رگولاتور تامین برق (۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز)
اصول کار و ویژگیهای ساختاری
رگولاتور قدرت فرکانس قدرت برای شبکههای جریان متناوب با فرکانس ۵۰ هرتز (فرکانس شبکه اکثر کشورها مانند چین) یا ۶۰ هرتز (برخی کشورها مانند آمریکا) طراحی شده است. این نوع رگولاتور معمولاً بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی عمل میکند و شامل رگولاتورهای القایی و خودترانسفورماتوری است. رگولاتور القایی ولتاژ خروجی را با تغییر نسبت دورهای ترانسفورماتور تنظیم میکند. رگولاتور خودترانسفورماتوری از تغییر نقطههای تماس پیچش خودترانسفورماتور برای تنظیم ولتاژ استفاده میکند.
از آنجا که برای یک فرکانس ثابت طراحی شده است، طراحی و پارامترهای هسته داخلی، پیچش و دیگر اجزا بر اساس ویژگیهای الکترومغناطیسی در این فرکانس بهینه شدهاند. به عنوان مثال، انتخاب مواد هسته و طراحی اندازه ترانسفورماتور فرکانس قدرت باید تلفات هیستریسی و تلفات جریان دوگانه در ۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز را در نظر بگیرد تا اطمینان حاصل شود که تبدیل انرژی به صورت کارآمد و خروجی ولتاژ پایدار است.
تأقلم فرکانسی و محدودیتها
رگولاتورهای قدرت فرکانس قدرت نیازهای بسیار دقیق فرکانسی دارند و فقط در شرایط نزدیک به فرکانس طراحی خود (۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز) میتوانند به طور عادی کار کنند. اگر فرکانس تغذیه ورودی با فرکانس طراحی اختلاف زیادی داشته باشد، روابط الکترومغناطیسی داخل رگولاتور مختل میشود و تأثیر منفی بر تنظیم ولتاژ خواهد داشت. به عنوان مثال، اگر فرکانس ورودی به ۴۰ هرتز یا ۷۰ هرتز منحرف شود، رگولاتور ممکن است نتواند ولتاژ را به طور دقیق تنظیم کند و حتی ممکن است گرم شود و خراب شود.
رگولاتور تامین برق با فرکانس بالا (بازه کیلوهرتز-مگاهرتز)
اصول کار و ویژگیهای ساختاری
رگولاتورهای تامین برق با فرکانس بالا عمدتاً در تجهیزاتی مانند منابع تغذیه سوئیچینگ با فرکانس بالا استفاده میشوند و فرکانس کاری آنها معمولاً در محدوده چند هزار هرتز تا چند مگاهرتز است. بیشتر این رگولاتورها از فناوری منبع تغذیه سوئیچینگ برای تبدیل ولتاژ و تنظیم ولتاژ از طریق روشن و خاموش شدن سریع لولههای سوئیچینگ با فرکانس بالا (مانند MOSFET و غیره) استفاده میکنند. به عنوان مثال، در یک رگولاتور سوئیچینگ با فرکانس بالای معمول، فرکانس سوئیچینگ ممکن است ۱۰۰ کیلوهرتز باشد و لوله سوئیچینگ در این فرکانس سریعاً سوئیچ میکند، ولتاژ DC ورودی را به ولتاژ پالسی با فرکانس بالا تبدیل میکند و سپس از طریق ترانسفورماتور با فرکانس بالا، مستقیمساز و فیلتر، ولتاژ DC خروجی پایدار تولید میکند.
ساختار مداری رگولاتور تامین برق با فرکانس بالا نسبتاً پیچیده است و شامل ترانسفورماتور با فرکانس بالا، مدار گرداننده لوله سوئیچینگ، مدار کنترل بازخورد و غیره است. ترانسفورماتورهای با فرکانس بالا در فرکانسهای بالا کار میکنند و حجم آنها بسیار کوچکتر از ترانسفورماتورهای فرکانس قدرت است، زیرا ویژگیهای کاری هسته مغناطیسی در فرکانسهای بالا امکان استفاده از اندازه هسته مغناطیسی کوچکتر برای دستیابی به کارایی تبدیل انرژی یکسان را فراهم میکند.
تأقلم فرکانسی و محدودیتها
رگولاتورهای تامین برق با فرکانس بالا تا حدی تطبیقپذیر با تغییرات فرکانسی هستند، اما محدودیتهایی نیز دارند. در محدوده فرکانس بالای طراحی خود، میتوانند فرکانس سوئیچینگ، نسبت گذر و دیگر پارامترها را تنظیم کنند تا به تغییرات ولتاژ ورودی تطبیق یابند و تنظیم ولتاژ را انجام دهند. اما اگر فرکانس خارج از محدوده طراحی باشد، به عنوان مثال در یک رگولاتور با فرکانس طراحی ۱۰۰ کیلوهرتز، فرکانس به ۱ مگاهرتز افزایش یابد، ممکن است منجر به افزایش شدید تلفات سوئیچینگ لوله سوئیچینگ، تداخل الکترومغناطیسی و ناپایداری مدار کنترل شود و در نتیجه تأثیر منفی بر تنظیم ولتاژ و عملکرد عادی تجهیز داشته باشد.
رگولاتور تامین برق پهنباند
اصول کار و ویژگیهای ساختاری
رگولاتورهای تامین برق پهنباند برای تنظیم ولتاژ در محدوده فرکانسی گسترده طراحی شدهاند. معمولاً از فناوری ترکیبی استفاده میکنند که برخی ویژگیهای رگولاتورهای فرکانس قدرت و رگولاتورهای با فرکانس بالا را ترکیب میکند. به عنوان مثال، ممکن است از فناوری منبع تغذیه سوئیچینگ با فرکانس متغیر استفاده کند و مدارهای فیلتر و تطبیق برای محدودههای فرکانسی مختلف به ورودی و خروجی اضافه کند. در باند فرکانس پایین، ممکن است از اصول مشابه رگولاتورهای فرکانس قدرت برای تضمین پایداری اساسی ولتاژ استفاده کند؛ در باند فرکانس بالا، بیشتر به توانایی تنظیم سریع منبع تغذیه سوئیچینگ تکیه میکند.
ساختار مداری داخلی رگولاتور تامین برق پهنباند پیچیدهتر است، بنابراین باید ویژگیهای الکترومغناطیسی و مداری در فرکانسهای مختلف به طور جامع در نظر گرفته شود و بهینه شود. به عنوان مثال، مدار فیلتر باید بتواند تداخلهای سیگنال را در محدوده فرکانسی گسترده به طور موثر فیلتر کند و مدار کنترل باید بتواند استراتژی تنظیم ولتاژ را به طور دقیق بر اساس ورودیهای فرکانسی مختلف تنظیم کند.
تأقلم فرکانسی و محدودیتها
با اینکه رگولاتورهای تامین برق پهنباند میتوانند در محدوده گستردهای از فرکانسها کار کنند، اما برای تمام فرکانسها مناسب نیستند. به طور کلی، رگولاتورهای تامین برق پهنباند قادر به پوشش محدوده فرکانسی از چندین هرتز تا صدها کیلوهرتز و فراتر هستند، اما ممکن است در فرکانسهای بسیار پایین (مانند زیر چند هرتز) و فرکانسهای بسیار بالا (مانند بالای دهها مگاهرتز) با چالشهای فنی مواجه شوند. در فرکانسهای بسیار پایین، ممکن است مشکلات مشابه آنچه در رگولاتورهای فرکانس قدرت در فرکانسهای پایین وجود دارد، مانند کاهش دقت پایداری ولتاژ، ظاهر شود؛ در فرکانسهای بسیار بالا، ممکن است با مشکلاتی مانند محدودیتهای عملکردی اجزای با فرکانس بالا و سازگاری الکترومغناطیسی مواجه شود.
