Різниця між паралельним і послідовним регулятором напруги

Лінійні стабілізатори напруги в основному поділяються на два типи: паралельні (шунт) стабілізатори напруги та послідовні стабілізатори напруги. Основна різниця між ними полягає у з'єднанні керуючого елемента: у паралельному (шунт) стабілізаторі напруги керуючий елемент підключений паралельно до навантаження; на відміну від цього, у послідовному стабілізаторі напруги керуючий елемент підключений послідовно до навантаження. Ці два типи схем стабілізаторів напруги працюють на різних принципах і, відповідно, мають свої переваги та недоліки, які будуть обговорені у цій статті.

Що таке стабілізатор напруги?

Стабілізатор напруги — це пристрій, який підтримує вихідну напругу на сталому рівні, незважаючи на зміни струму навантаження або вхідної напруги. Він є важливим компонентом електричних та електронних схем, оскільки забезпечує, що постійна вихідна напруга залишається в заданому діапазоні, не залежно від коливань вхідної напруги або струму навантаження.

В суті, нерегульована постійна вхідна напруга перетворюється на регульовану вихідну постійну напругу, при цьому вихідна напруга не демонструє значних коливань. Слід звернути увагу, що керуючий елемент є ключовим компонентом схеми, і його розташування відрізняється у двох типів регуляторів.

Визначення паралельного (шунт) стабілізатора напруги

Нижче показаний паралельний (шунт) стабілізатор напруги:

Як видно з верхнього малюнка, керуючий елемент підключений паралельно до навантаження — отже, назва "паралельний (шунт) стабілізатор напруги."

У цьому випадку, нерегульована вхідна напруга надає струм навантаженню, а частина струму проходить через керуючий елемент (який знаходиться у гілці, паралельній навантаженню). Це розподілення допомагає підтримувати стабільну напругу на навантаженні. Коли напруга на навантаженні коливається, пробне пристрій відправляє сигнал зворотного зв'язку до компаратора. Компаратор порівнює цей сигнал зворотного зв'язку з референтним входом; різниця визначає, скільки струму повинно пройти через керуючий елемент, щоб зберегти напругу на навантаженні сталою.

Визначення послідовного стабілізатора напруги

Нижче показаний послідовний стабілізатор напруги:

У цьому типі стабілізатора напруги, керуючий елемент підключений послідовно до навантаження, отже, назва "послідовний стабілізатор напруги."

У послідовному стабілізаторі напруги, керуючий елемент відповідає за регулювання частини вхідної напруги, яка досягає вихідного кінця, виступаючи як проміжний регулюючий компонент між нерегульованою вхідною напругою та вихідною напругою. Подібно до шунт-регуляторів, частина вихідного сигналу тут також підсилається до компаратора через пробний пристрій, де компаратор порівнює референтний вхідний сигнал з сигналом зворотного зв'язку.

Потім, на основі результату виходу компаратора, генерується контрольний сигнал, який передається до керуючого елемента, який потім регулює напругу на навантаженні відповідно.

Основні відмінності між паралельними (шунт) та послідовними стабілізаторами напруги

• З'єднання керуючого елемента: Основна відмінність полягає у розташуванні керуючого елемента: у шунт-регуляторах він підключений паралельно до навантаження; у послідовних регуляторах він підключений послідовно до навантаження.

• Характеристики струму: У шунт-регуляторах лише частина загального струму проходить через керуючий елемент, щоб підтримати стабільний постійний вихід. Навпаки, послідовні регулятори дозволяють всьому струму навантаження проходити через керуючий елемент.

• Ефективність регулювання: Послідовні стабілізатори напруги надають кращу точність регулювання порівняно з шунт-стабілізаторами напруги.

• Механізм компенсації: Для підтримання сталої напруги на навантаженні, шунт-регулятори регулюють струм через керуючий елемент. Послідовні регулятори, навпаки, модифікують напругу на керуючому елементі, щоб компенсувати коливання вихідної напруги.

• Залежність ефективності: Ефективність шунт-регуляторів залежить від струму навантаження, що робить їх непридатними для змінних умов навантаження. Послідовні регулятори, навпаки, мають ефективність, яка залежить від вихідної напруги.

• Складність проектування: Шунт-стабілізатори напруги простіші в проектуванні, ніж послідовні стабілізатори напруги.

• Діапазон напруги: Шунт-регулятори обмежені фіксованими напругами, тоді як послідовні регулятори придатні для як фіксованих, так і змінних напруг.

• Рейтинги керуючого елемента: У конфігураціях шунт, керуючий елемент є компонентом з низьким струмом та високою напругою (оскільки лише частина струму навантаження відводиться через нього). У послідовних конфігураціях, керуючий елемент є компонентом з низькою напругою та високим струмом (оскільки весь струм навантаження проходить через нього).

Висновок

В цілому, як паралельні (шунт), так і послідовні стабілізатори напруги виконують основну функцію регулювання напруги, але розташування керуючого елемента в їх відповідних схемах призводить до відмінних механізмів роботи. Їх відмінності у з'єднанні, обробці струму, ефективності регулювання та сценаріях застосування роблять кожен призначеним для конкретних випадків застосування, як детально описано в попередньому аналізі.