تفاوت بین تنظیم‌کننده ولتاژ موازی و سری

تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خطی به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند: تنظیم‌کننده‌های ولتاژ شانته و تنظیم‌کننده‌های ولتاژ سری. تفاوت کلیدی بین آنها در نحوه اتصال عنصر کنترلی است: در تنظیم‌کننده ولتاژ شانته، عنصر کنترلی با بار موازی است؛ در مقابل، در تنظیم‌کننده ولتاژ سری، عنصر کنترلی با بار سری است. این دو نوع مدار تنظیم‌کننده ولتاژ بر اساس اصول عملکردی مختلف عمل می‌کنند و بنابراین مزایا و معایب خاص خود را دارند که در این مقاله مورد بحث قرار می‌گیرند.

چیست تنظیم‌کننده ولتاژ؟

تنظیم‌کننده ولتاژ یک دستگاه است که ولتاژ خروجی را در مقدار ثابتی حفظ می‌کند، صرف نظر از تغییرات جریان بار یا ولتاژ ورودی. این یک مؤلفه ضروری در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی است، زیرا مطمئن می‌شود که ولتاژ خروجی DC در محدوده مشخصی باقی بماند و توسط نوسانات ولتاژ ورودی یا جریان بار تحت تأثیر قرار نگیرد.

به طور اساسی، ولتاژ تامین DC غیرمنظم به ولتاژ خروجی DC منظم تبدیل می‌شود که ولتاژ خروجی نشان‌دهنده تغییرات قابل توجهی نیست. باید توجه داشت که عنصر کنترلی مؤلفه کلیدی مدار است و مکان آن بین دو نوع تنظیم‌کننده متفاوت است.

تعریف تنظیم‌کننده ولتاژ شانته

شکل زیر تنظیم‌کننده ولتاژ شانته را نشان می‌دهد:

همانطور که از شکل بالا پیداست، عنصر کنترلی با بار موازی است - بنابراین نام "تنظیم‌کننده ولتاژ شانته" را دارد.

در این ساختار، ولتاژ ورودی غیرمنظم جریان به بار تامین می‌کند، در حالی که بخشی از جریان از طریق عنصر کنترلی (که در شاخه‌ای موازی با بار است) می‌گذرد. این توزیع کمک می‌کند تا ولتاژ پایداری روی بار حفظ شود. هنگامی که ولتاژ بار نوسان می‌کند، مدار نمونه‌برداری یک سیگنال بازخورد به مقایسه‌گر می‌فرستد. مقایسه‌گر سپس این سیگنال بازخورد را با ورودی مرجع مقایسه می‌کند؛ تفاوت حاصل تعیین می‌کند که چقدر جریان باید از طریق عنصر کنترلی عبور کند تا ولتاژ بار ثابت بماند.

تعریف تنظیم‌کننده ولتاژ سری

شکل زیر تنظیم‌کننده ولتاژ سری را نشان می‌دهد:

در این نوع تنظیم‌کننده ولتاژ، عنصر کنترلی با بار سری است، بنابراین نام "تنظیم‌کننده ولتاژ سری" را دارد.

در تنظیم‌کننده ولتاژ سری، عنصر کنترلی مسئول تنظیم بخشی از ولتاژ ورودی است که به سمت خروجی می‌رسد و به عنوان یک مؤلفه تنظیم‌کننده میانی بین ولتاژ ورودی غیرمنظم و ولتاژ خروجی عمل می‌کند. مشابه تنظیم‌کننده‌های شانته، بخشی از سیگنال خروجی در اینجا نیز از طریق مدار نمونه‌برداری به مقایسه‌گر بازخورد داده می‌شود، که مقایسه‌گر سیگنال ورودی مرجع را با سیگنال بازخورد مقایسه می‌کند.

سپس، بر اساس نتیجه خروجی مقایسه‌گر، یک سیگنال کنترلی تولید می‌شود و به عنصر کنترلی منتقل می‌شود که سپس ولتاژ بار را تنظیم می‌کند.

تفاوت‌های کلیدی بین تنظیم‌کننده‌های ولتاژ شانته و سری

• اتصال عنصر کنترلی: تفاوت اصلی در مکان عنصر کنترلی است: در تنظیم‌کننده‌های شانته، با بار موازی است؛ در تنظیم‌کننده‌های سری، با بار سری است.

• ویژگی‌های جریان: در تنظیم‌کننده‌های شانته، فقط بخشی از جریان کل از طریق عنصر کنترلی می‌گذرد تا ولتاژ خروجی DC پایدار حفظ شود. در مقابل، تنظیم‌کننده‌های سری اجازه می‌دهند که تمام جریان بار از طریق عنصر کنترلی عبور کند.

• عملکرد تنظیم: تنظیم‌کننده‌های ولتاژ سری دقت تنظیم بهتری نسبت به تنظیم‌کننده‌های ولتاژ شانته دارند.

• مکانیسم جبران: برای حفظ ولتاژ بار ثابت، تنظیم‌کننده‌های شانته جریان از طریق عنصر کنترلی را تنظیم می‌کنند. تنظیم‌کننده‌های سری اما ولتاژ روی عنصر کنترلی را برای جبران نوسانات ولتاژ خروجی تغییر می‌دهند.

• وابستگی به کارایی: کارایی تنظیم‌کننده‌های شانته به جریان بار بستگی دارد، که آنها را برای شرایط بار متغیر مناسب نمی‌کند. تنظیم‌کننده‌های سری از طرف دیگر، کارایی‌ای دارند که به ولتاژ خروجی بستگی دارد.

• پیچیدگی طراحی: تنظیم‌کننده‌های ولتاژ شانته نسبت به تنظیم‌کننده‌های ولتاژ سری ساده‌تر طراحی می‌شوند.

• محدوده عملکرد ولتاژ: تنظیم‌کننده‌های شانته به عملکرد ولتاژ ثابت محدود هستند، در حالی که تنظیم‌کننده‌های سری برای کاربردهای ولتاژ ثابت و متغیر مناسب هستند.

• رتبه‌بندی عنصر کنترلی: در ساختارهای شانته، عنصر کنترلی یک مؤلفه با جریان کم و ولتاژ بالا است (زیرا فقط بخشی از جریان بار از طریق آن می‌گذرد). در ساختارهای سری، عنصر کنترلی یک مؤلفه با ولتاژ کم و جریان بالا است (زیرا تمام جریان بار از طریق آن می‌گذرد).

نتیجه‌گیری

به طور خلاصه، هر دو تنظیم‌کننده ولتاژ شانته و سری هدف اصلی تنظیم ولتاژ را دارند، اما مکان عنصر کنترلی در مدارهای مربوطه منجر به مکانیزم‌های عملکردی متفاوت می‌شود. تفاوت‌های آنها در اتصال، مدیریت جریان، عملکرد تنظیم و سناریوهای کاربردی آنها را برای موارد خاص مناسب می‌کند، همانطور که در تحلیل قبلی بیان شد.