Jännitteensäätimet ovat yleisiä piirteitä monissa piireissä, jotta vakiomääräinen, vakaa jännite toimitetaan herkälle elektroniikalle. Niiden toiminta on tyypillistä monille analogisille piireille, palautteen järkevä ja tyylikäs käyttö, jonka avulla tuotos voidaan säätää halutulle tasolle.
Jänniteohjaimen yleiskuvaus
Kun vakaa ja luotettava jännite on tarpeen, jännitteen säätimet ovat siirtymäkomponentteja. Jännitteensäätimet ottavat sisääntulojännitteen ja tuottavat säädetyn lähtöjännitteen riippumatta syöttöjännitteestä joko kiinteällä jännitetasolla tai säädettävällä jännitetasolla (valitsemalla oikeat ulkoiset komponentit). Tämä lähtöjännitteen automaattinen säätö hoidetaan erilaisilla takaisinkytkentätekniikoilla, joista jotkut ovat yhtä yksinkertaisia kuin zener-diodi, kun taas toiset sisältävät monimutkaisia palautelukemiallisuuksia, jotka voivat parantaa suorituskykyä, luotettavuutta ja tehokkuutta sekä lisätä muita ominaisuuksia, kuten syöttöjännitteen ylittävän lähtöjännitteen tehostamista jännitteen säädin.
Kuinka lineaariset jännitesäätimet toimivat
Kiinteän jännitteen ylläpito tuntemattomalla ja mahdollisesti kohinallisella (tai huonommin) syöttöllä vaatii takaisinkytkentäsignaalin tietää, mitkä muutokset on tehtävä. Lineaariset säätimet käyttävät voimantransistoria (joko BJT tai MOSFET riippuen käytetystä komponentista) muuttuvana vastuksena, joka käyttäytyy kuten jännitejakajaverkon ensimmäisellä puoliskolla. Jännitteen jakajan lähtötehoa käytetään palauttamaan voimantransistorin käyttämiseksi tarkoituksenmukaisesti vakion lähtöjännitteen ylläpitämiseksi. Valitettavasti, koska transistori käyttäytyy kuin vastus, se kuluttaa paljon energiaa muuntamalla se lämpöksi, usein paljon lämpöä. Koska lämpöön muunnettu kokonaisteho on yhtä suuri kuin syöttöjännitteen ja lähtöjännitteen välinen jännitehäviö, syöttöjännite voi olla usein erittäin korkea ja vaativat hyviä jäähdytyslevyjä.
Vaihtoehtoinen lineaarisen säätimen muoto on shunt-säädin, kuten Zener-diodi . Sen sijaan, että toimisi vaihtelevana sarjaresistanssina tyypillisen lineaarisen säätimen kanssa, säärisäätölaite tuottaa maantieteellisen jännitteen, jolla ylivirta (ja virta) virtaa läpi. Valitettavasti tämäntyyppinen säätölaite on usein jopa vähemmän tehokasta kuin tyypillinen sarjan lineaarinen säätölaite ja se on käytännöllinen vain silloin, kun tarvitaan ja toimitetaan vain vähän virtaa.
Kuinka vaihtovirtaohjaimet toimivat
Kytkentäjännitteen säätö toimii täysin erilaisella päällä kuin lineaarisella jännitesäätimellä. Sen sijaan, että toimisi jännitteenä tai virransyöttölaitteena vakiotuloksen aikaansaamiseksi, kytkinlaite säästää energiaa määritellyllä tasolla ja käyttää takaisinkytkentää sen varmistamiseksi, että lataustaso säilyy vähäisellä jännitteellä aaltoilla. Tämä tekniikka sallii kytkentäohjaimen olevan paljon tehokkaampi, että lineaarinen säädin kääntämällä transistori kokonaan (minimaalinen vastus) vain silloin, kun energian varastointipiiri tarvitsee energiaa. Tämä vähentää järjestelmässä hukattua kokonaistehoa transistorin vastukseen kytkentävaiheen aikana, koska se siirtyy johtavasta (erittäin alhaisesta vastuksesta) johtamattomaan (erittäin korkea vastus) ja pienten pienten häiriöiden häviöihin.
Mitä nopeammin kytkentälaite kytketään, sitä vähemmän energian varastointikapasiteettia tarvitaan ylläpitämään haluttua lähtöjännitettä, mikä tarkoittaa, että pienempiä komponentteja voidaan käyttää. Kuitenkin nopeampi kytkentä kustannuksella on tehokkuuden menetys, koska useampaa aikaa käytetään siirtymään johtavien ja johtamattomien tilojen välillä, mikä tarkoittaa, että enemmän tehoa katoaa resistiivisen lämmityksen vuoksi.
Toinen nopeutetun kytkennän sivuvaikutus on kytkentäohjaimen synnyttämän sähköisen kohinan kasvu. Käyttämällä erilaisia kytkentätekniikoita, kytkentäohjain voi vähentää syöttöjännitettä (buck topologia), tehostaa jännitettä (boost topology) tai molemmat astua alas tai korottaa jännitettä (buck-boost) tarpeen mukaan ylläpitää haluttua lähtöjännitettä jotka tekevät kytkentäsäätimistä erinomaisen vaihtoehdon monille akkukäyttöisille sovelluksille, koska kytkentälaite voi lisätä tai lisätä syöttöjännitettä akusta, kun akku tyhjenee. Tämä sallii elektroniikan jatkaa toimintaansa selvästi sen paikan yli, missä akku voisi suoraan syöttää piirin oikean jännitteen toimimaan.