Skip to content

Kuinka jännitesäätimet toimivat elektroniikassa

19 de maaliskuu de 2021

Jännitteen säätimet ottavat tulojännitteen ja luovat säädetyn lähtöjännitteen riippumatta tulojännitteestä joko kiinteällä tai säädettävällä jännitetasolla. Tämä lähtöjännitetason automaattinen säätö hoidetaan erilaisilla takaisinkytkentätekniikoilla. Jotkut näistä tekniikoista ovat yhtä yksinkertaisia ​​kuin Zener-diodi. Toiset sisältävät monimutkaisia ​​palautetopologioita, jotka parantavat suorituskykyä, luotettavuutta ja tehokkuutta ja lisäävät muita ominaisuuksia, kuten lähtöjännitteen nostaminen tulojännitteen yläpuolelle jännitesäätimeen.

Jännitesäätimet ovat yleinen piirre monissa piireissä sen varmistamiseksi, että vakaa, vakaa jännite syötetään herkkään elektroniikkaan.

Kuinka lineaariset jännitesäätimet toimivat

Kiinteän jännitteen ylläpitäminen tuntemattomalla ja mahdollisesti meluisalla tulolla vaatii takaisinkytkentäsignaalin selventääkseen, mitä muutoksia on tehtävä. Lineaariset säätimet käyttävät tehotransistoria vaihtelevana vastuksena, joka käyttäytyy kuten jännitteenjakajaverkon ensimmäinen puolisko. Jännitteenjakajan ulostulo ohjaa tehotransistoria asianmukaisesti ylläpitämään vakioulostulojännitettä.

Koska transistori käyttäytyy vastuksen tavoin, se tuhlaa energiaa muuntamalla se lämmöksi – usein paljon lämpöä. Koska lämpöön muunnettu kokonaisteho on yhtä suuri kuin tulojännitteen ja lähtöjännitteen välinen jännitehäviö kerrotaan syötetyn virran kanssa, haihdutettu teho voi usein olla erittäin korkea, mikä edellyttää hyviä jäähdytyselementtejä.

Lineaarisen säätimen vaihtoehtoinen muoto on shuntti-säädin, kuten Zener-diodi. Sen sijaan, että se toimisi muuttuvana sarjavastuksena, kuten tyypillinen lineaarinen säädin tekee, shuntti-säädin tarjoaa polun maahan ylijännitteen (ja virran) virtaamiseksi. Tämäntyyppinen säädin on usein vähemmän tehokas kuin tyypillinen lineaarinen lineaarinen säädin. Se on käytännöllistä vain, kun tarvitaan vähän virtaa ja virtaa.

Kuinka jännitesäätimien vaihtaminen toimii

Kytkentäjännitesäädin toimii eri periaatteella kuin lineaariset jännitesäätimet. Sen sijaan, että toimisi jännitteenä tai virran nieluna vakiolähdön aikaansaamiseksi, kytkentäsäädin varastoi energiaa määritellylle tasolle ja käyttää palautetta varmistaakseen, että varaustaso ylläpidetään mahdollisimman pienellä jännitteen aaltoilulla. Tämän tekniikan avulla kytkentäsäädin on tehokkaampi kuin lineaarinen säädin kytkemällä transistori täysin päälle (minimaalisella vastuksella) vain, kun energian varastointipiiri tarvitsee energian puhkeamisen. Tämä lähestymistapa vähentää järjestelmässä hukkaan menevää kokonaistehoa transistorin vastukseen kytkennän aikana, kun se siirtyy johtavasta (hyvin pieni vastus) johtavaan (erittäin korkea vastus) ja muihin pieniin piirihäviöihin.

Mitä nopeammin kytkinohjain kytkeytyy, sitä vähemmän energian varastointikapasiteettia se tarvitsee halutun lähtöjännitteen ylläpitämiseksi, mikä tarkoittaa, että voidaan käyttää pienempiä komponentteja. Nopeamman vaihdon hinta on kuitenkin tehokkuuden menetys, kun siirtymiseen johtavan ja ei-johtavan tilan välillä kuluu enemmän aikaa. Resistiivisestä lämmityksestä menetetään enemmän tehoa.

Toinen nopeamman kytkennän sivuvaikutus on kytkentäsäätimen tuottaman elektronisen kohinan lisääntyminen. Erilaisia ​​kytkentätekniikoita käyttämällä kytkentäsäädin voi:

  • Astu alas tulojännitteelle (buck topologia).
  • Lisää jännitettä (lisää topologiaa).
  • Molemmat laskevat tai lisäävät jännitettä (buck-boost) tarpeen mukaan halutun lähtöjännitteen ylläpitämiseksi.

Tämä joustavuus tekee vaihtosäätimistä loistavan valinnan monille akkukäyttöisille sovelluksille, koska kytkinsäädin voi lisätä tai lisätä akun tulojännitettä akun purkautuessa.