- Načelo delovanja trenutnega regulatorja
- Trenutni regulator deluje
- Oblikovanje sedanjih regulatorjev
- Načrtovanje trenutnih regulatorjev z uporabo napetostnih regulatorjev
- Prednosti in slabosti uporabe LDO kot trenutnega regulatorja
- Trenutni regulator z uporabo tranzistorjev
- Trenutni regulator, ki uporablja Op-Amp
- Uporaba sedanjih regulatorjev
Tako kot situacije, v katerih moramo uravnavati napetost v svojih načrtih, obstajajo scenariji, ko moramo uravnavati tok, ki se dovaja v določen del našega kroga. Za razliko od transformiranja (spreminjanja z ene napetostne stopnje na drugo), ki je običajno eden glavnih razlogov za regulacijo napetosti, gre pri regulaciji toka običajno za ohranjanje konstantnega toka, ne glede na razlike v odpornosti obremenitve ali vhodni napetosti. Vezja (integrirana ali ne), ki se uporabljajo za doseganje konstantnega toka, se imenujejo (konstantni) regulatorji toka in se zelo pogosto uporabljajo v močnostni elektroniki.
Čeprav so bili sedanji regulatorji v preteklih letih predstavljeni v več aplikacijah, verjetno do nedavnega niso ena najbolj priljubljenih tem v pogovorih o oblikovanju elektronike. Sedanji regulatorji so zaradi svojih pomembnih aplikacij pri LED razsvetljavi med drugimi aplikacijami dosegli nekakšen vseprisotni status.
V današnjem članku si bomo ogledali te trenutne regulatorje in med drugim preučili načela delovanja, njihovo zasnovo, vrste in aplikacije.
Načelo delovanja trenutnega regulatorja
Delovanje regulatorja toka je podobno delovanju regulatorja napetosti, pri čemer je glavna razlika parameter, ki ga regulirajo, in količina, ki jo spreminjajo glede na oskrbo z njihovo močjo. V napetostnih regulatorjih se tok spreminja, da se doseže zahtevani nivo napetosti, medtem ko tokovni regulatorji običajno vključujejo spremembe napetosti / upora, da dosežejo zahtevani izhodni tok. Čeprav je to običajno, je običajno težko uravnavati napetost in tok hkrati v vezju.
Da bi razumeli, kako delujejo sedanji regulatorji, je potreben hiter pregled zakona omov;
V = IR ali I = V / R
To pomeni, da je treba na izhodu vzdrževati stalen pretok toka, ti dve lastnosti (napetost in upor) morata biti v tokokrogu konstantni ali nastavljeni tako, da se ob spremembi ene vrednosti druga prilagodi, da se isti izhodni tok. Kot takšna regulacija toka vključuje prilagoditev napetosti ali upora v tokokrogu ali zagotavljanje nespremenjenih vrednosti upora in napetosti ne glede na zahteve / vplive priključene obremenitve.
Trenutni regulator deluje
Če želimo pravilno opisati delovanje trenutnega regulatorja, si oglejmo spodnji diagram vezja.
Spremenljivi upor v zgornjem vezju se uporablja za predstavitev delovanja regulatorja toka. Predvidevamo, da je spremenljivi upor avtomatiziran in lahko samodejno prilagodi svoj upor. Ko je vezje napajano, spremenljivi upor prilagodi svoj upor, da kompenzira spremembe toka zaradi sprememb odpornosti na obremenitev ali napetosti. Iz osnovnega razreda električne energije ne pozabite, da ko se poveča obremenitev, ki je v bistvu upor (+ kapacitivnost / induktivnost), pride do učinkovitega padca toka in obratno. Torej, ko se obremenitev v vezju poveča (povečanje upora), namesto padca toka, spremenljivi upor zmanjša lastni upor, da kompenzira povečano upornost in zagotovi enak tok. Na enak način, ko se odpornost proti obremenitvi zmanjša,spremenljivi upor poveča lastni upor, da kompenzira zmanjšanje, s čimer ohranja vrednost izhodnega toka.
Drug pristop pri regulaciji toka je vzporedno z obremenitvijo povezati dovolj visok upor, tako da bo skladno z zakoni osnovne elektrike tok tekel po poti z najmanjšim uporom, ki bo v tem primeru skozi obremenitev, s samo "zanemarljiva" količina toka, ki teče skozi upor visoke vrednosti.
Te spremembe vplivajo tudi na napetost, saj nekateri regulatorji toka vzdržujejo tok na izhodu s spreminjanjem napetosti. Tako je skoraj nemogoče regulirati napetost na istem izhodu, kjer se regulira tok.
Oblikovanje sedanjih regulatorjev
Regulatorji toka se običajno izvajajo z uporabo regulatorjev napetosti na osnovi IC, kot sta MAX1818 in LM317, ali z uporabo pasivnih in aktivnih komponent želeja, kot so tranzistorji in Zener diode.
Načrtovanje trenutnih regulatorjev z uporabo napetostnih regulatorjev
Za zasnovo tokovnih regulatorjev, ki uporabljajo regulator napetosti na osnovi IC, tehnika običajno vključuje nastavitev napetostnih regulatorjev, ki imajo konstantno odpornost proti obremenitvi. reguliran, kot tak, je mogoče med terminale vstaviti fiksni upor, tako da na obremenitev teče fiksni tok. Dober primer zasnove, ki temelji na tem, je objavil Budge Ing leta 2016 v eni od publikacij EDN.
Uporabljeno vezje uporablja linearni regulator LDO MAX1818 za ustvarjanje regulirane oskrbe s stalnim tokom. Napajanje (prikazano na zgornji sliki) je bilo zasnovano tako, da napaja RLOAD s konstantnim tokom, ki je enak I = 1,5V / ROUT. Kjer je 1,5 V prednastavljena izhodna napetost MAX1818, vendar jo je mogoče spremeniti z zunanjim uporovnim delilnikom.
Za zagotovitev optimalne učinkovitosti zasnove mora biti napetost na vhodnem sponki MAX1818 do 2,5 V in ne več kot 5,5 V, saj je to delovno območje, določeno v obrazcu. Če želite izpolniti ta pogoj, izberite vrednost ROUT, ki omogoča od 2,5 V do 5,5 V med IN in GND. Na primer, ko je obremenitev recimo 100Ω s 5V VCC, naprava deluje pravilno z ROUT nad 60Ω, saj vrednost omogoča največji programirljivi tok 1,5V / 60Ω = 25mA. Nato je napetost na napravi enaka najnižji dovoljeni vrednosti: 5V - (25mA × 100Ω) = 2,5V.
Tudi drugi linearni regulatorji, kot je LM317, se lahko uporabljajo v podobnem postopku načrtovanja, vendar je ena glavnih prednosti IC kot MAX1818 v primerjavi z drugimi dejstvo, da vključujejo toplotno zaustavitev, ki bi lahko bila pri trenutni regulaciji zelo pomembna kot temperatura IC se ponavadi segreje, ko so priključene obremenitve z visokimi trenutnimi zahtevami.
Za regulator toka na osnovi LM317 upoštevajte spodnje vezje;
LM317s so zasnovani tako, da regulator nenehno prilagaja svojo napetost, dokler napetost med izhodnim zatičem in nastavitvenim zatičem ne doseže 1,25 v, in se taki delilnik običajno uporablja pri izvedbi v položaju napetostnega regulatorja. Toda za naš primer uporabe kot regulatorja toka nam dejansko zelo olajša stvari, saj je napetost konstantna, zato je treba za uravnavanje toka preprosto vstaviti upor v zaporedju med Vout in ADJ pin kot je prikazano v zgornjem vezju. Kot taki lahko nastavimo izhodni tok na fiksno vrednost, ki je dana z;
I = 1,25 / R
Pri čemer je vrednost R dejavnik, ki določa izhodno vrednost toka.
Če želimo ustvariti spremenljiv regulator toka, moramo vezju dodati le spremenljivi upor skupaj z drugim uporom, da ustvarimo delilnik na nastavljivi zatič, kot je prikazano na spodnji sliki.
Delovanje vezja je enako kot prejšnje, s to razliko, da lahko tok v vezju nastavite tako, da vrtite gumb potenciometra, da spremenite upor. Napetost na R daje;
V = (1 + R1 / R2) x 1,25
To pomeni, da je tok čez R podan z;
I R = (1,25 / R) x (1+ R1 / R2).
To daje vezju trenutni obseg I = 1,25 / R in (1,25 / R) x (1 + R1 / R2)
Odvisno od nastavljenega toka; zagotovite, da bo moč upora upora R lahko vzdržala količino toka, ki bo tekel skozi njega.
Prednosti in slabosti uporabe LDO kot trenutnega regulatorja
Spodaj je nekaj prednosti izbire pristopa linearnega napetostnega regulatorja.
- Vmesniki IC vključujejo zaščito pred previsoko temperaturo, ki bi lahko prišla prav, ko so priključene obremenitve s prevelikimi trenutnimi zahtevami.
- IC-regulatorji imajo večje tolerance za velike vhodne napetosti in v veliki meri podpirajo visoko odvajanje moči.
- Pristop regulatorja IC v večini primerov vključuje uporabo manjše količine komponent z dodatkom le nekaj uporov, razen v primerih, ko so potrebni višji tokovi in so priključeni močnostni tranzistorji. To pomeni, da bi lahko isto IC uporabili za regulacijo napetosti in toka.
- Zmanjšanje števila komponent bi lahko pomenilo zmanjšanje stroškov izvedbe in časa načrtovanja.
Slabosti:
Na drugi strani konfiguracije, opisane pod pristopom regulatorjev IC, poleg regulirane izhodne napetosti omogočajo pretok mirujočega toka od regulatorja do obremenitve. To povzroča napako, ki v nekaterih aplikacijah morda ni dopustna. To pa bi lahko zmanjšali z izbiro regulatorja z zelo nizkim mirujočim tokom.
Druga pomanjkljivost pristopa regulacijske IC je pomanjkanje prilagodljivosti pri zasnovi.
Poleg uporabe integriranih vezij regulatorjev napetosti lahko regulatorji toka oblikujejo tudi dele iz želeja, vključno s tranzistorji, opampi in Zener diodo s potrebnimi upori. V vezju se verjetno uporablja Zenerjeva dioda, ki verjetno ni smiselna, kot če se spomnite, da se Zenerjeva dioda uporablja za regulacijo napetosti. Zasnova regulatorja toka z uporabo teh delov je najbolj prilagodljiva, saj jih je običajno enostavno vgraditi v obstoječa vezja.
Trenutni regulator z uporabo tranzistorjev
V tem poglavju bomo obravnavali dva modela. Prvi bo imel samo uporabo tranzistorjev, drugi pa mešanico operacijskega ojačevalnika in močnostnega tranzistorja.
Za tisto s tranzistorji upoštevajte spodnje vezje.
Regulator toka, opisan v zgornjem vezju, je ena najpreprostejših izvedb regulatorja toka. Je regulator nizkega toka; Priključil sem se po obremenitvi pred tlemi. Sestavljen je iz treh ključnih komponent; krmilni tranzistor (2N5551), močnostni tranzistor (The TIP41) in ranžirni upor (R).Preklop, ki je v bistvu upor majhne vrednosti, se uporablja za merjenje toka, ki teče skozi obremenitev. Ko je vezje vklopljeno, se opazi padec napetosti čez razdelilnik. Višja kot je vrednost odpornosti na obremenitev RL, večji padec napetosti na šantu. Padec napetosti na šantu deluje kot sprožilec za krmilni tranzistor, tako da večji kot padec napetosti na šantu, bolj tranzistor prevaja in uravnava napetost prednapetosti, ki se uporablja na dnu močnostnega tranzistorja, da poveča ali zmanjša prevodnost z upor R1, ki deluje kot uporovni upor.
Tako kot pri drugih vezjih je mogoče vzporednemu uporu dodati spremenljivi upor, da spreminja trenutno stopnjo s spreminjanjem količine napetosti, ki se uporablja na dnu krmilnega tranzistorja.
Trenutni regulator, ki uporablja Op-Amp
Za drugo oblikovalsko pot upoštevajte spodnje vezje;
To vezje temelji na operacijskem ojačevalniku in tako kot v primeru s tranzistorjem za zaznavanje toka uporablja tudi ranžirni upor. Padec napetosti na pretvorniku se napaja v operacijski ojačevalnik, ki ga nato primerja z referenčno napetostjo, ki jo nastavi Zener dioda ZD1. Op-amp kompenzira kakršna koli odstopanja (visoka ali nizka) v vhodnih napetostih s prilagoditvijo izhodne napetosti. Izhodna napetost operacijskega ojačevalnika je priključena na visokofrekvenčni FET in prevodnost se izvede glede na uporabljeno napetost.
Glavna razlika med to zasnovo in prvo je referenčna napetost, ki jo izvaja Zenerjeva dioda. Obe izvedbi sta linearni in velika količina toplote bo ustvarjena pri visokih obremenitvah, nanje je treba priklopiti hladilnike, da odvajajo toploto.
Prednost in pomanjkljivost
Glavna prednost tega oblikovalskega pristopa je prilagodljivost, ki jo nudi oblikovalcu. Deli je mogoče izbrati in zasnovo prilagoditi okusu brez omejitev, povezanih z notranjim vezjem, ki je značilno za pristop, ki temelji na IC regulatorju.
Po drugi strani pa je ta pristop bolj dolgočasen, dolgotrajen, zahteva več delov, obsežnih, občutljivih na okvare in dražji v primerjavi s pristopom IC, ki temelji na regulatorju.
Uporaba sedanjih regulatorjev
Regulatorji konstantnega toka najdejo aplikacije v vseh vrstah naprav, od napajalnih vezij, do polnilnih vezij akumulatorjev, do LED gonilnikov in drugih aplikacij, kjer je treba regulirati fiksni tok ne glede na uporabljeno obremenitev.
To je to za ta članek! Upam, da ste se naučili eno ali dve stvari.
Do naslednjič!