รีกูล레이เตอร์แรงดัน: แบบเชิงเส้น แบบชันท์ และไดโอดซีเนอร์

ฟิลด์: ไฟฟ้าพื้นฐาน

China

การควบคุมแรงดันคืออะไร

อุปกรณ์ควบคุมแรงดันคืออุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมได้ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟควรรับแรงดันที่มีค่าอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ การใช้อุปกรณ์ควบคุมแรงดันทำให้สามารถบรรลุวัตถุประสงค์นี้ได้

อุปกรณ์ควบคุมแรงดัน – ตามชื่อที่แนะนำ – ควบคุมแรงดันโดยไม่คำนึงถึงการปรับเปลี่ยนแรงดันขาเข้าหรือโหลดที่เชื่อมต่อ มันทำงานเป็นโล่ป้องกันอุปกรณ์จากความเสียหาย และสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) หรือกระแสสลับ (AC) ขึ้นอยู่กับการออกแบบ

ประเภทของอุปกรณ์ควบคุมแรงดัน

มีสองประเภทหลักของอุปกรณ์ควบคุมแรงดัน:

อุปกรณ์ควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้น
อุปกรณ์ควบคุมแรงดันแบบสวิตชิ่ง

เหล่านี้สามารถแบ่งย่อยเป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

อุปกรณ์ควบคุมแรงดันแบบเชิงเส้น

ประเภทของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้านี้ทำหน้าที่เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า โดยใช้FET ในบริเวณโอห์มิก การรักษาเอาต์พุตที่คงที่จะทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน ของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าตามโหลด โดยทั่วไป ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าประเภทนี้มีสองประเภท ได้แก่:

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบซีรีส์
ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบชันต์

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบซีรีส์

ใช้องค์ประกอบแปรผันที่จัดวางในแนวซีรีส์กับโหลดที่เชื่อมต่อ การรักษาเอาต์พุตที่คงที่จะทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงความต้านทานขององค์ประกอบนี้ตามโหลด มีอยู่สองประเภท ซึ่งสรุปไว้ด้านล่าง

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบซีรีส์ทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วน

จากแผนภาพบล็อก เราสามารถเห็นได้ว่าอินพุตที่ไม่มีการควบคุมจะถูกป้อนเข้าสู่ตัวควบคุม ก่อน จากนั้นตัวควบคุมจะควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้าอินพุตและส่งออกไปยังเอาต์พุต เอาต์พุตนี้จะถูกส่งไปยังวงจรฟีดแบ็ก ซึ่งจะถูกสุ่มตัวอย่างโดยวงจรสุ่มตัวอย่างและส่งไปยังตัวเปรียบเทียบ จากนั้นจะถูกเปรียบเทียบกับแรงดันอ้างอิงและส่งกลับไปยังเอาต์พุต

ในกรณีนี้ วงจรเปรียบเทียบจะส่งสัญญาณควบคุมไปยังตัวควบคุมทุกครั้งที่มีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต ดังนั้น ตัวควบคุมจะลดหรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่คงที่ที่เอาต์พุต

ไดโอด Zener เป็นตัวควบคุมแรงดัน

เมื่อใช้ไดโอด Zenerเป็นตัวควบคุมแรงดัน มันจะเรียกว่าตัวควบคุมแรงดันซีรีส์ที่ควบคุมโดยทรานซิสเตอร์หรือตัวควบคุมแรงดันแบบเอ็มมิเตอร์ฟอลโลเวอร์ ที่นี่ ทรานซิสเตอร์ที่ใช้คือเอ็มมิเตอร์ฟอลโลเวอร์ (ดูภาพด้านล่าง) ขั้วเอ็มมิเตอร์และขั้วคอลเล็กเตอร์ของทรานซิสเตอร์ผ่านซีรีส์ที่ใช้ที่นี่อยู่ในซีรีส์กับโหลด องค์ประกอบที่ปรับเปลี่ยนได้คือทรานซิสเตอร์ และไดโอด Zener จะให้แรงดันอ้างอิง

ตัวควบคุมแรงดันแบบชันท์

ตัวควบคุมแรงดันแบบชันท์ให้วิธีการจากแรงดันไฟฟ้าที่มาถึงพื้นดินโดยใช้ความต้านทานที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ จากโหลด กระแสไฟฟ้าจะถูกแยกออกจากโหลดไปยังพื้นดิน เราสามารถกล่าวง่ายๆ ว่าตัวควบคุมนี้สามารถดูดซับกระแสไฟฟ้าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าตัวควบคุมแรงดันแบบซีรีส์ การใช้งานรวมถึงแอมปลิฟายเออร์ข้อผิดพลาด การตรวจสอบแรงดัน วงจรจำกัดกระแสที่แม่นยำ ฯลฯ มีสองประเภทที่สรุปไว้ด้านล่าง

ตัวควบคุมแรงดันแบบชันท์ด้วยทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วน

ที่นี่ กระแสจะถูกเบี่ยงเบนออกจากโหลด โดย ตัวควบคุม จะเบี่ยงเบนกระแสบางส่วนของกระแสรวมที่เกิดจากแรงดันขาเข้าที่ไม่ได้รับการควบคุม ซึ่งจ่ายให้กับโหลด การควบคุมแรงดันจะเกิดขึ้นที่ข้ามโหลด

ที่นี่ วงจรเปรียบเทียบจะส่งสัญญาณควบคุมไปยังตัวควบคุมเมื่อมีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของแรงดันขาออกเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของโหลด ดังนั้น ตัวควบคุมจะเบี่ยงเบนกระแสส่วนเกินออกจากโหลด เพื่อให้ได้แรงดันขาออกที่คงที่

ตัวควบคุมแรงดันแบบชันท์โดยทรานซิสเตอร์ควบคุมด้วยซีเนอร์

ที่นี่ แรงดันที่ไม่ได้รับการควบคุมจะสัมพันธ์โดยตรงกับ การตกของแรงดัน ที่เกิดขึ้นในความต้านทานแบบอนุกรม การตกของแรงดันนี้เกี่ยวข้องกับกระแสที่จ่ายให้กับโหลด แรงดันขาออกจะเกี่ยวข้องกับแรงดันเบส-อิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ (VBE) และไดโอดซีเนอร์

ข้อดีของวงจรปรับแรงดันเชิงเส้น	ข้อเสียของวงจรปรับแรงดันเชิงเส้น
การออกแบบมีความง่าย	ประสิทธิภาพต่ำ
สัญญาณรบกวนที่ออกมาน้อย	ต้องการพื้นที่มาก
เวลาตอบสนองเร็ว	ไม่สามารถเพิ่มแรงดันได้
เสียงรบกวนน้อย	บางครั้งต้องใช้ฮีทซิงค์

รีจูเลเตอร์แรงดันสวิตชิ่ง

รีจูเลเตอร์นี้สามารถสลับอุปกรณ์ที่อยู่ในวงจรเป็นการเปิดและปิดได้อย่างรวดเร็ว คล้ายกับรีจูเลเตอร์เชิงเส้น มีกลไกป้อนกลับเพื่อควบคุมปริมาณประจุที่ส่งไปยังโหลด ปริมาณนี้ถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนการทำงานของสวิตช์ แรงดันเอาต์พุตสามารถมากกว่าหรือมีขั้วตรงข้ามกับแรงดันอินพุตโดยใช้รีจูเลเตอร์แรงดันนี้

นี่คือรีจูเลเตอร์แรงดันที่มีประสิทธิภาพสูง มีสามประเภทคือ รีจูเลเตอร์แรงดันแบบบูสต์ รีจูเลเตอร์แรงดันแบบบัค และรีจูเลเตอร์แรงดันแบบบูสต์/บัค แผนผังวงจรที่ง่ายที่สุดของรีจูเลเตอร์แรงดันสวิตชิ่งแสดงด้านล่างนี้

ข้อดีของสวิตชิ่งโวลต์เรกูละเตอร์	ข้อเสียของสวิตชิ่งโวลต์เรกูละเตอร์
มีประสิทธิภาพสูงมาก	การออกแบบซับซ้อน
ขนาดและน้ำหนักน้อยมาก	ราคาแพง
สามารถเพิ่มหรือลดแรงดันหรือกลับขั้วหรือทั้งเพิ่มและลดแรงดันได้	มีเสียงรบกวนสูง
มีเสียงรบกวนน้อย	เวลาในการฟื้นฟูจากสถานะเปลี่ยนแปลงใช้เวลานาน