undgå skader.

Soft-start-funktion

Dette øger gradvist udgangsspændingen, når strømmen er tændt, hvilket reducerer stress på komponenter og forhindrer pludselige effektbølger.

Lav rystende strøm

Nogle moderne regulatorer bruger meget lidt strøm, når belastningen er lys eller slukket, hvilket gør dem ideelle til energibesparende design og batteridrevne enheder.

Fjernmåling

Dette gør det muligt for regulatoren at overvåge spændingen ved belastningsenden, ikke kun ved dens output, og justere efter behov for at holde spændingen stabil.

Aktivér/nedlukningsstift

Mange regulatorer har nu en kontrolstift, der giver brugerne mulighed for at slå output til eller fra med et signal, der er nyttigt til strømbesparelse eller sekventering.

Justerbar output

Nogle regulatorer leveres med indbyggede muligheder for at justere udgangsspændingen ved hjælp af eksterne modstande, hvilket giver mere fleksibilitet i kredsløbsdesign.

Lavt frafaldsspænding

Moderne lav-dropout-regulatorer (LDO'er) kan stadig regulere korrekt, selv når indgangsspændingen er meget tæt på output, hvilket hjælper med at reducere strømtab.

Indbygget EMI-reduktion

Nogle skiftende regulatorer inkluderer specielle design eller filtre til at reducere elektromagnetisk interferens, hvilket hjælper med følsomme eller støjende miljøer.

Tips til at vælge den rigtige spændingsregulator

• Kontroller spændingen, der kommer ind i dit kredsløb, og hvilken spænding du har brug for at komme ud.Regulatoren skal matche begge dele.

• Se på, hvor meget strøm din enhed eller kredsløb vil bruge.Regulatoren skal være i stand til at håndtere dette beløb uden overophedning.

• Hvis det er grundlæggende at gemme energi, er en skiftende regulator et bedre valg, fordi den spilder mindre strøm.

• For kredsløb, der har brug for lav støj eller er meget enkle, er lineære regulatorer lettere at bruge og arbejde godt.

• Hvis din indgangsspænding kun er lidt højere end output, skal du gå med et lavt frafald (LDO) regulator for at undgå at spilde for meget strøm.

• Vælg en justerbar regulator, hvis du har brug for at indstille en specifik udgangsspænding eller muligvis skal ændre den senere.

• Tænk på varme.Hvis regulatoren bliver varm under brug, kan den have brug for en køleplade eller bedre afkøling.

• Sørg for, at regulatoren ikke er for stor eller for dyr til dit projekt, hvis du har begrænset plads eller budget.

• Kontroller, om regulatoren holder output rent med lav krusning eller støj for følsomme enheder.

• Det er også godt at vælge en med sikkerhedsfunktioner som beskyttelse mod for meget strøm eller overophedning.

Konklusion

Spændingsregulatorer er vigtige for at holde strømstabile i elektroniske enheder.De hjælper med at forhindre skader og sørger for, at alt kører glat.Med forskellige typer og funktioner til rådighed kan de bruges i mange systemer, fra små gadgets til store maskiner.