Shunt- ja sarjaregulaattorin ero

Lineaarisia jänniteohjaimia voidaan pääasiassa luokitella kahteen tyyppiin: rinnakkaisjänniteohjaimet ja sarjaan kytketyt jänniteohjaimet. Niiden välillä oleva keskeinen ero on ohjauskomponentin kytkentässä: rinnakkaisjänniteohjaimessa ohjauskomponentti on kytketty rinnakkaistukumuodossa kuormaan; päinvastoin, sarjaan kytketyssä jänniteohjaimessa ohjauskomponentti on kytketty sarjatukumuodossa kuormaan. Nämä kaksi jänniteohjainpiiriä toimivat eri periaatteilla ja siksi niillä on omat etunsa ja haittansa, joista käsitellään tässä artikkelissa.

Mikä on jänniteohjain?

Jänniteohjain on laite, joka ylläpitää ulostulojännitettä vakiona huolimatta muutoksista kuorman virtauksessa tai syöttöjännitteessä. Se on välttämätön komponentti sähkö- ja elektroniikkapiireissä, sillä se varmistaa, että DC-ulostulojännite pysyy määritellyn rajan sisällä, vaikka syöttöjännitteessä tai kuorman virtauksessa olisikin vaihteluja.

Perustavanlaatuisesti säätelty DC-syöttöjännite muunnetaan säänneltyksi DC-ulostulojännitteeksi, jossa ulostulojännitteessä ei ole merkittäviä vaihteluja. On huomattava, että ohjauskomponentti on piirin ydinosa, ja sen sijoitus vaihtelee näiden kahden tyypin ohjaimeissa.

Rinnakkaisjänniteohjaimen määritelmä

Alla oleva kuva näyttää rinnakkaisjänniteohjaimen:

Kuten yllä olevasta kuvasta näkyy, ohjauskomponentti on kytketty rinnakkaistukumuodossa kuormaan – siksi nimi "rinnakkaisjänniteohjain."

Tässä asetuksessa säätetön syöttöjännite tarjoaa virtauksen kuormalle, kun taas osa virtauksesta kulkee ohjauskomponentin kautta (joka on kuorman rinnalla). Tämä jakautuminen auttaa ylläpitämään vakaita jännitteitä kuorman yli. Kun kuorman jännite vaihtelee, otantapiiri lähettää palautussignaalin vertailijalle. Vertailija sitten verraa tämän palautussignaalin viitearvoon; tuloksen erotus määrittää, kuinka paljon virtaa pitää kulkea ohjauskomponentin kautta, jotta kuorman jännite pysyy vakiona.

Sarjaan kytketyn jänniteohjaimen määritelmä

Alla oleva kuva edustaa sarjaan kytkettyä jänniteohjainta:

Tässä tyypissä jänniteohjaimessa ohjauskomponentti on kytketty sarjatukumuodossa kuormaan, siksi nimi "sarjaan kytketty jänniteohjain."

Sarjaan kytketyssä jänniteohjaimessa ohjauskomponentti vastaa siitä, mikä osa syöttöjännitteestä saavuttaa ulostulopään, toimien välikappaleena säätelemättömän syöttöjännitteen ja ulostulojännitteen välillä. Samankuin rinnakkaisohjaimeissa, osa ulostulosignaalista tässäkin palautetaan vertailijalle otantapiirin kautta, jossa vertailija vertailee viitearvosignaalia palautussignaaliin.

Sen jälkeen ohjaussignaali luodaan vertailijan tulokseen perustuen ja lähetetään ohjauskomponentille, joka sitten säädellään kuorman jännitettä vastaavasti.

Rinnakkais- ja sarjaan kytkettyjen jänniteohjainten keskeiset erot

• Ohjauskomponentin kytkentä: Pääero on ohjauskomponentin sijoituksessa: rinnakkaisohjaimeissa se on kytketty rinnakkaistukumuodossa kuormaan; sarjaohjaimeissa se on kytketty sarjatukumuodossa kuormaan.

• Virtausominaisuudet: Rinnakkaisohjaimeissa vain osa kokonaismäärästä virtauksesta kulkee ohjauskomponentin kautta, jotta ylläpidetään vakaa DC-ulostulo. Päinvastoin, sarjaohjaimeissa koko kuorman virtaus kulkee ohjauskomponentin kautta.

• Säätelysuorituskyky: Sarjaan kytketyt jänniteohjaimet tarjoavat paremman säätelytarkkuuden verrattuna rinnakkaisjänniteohjaimiin.

• Kompensaatiomekanismi: Jotta kuorman jännite pysyy vakiona, rinnakkaisohjaimet säädettävät virtaa ohjauskomponentin kautta. Sarjaohjaimet puolestaan muokkaavat ohjauskomponentin yli olevaa jännitettä kompensoimaan ulostulojännitteen vaihteluja.

• Tekeyhdistys: Rinnakkaisohjaimeiden teho riippuu kuorman virtauksesta, mikä tekee niistä epäsovellettavia vaihtelevissa kuormituksen olosuhteissa. Sarjaohjaimet toisaalta ovat tehokkaampia, jos niiden teho perustuu ulostulojännitteeseen.

• Suunnittelun monimutkaisuus: Rinnakkaisjänniteohjaimet ovat yksinkertaisempia suunnitella kuin sarjaan kytketyt jänniteohjaimet.

• Jännitekäyttöalue: Rinnakkaisohjaimet ovat rajoitettuja kiinteisiin jännitteisiin, kun taas sarjaohjaimet sopivat sekä kiinteisiin että muuttuviin jännitekäyttötarkoituksiin.

• Ohjauskomponentin arvostukset: Rinnakkaisasetelmissa ohjauskomponentti on matalavirtainen, korkeajännitteinen komponentti (koska vain osa kuorman virtauksesta suuntautuu sen kautta). Sarjasäätöasetelmissa ohjauskomponentti on matalajännitteinen, korkeavirtainen komponentti (sillä koko kuorman virtaus kulkee sen kautta).

Yhteenveto

Yhteenvetona molemmat rinnakkais- ja sarjaan kytketyt jänniteohjaimet palvelevat jännitensäätelyn ytimellistä tarkoitusta, mutta ohjauskomponentin sijoitus niiden piireissä johtaa erilaisiin toimintamekanismeihin. Niiden erot kytkentässä, virtauksen käsittelyssä, säätelysuorituskykyssä ja soveltamisessa tekevät niistä soveltuvia tietyille käyttötarkoituksille, kuten edellä analysoitiin.