Tyypit, käytöt ja vinkit jännitesäätimien valitsemiseen

Jännitesäädin on osa, joka pitää jännitteen tasaisena piirissä.Tämä auttaa laitteitasi toimimaan turvallisesti, vaikka voima muuttuisi.Tässä artikkelissa opit, mitä jännitesäädin tekee, erityypit, missä niitä käytetään ja kuinka valita oikea.

Luettelo

Jännitesäätimen yleiskatsaus

Jännitesäädin on laite tai piiri, joka on suunniteltu pitämään lähtöjännite vakaana, vaikka tulojännite tai kuormitusolosuhteet muuttuvat.Ilman sääntelyä herkät piirit voivat kärsiä ylikuumenemisesta, tietojen menetyksestä tai odottamattomista vikoista.Ylläpitämällä johdonmukaista jännitettä nämä säätimet tukevat pidemmän laitteen käyttöikää ja luotettavampaa toimintaa.

Jännitesäätimien piirikaavio

Kuva 1: Jännitesäätimien piirikaavio

Tämä piirikaavio osoittaa, kuinka jännitesäädin toimii tasaisen jännitteen aikaansaamiseksi.Vasemmalla puolella voima tulee pisteissä A ja B. Tätä kutsutaan sääntelemättömäksi tuloksi, mikä tarkoittaa, että jännite ei ehkä ole kovin vakaa.Kondensaattori, joka on merkitty CIN on sijoitettu heti tulon jälkeen, jotta voidaan tasoittaa pienet muutokset tai melut jännitteessä.

Jännite menee sitten jännitesäätimen lohkoon.Tässä osassa on kolme nastaa: sisään, ulos ja maa.Syöttötappi ottaa jännitteen, maadoitustappi liittyy yhteiseen viivaan (b) ja lähtötappi lähettää uuden tasaisen jännitteen.

Kun jännite on ohjattu, se kulkee toisen kondensaattorin nimeltä Cout.Tämä auttaa pitämään lähtöjännite tasaisena ja tasaisena, varsinkin jos kytketty laite yhtäkkiä muuttaa sitä, kuinka paljon virtaa se tarvitsee.Puhdas ja vakaa jännite tulee ulos pisteistä C ja B, valmiina käytettäväksi piirin muissa osissa.

Erityyppiset jännitesäätimet

Kuva 2: Lineaarinen jännitesäätimet

Lineaarinen jännitesäätimet

Lineaariset jännitesäätimet toimivat vähentämällä tulojännitettä alempaan, tasaiseen lähtöjännitteeseen resistiivisellä menetelmällä.Niitä on helppo käyttää ja ne tarjoavat sileän ja melutonta lähtöä, mikä on hyödyllistä herkillä elektronisilla laitteilla.Ne eivät ole kovin tehokkaita, koska ylimääräinen jännite muuttuu lämmöksi.Näitä säätimiä käytetään äänijärjestelmissä, analogisissa piireissä ja pienissä mikrokontrolleripohjaisissa projekteissa, joissa melu on minimoitava.

Lineaaristen sääntelyviranomaisten keskuudessa L78L05 on laajalti tunnistettu kiinteä 5 V: n säädin, joka tunnetaan yksinkertaisuudestaan ​​ja luotettavuudestaan.Se tarjoaa jopa 100 mA lähtövirtaa, ja sitä käytetään usein pienitehoisissa sovelluksissa, kuten mikrokontrollerevyissä, anturissa ja muissa 5 V: n logiikkalaitteissa.

Kuva 3: Jännitesäätimien kytkeminen

Kytkentäjännitesäätimet

Jännitesäätimet käyttävät nopeiden kytkimiä yhdessä induktorien tai kondensaattorien kanssa jännitteiden muuttamiseksi tehokkaasti.Ne eivät tuhlaa niin paljon voimaa kuin lämpö, ​​mikä tekee niistä paljon tehokkaampia kuin lineaariset tyypit.Nämä säätelijät ovat parhaita sovelluksille, jotka tarvitsevat enemmän nykyistä tai missä säästäminen on tärkeää, kuten tietokoneissa, älypuhelimissa ja LED -valaistusjärjestelmissä.

Kuva 4: Buck-säätimet (askel alas)

Buck-säätimet (askel alas)

Buck -säädin ottaa suuremman tulojännitteen ja vähentää sen alhaisempaan lähtöjännitteeseen.Se tekee tämän tehokkaasti kytkemällä päälle ja pois päältä ja varastoimalla energiaa magneettikentälle.Tämän tyyppistä säätelijää käytetään usein tilanteissa, joissa syöttöteho on vähintään 12 V ja lähdön on oltava 5 V tai 3,3 V, kuten digitaalisessa elektroniikassa tai sulautetuissa järjestelmissä.

Kuva 5: Boost-säätelijät (asteittainen)

Boost-sääntelyviranomaiset (asteittainen)

Boost -säätimet on suunniteltu nostamaan alhaisempi tulojännite suurempaan lähtöjännitteeseen.He tallentavat energiaa kytkeessäsi päälle ja vapauttavat sen korkeammalla jännitteellä kytkettynä pois päältä.Ne ovat hyödyllisiä akkukäyttöisissä laitteissa, joissa syöttöjännite putoaa sen alapuolelle, mitä piiri on toiminut, kuten kädessä pidettävällä elektroniikassa tai LED-taskulampuissa.

Kuva 6: Buck-boost-säätimet

Buck-boost-sääntelyviranomaiset

Buck-boost-säätimet voivat sekä nostaa ja laskea tulojännitettä olosuhteista riippuen.Tämä tekee niistä erittäin joustavia tilanteissa, joissa tulojännite voi vaihdella vaaditun lähtöjännitteen ylä- tai alapuolella.Ne ovat hyödyllisiä akkukäyttöisissä järjestelmissä, joissa akun jännite muuttuu käytön aikana, mutta jatkuvaa lähtöä tarvitaan edelleen.

Kuva 7: Matalan putoamisen säätelijät (LDO)

Matalan putoamisen säätelijät (LDO)

Matalan dropout-säätelijät ovat erityinen lineaarinen säädin, joka voi toimia, vaikka tulojännite on vain hiukan korkeampi kuin lähtöjännite.Ne ovat hyödyllisiä, kun tulon ja ulostulon välillä on vain pieni jännitekeerot, mikä auttaa vähentämään tehonhäviöitä ja lämpöä.LDO-laitteita käytetään usein mobiililaitteissa ja pienijännitteisissä digitaalisissa piireissä.

Tekniset erot jännitesäätimien välillä

Tyyppi	Lähtöjännite	Tehokkuus	Lämmöntuotanto	Monimutkaisuus	Sovellusjännitealue	Komponentit
Lineaarinen säädin	Kiinteä tai säädettävä	Alhainen (30–60%)	Korkea	Yksinkertainen	Matala- ja kohtalainen	Vastukset, läpäisy transistori
Kytkentäsäädin	Kiinteä tai säädettävä	Korkea (70–95%)	Matala	Kompleksi	Matalasta	Induktori, diodi, kytkin, IC
Buck -säädin	Vain askel alaspäin	Korkea (80–95%)	Matala	Kohtuullinen	Kohtalainen	Induktori, kondensaattori, kytkin
Tehostinsä säädin	Vain askel	Kohtuullinen - korkea	Matala-	Kohtuullinen	Matala- ja kohtalainen	Induktori, diodi, kytkin
Buck-boost-säädin	Asteittainen tai alaspäin	Kohtalainen (60–85%)	Kohtuullinen	Kompleksi	Laajat syöttömuutokset	Induktori, diodi, kytkin
LDO -sääntelyviranomainen	Matala keskeyttäjä (Close Vin - Vout)	Matala-	Kohtuullinen - korkea	Yksinkertainen	Matala ero sovellukset	Pass -elementti, virhevahvistin
Säädettävä säädin	Käyttäjän määrittelemä lähtö	Riippuu tyypistä	Riippuu tyypistä	Yksinkertainen monimutkainen	Vaihtelee suunnittelun mukaan	Ulkoiset vastukset, säädin IC

Jännitesäätimen soveltaminen

Virtalähdepiirit

Jännitesäätimiä käytetään laajasti virtalähteissä varmistaakseen, että elektroniset laitteet saavat tasaisen ja turvallisen jännitteen, vaikka syöttöteho muuttuisi.

Akkukäyttöiset laitteet

Laitteissa, kuten matkapuhelimissa, tablet -laitteissa ja kameroissa, sääntelijät auttavat ylläpitämään vakiojännitettä akun, kun akku valuu ajan myötä.

Upotetut järjestelmät

Mikrokontrollerit ja digitaaliset piirit tarvitsevat vakaan jännitteen toimimaan oikein.Sääntelyviranomaiset tarjoavat tämän luotettavan jännitteen, usein 3,3 V: n tai 5 V: n tasolla.

Viestintälaitteet

Laitteet, kuten reitittimet, radiot ja lähettimet, käyttävät jännitesäätimiä epävakaan tehon aiheuttamien signaaliongelmien välttämiseksi.

Autoteollisuuselektroniikka

Autot käyttävät jännitesäätimiä pitämään elektroniikan, kuten kojelaudanäytöt, anturit ja viihdejärjestelmät sujuvasti laturin jännitemuutoksista huolimatta.

Teollisuusautomaatio

Tehdaskoneissa ja ohjausjärjestelmissä jännitesäätimiä käytetään elektronisten säätimien ja anturien suojaamiseen ja stabiloimiseksi.

Uusiutuvan energian järjestelmät

Aurinkopaneelit ja tuuliturbiinit käyttävät usein jännitesäätimiä vaihtelevan tulon hallitsemiseksi ja akkujen tai kytkettyjen laitteiden tasaisen tuotannon aikaansaamiseksi.

Ääni- ja videolaitteet

Jännitesäätimet auttavat vähentämään melua ja ylläpitämään suorituskykyä vahvistimissa, sekoittimissa ja muissa A/V -järjestelmissä.

Tietokonelaitteisto

Tietokoneissa jännitesäätimet varmistavat, että CPU: t, RAM- ja näytönohjaimet saavat oikean jännitteen luotettavan ja tehokkaan suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Lääkinnälliset laitteet

Lääketieteelliset työkalut ja valvontalaitteet vaativat vakaan jännitteen toiminnan turvallisesti, mikä tekee jännitesäätimistä avainkomponentin niiden sähköjärjestelmissä.

Erityisominaisuudet nykyaikaisissa jännitesäätimissä

Liiallinen suoja

Tämä ominaisuus rajoittaa virran automaattisesti, jos se ylittää turvallisen tason, mikä auttaa estämään säätimen ja kytkettyjen komponenttien vaurioita.

Lämmön sammutus

Kun sääntelyviranomainen kuumenee, tämä ominaisuus sammuttaa sen ylikuumenemisen lopettamiseksi ja epäonnistumisen tai paloriskin välttämiseksi.

Oikosulku

Jos lähtö on vahingossa kytketty suoraan maahan, säädin havaitsee tämän ja lopettaa toimittamisen voiman välttämiseksi.

Pehmeä käynnistystoiminto

Tämä lisää vähitellen lähtöjännitettä, kun teho on päällä, vähentäen komponenttien jännitystä ja estäen äkilliset tehon nousut.

Alhainen lepotilavirta

Jotkut nykyaikaiset sääntelyviranomaiset käyttävät hyvin vähän virtaa, kun kuorma on kevyt tai pois päältä, mikä tekee niistä ihanteellisia energiansäästökuvioihin ja akkukäyttöisiin laitteisiin.

Kaukokartoitus

Tämän avulla säädin voi seurata jännitettä kuormituspäässä, ei vain sen lähdössä, ja säätää tarpeen mukaan jännitteen vakaana.

Ota käyttöön/sammutustappi

Monissa säätelijöissä on nyt ohjaustappi, jonka avulla käyttäjät voivat kytkeä lähtöä päälle tai pois päältä signaalilla, hyödyllinen virransäästöön tai sekvensointiin.

Säädettävä lähtö

Joissakin säätimissä on sisäänrakennetut vaihtoehdot lähtöjännitteen säätämiseksi ulkoisten vastusten avulla, mikä antaa enemmän joustavuutta piirisuunnittelussa.

Matala keskeyttäjä

Nykyaikaiset matalan putoamisen säätimet (LDO) voivat silti säädellä oikein, vaikka tulojännite on hyvin lähellä lähtöä, mikä auttaa vähentämään tehonhäviöitä.

Sisäänrakennettu EMI-alennus

Jotkut kytkentäsäätimet sisältävät erityisiä malleja tai suodattimia sähkömagneettisten häiriöiden vähentämiseksi, mikä auttaa herkissä tai meluisissa ympäristöissä.

Vinkkejä oikean jännitesäätimen valitsemiseen

• Tarkista piiriin tuleva jännite ja minkä jännitteen tarvitset.Sääntelyviranomaisen on vastattava molempia.

• Katso, kuinka paljon virtaa laitteesi tai piirisi käyttää.Sääntelyviranomaisen tulisi pystyä käsittelemään tätä määrää ilman ylikuumenemista.

• Jos energian säästäminen on yksinkertaista, kytkentäsäädin on parempi valinta, koska se tuhlaa vähemmän virtaa.

• Piireissä, jotka tarvitsevat alhaisen melun tai ovat hyvin yksinkertaisia, lineaarisia säätimiä on helpompi käyttää ja toimivat hyvin.

• Jos tulojännite on vain hiukan korkeampi kuin lähtö, mene matalalla keskeyttämisellä (LDO) säätimellä, jotta vältetään liian paljon virran tuhlausta.

• Valitse säädettävä säädin, jos joudut asettamaan tietty lähtöjännite tai joudut ehkä muuttamaan sitä myöhemmin.

• Ajattele lämpöä.Jos säädin kuumenee käytön aikana, se saattaa tarvita jäähdytyselementtiä tai parempaa jäähdytystä.

• Varmista, että sääntelijä ei ole liian iso tai liian kallis projektillesi, jos sinulla on rajoitettu tila tai budjetti.

• Tarkista, pitäisikö säädin lähtöä puhtaana alhaisella aaltoilulla tai melulla herkille laitteille.

• On myös hyvä valita yksi turvaominaisuuksilla, kuten suojaa liikaa nykyistä tai ylikuumenemista vastaan.

Johtopäätös

Jännitesäätimet ovat tärkeitä pitämään voiman tasaisena elektronisissa laitteissa.Ne auttavat estämään vaurioita ja varmistamaan, että kaikki sujuu sujuvasti.Erityyppisillä tyypeillä ja ominaisuuksilla niitä voidaan käyttää monissa järjestelmissä pienistä laitteista suuriin koneisiin.