Różnica między regulatorem napięcia szeregowym a równoległym

Regulatory liniowe dzielą się głównie na dwa typy: regulatory szeregowo-zawieszeniowe i regulatory szeregowe. Kluczowa różnica między nimi polega na połączeniu elementu kontrolnego: w regulatorze szeregowo-zawieszeniowym element kontrolny jest podłączony równolegle do obciążenia; natomiast w regulatorze szeregowym element kontrolny jest podłączony szeregowo do obciążenia. Te dwa typy obwodów regulacyjnych działają na różnych zasadach, co powoduje, że mają swoje własne zalety i wady, które zostaną omówione w tym artykule.

Co to jest regulator napięcia?

Regulator napięcia to urządzenie, które utrzymuje wyjściowe napięcie na stałe mimo zmian prądu obciążenia lub wejściowego napięcia. Jest to kluczowy komponent w obwodach elektrycznych i elektronicznych, ponieważ zapewnia, że wyjściowe napięcie DC pozostaje w określonym zakresie, niezależnie od fluktuacji wejściowego napięcia lub prądu obciążenia.

W istocie, nienadzorowane napięcie zasilania DC jest przekształcane w nadzorowane napięcie wyjściowe DC, gdzie napięcie wyjściowe nie ulega znacznym wahaniom. Należy zauważyć, że element kontrolny jest kluczowym komponentem obwodu, a jego położenie różni się między dwoma typami regulatorów.

Definicja regulatora szeregowo-zawieszeniowego

Poniżej przedstawiono regulator szeregowo-zawieszeniowy:

Jak widać na powyższym rysunku, element kontrolny jest podłączony równolegle do obciążenia – stąd nazwa „regulator szeregowo-zawieszeniowy”.

W tej konfiguracji, nienadzorowane wejściowe napięcie dostarcza prąd do obciążenia, podczas gdy część prądu przepływa przez element kontrolny (który znajduje się w gałęzi równoległej do obciążenia). To rozdzielenie pomaga utrzymać stabilne napięcie na obciążeniu. Gdy napięcie obciążenia ulega wahaniom, obwód próbkujący wysyła sygnał zwrotny do komparatora. Komparator porównuje ten sygnał zwrotny z sygnałem referencyjnym; wynikające różnice określa, ile prądu musi przepływać przez element kontrolny, aby utrzymać napięcie obciążenia stałe.

Definicja regulatora szeregowego

Poniższy rysunek przedstawia regulator szeregowy:

W tym typie regulatora napięcia, element kontrolny jest podłączony szeregowo do obciążenia, stąd nazwa „regulator szeregowy”.

W regulatorze szeregowym, element kontrolny odpowiada za regulację części wejściowego napięcia, która dociera do wyjścia, działając jako pośredni komponent regulujący między nienadzorowanym wejściowym napięciem a napięciem wyjściowym. Podobnie jak w przypadku regulatorów szeregowo-zawieszeniowych, część sygnału wyjściowego jest również przekazywana do komparatora przez obwód próbkujący, gdzie komparator porównuje sygnał referencyjny z sygnałem zwrotnym.

Następnie, na podstawie wyniku porównania generowany jest sygnał sterujący, który jest przesyłany do elementu kontrolnego, który następnie reguluje napięcie obciążenia odpowiednio.

Kluczowe różnice między regulatorami szeregowo-zawieszeniowymi i szeregowymi

• Połączenie elementu kontrolnego: Główna różnica polega na położeniu elementu kontrolnego: w regulatorach szeregowo-zawieszeniowych jest on podłączony równolegle do obciążenia; w regulatorach szeregowych jest on podłączony szeregowo do obciążenia.

• Charakterystyka przepływu prądu: W regulatorach szeregowo-zawieszeniowych tylko część całkowitego prądu przepływa przez element kontrolny, aby utrzymać stabilne wyjściowe napięcie DC. Z kolei w regulatorach szeregowych cały prąd obciążenia przepływa przez element kontrolny.

• Dokładność regulacji: Regulatory szeregowe zapewniają lepszą dokładność regulacji w porównaniu z regulatorami szeregowo-zawieszeniowymi.

• Mechanizm kompensacji: Aby utrzymać stałe napięcie obciążenia, regulatory szeregowo-zawieszeniowe regulują prąd przepływający przez element kontrolny. Regulatory szeregowe modyfikują natomiast napięcie na elemencie kontrolnym, aby kompensować fluktuacje napięcia wyjściowego.

• Zależność efektywności: Efektywność regulatorów szeregowo-zawieszeniowych zależy od prądu obciążenia, co sprawia, że są one niewłaściwe dla zmiennych warunków obciążenia. Regulatory szeregowe, z drugiej strony, mają efektywność zależną od napięcia wyjściowego.

• Złożoność projektowania: Regulatory szeregowo-zawieszeniowe są prostsze do zaprojektowania niż regulatory szeregowe.

• Zakres działania napięcia: Regulatory szeregowo-zawieszeniowe są ograniczone do operacji z stałym napięciem, podczas gdy regulatory szeregowe są odpowiednie zarówno dla zastosowań o stałym, jak i zmiennym napięciu.

• Parametry elementu kontrolnego: W konfiguracjach szeregowo-zawieszeniowych, element kontrolny jest komponentem o niskim prądzie i wysokim napięciu (ponieważ tylko część prądu obciążenia jest przekierowywana przez niego). W konfiguracjach szeregowych, element kontrolny jest komponentem o niskim napięciu i wysokim prądzie (ponieważ cały prąd obciążenia przepływa przez niego).

Podsumowanie

Podsumowując, zarówno regulatory szeregowo-zawieszeniowe, jak i szeregowe służą do regulacji napięcia, ale położenie elementu kontrolnego w ich odpowiednich obwodach powoduje różne mechanizmy działania. Ich różnice w połączeniu, obsłudze prądu, dokladności regulacji i scenariuszach zastosowania sprawiają, że każdy z nich jest odpowiedni do określonych przypadków użycia, jak opisano w poprzedniej analizie.