- Prinsip Operasi Pengatur Semasa
- Regulator Semasa Berfungsi
- Reka Bentuk Pengawal Selia Semasa
- Merancang Pengatur Semasa menggunakan Pengatur Voltan
- Kelebihan dan Kekurangan menggunakan LDO sebagai Pengatur Semasa
- Regulator Semasa menggunakan Transistor
- Regulator Semasa menggunakan Op-Amp
- Pemakaian Pengawal Selia Semasa
Sama seperti situasi di mana kita perlu mengatur voltan dalam reka bentuk kita, ada senario di mana kita perlu mengatur arus yang dibekalkan ke bahagian tertentu dari litar kita. Tidak seperti mengubah (berubah dari satu tahap voltan ke yang lain) yang biasanya merupakan salah satu sebab utama peraturan voltan, peraturan semasa biasanya mengenai menjaga arus yang dibekalkan tetap, tanpa mengira variasi rintangan beban atau voltan masukan. Litar (bersepadu atau tidak) yang digunakan untuk mencapai bekalan arus tetap dipanggil (Constant) Current Regulator dan mereka sangat biasa digunakan dalam Power Electronics.
Walaupun regulator Semasa telah ditampilkan dalam beberapa aplikasi selama bertahun-tahun, mereka boleh dibilang bukan salah satu topik yang paling popular dalam perbualan reka bentuk elektronik sehingga baru-baru ini. Pengatur semasa sekarang telah mencapai semacam status di mana-mana kerana aplikasi penting mereka dalam Pencahayaan LED antara aplikasi lain.
Untuk artikel hari ini, kita akan melihat pengawal selia semasa ini dan mengkaji prinsip-prinsip operasi di belakangnya, reka bentuk, jenis, dan aplikasinya antara lain.
Prinsip Operasi Pengatur Semasa
Pengoperasian pengatur arus mirip dengan pengatur voltan dengan perbezaan utama adalah parameter yang mereka atur dan kuantiti yang mereka ubah untuk membekalkan output mereka. Dalam pengatur voltan, arus bervariasi untuk mencapai tahap voltan yang diperlukan, sementara pengatur arus biasanya melibatkan variasi voltan / rintangan untuk mencapai output arus yang diperlukan. Oleh itu, walaupun mungkin, sukar untuk mengatur voltan dan arus pada masa yang sama dalam litar.
Untuk memahami bagaimana pengawal selia semasa bekerja memerlukan pandangan cepat mengenai undang-undang ohms;
V = IR atau I = V / R
Ini bermaksud untuk mengekalkan aliran arus yang tetap pada output, kedua sifat ini (voltan dan rintangan) mesti dijaga tetap dalam litar atau disesuaikan sedemikian rupa sehingga apabila ada perubahan pada satu, nilai yang lain disesuaikan dengan tepat untuk mengekalkan arus keluaran yang sama. Oleh itu, peraturan semasa melibatkan penyesuaian sama ada voltan atau rintangan dalam litar atau memastikan nilai Rintangan dan Voltan tidak berubah tanpa mengira keperluan / impak beban yang disambungkan.
Regulator Semasa Berfungsi
Untuk menerangkan dengan betul bagaimana pengatur arus beroperasi, mari kita perhatikan rajah litar di bawah.
Perintang pemboleh ubah dalam litar di atas digunakan untuk mewakili tindakan pengatur arus. Kami akan menganggap perintang berubah adalah automatik dan dapat menyesuaikan rintangannya secara automatik. Apabila litar dihidupkan, resistor berubah menyesuaikan rintangannya untuk mengimbangi perubahan arus kerana variasi rintangan beban atau bekalan voltan. Dari kelas elektrik asas, anda harus ingat bahawa apabila beban, yang pada asasnya rintangan (+ kapasitans / induktansi) meningkat, penurunan arus yang berkesan dialami dan sebaliknya. Oleh itu, apabila beban dalam litar meningkat (peningkatan rintangan), dan bukannya penurunan arus, perintang berubah-ubah mengurangkan rintangannya sendiri untuk mengimbangi peningkatan rintangan dan memastikan aliran arus yang sama. Dengan cara yang sama, apabila rintangan beban berkurang,rintangan berubah-ubah meningkatkan daya tahannya sendiri untuk mengimbangi pengurangan, sehingga mengekalkan nilai arus keluaran.
Pendekatan lain dalam peraturan semasa adalah menghubungkan perintang yang cukup tinggi selari dengan beban sehingga, selaras dengan undang-undang elektrik asas, arus akan mengalir melalui jalan dengan rintangan paling sedikit yang dalam hal ini akan melalui beban, dengan jumlah arus yang "diabaikan" yang mengalir melalui perintang bernilai tinggi.
Variasi ini juga mempengaruhi voltan kerana beberapa pengatur arus mengekalkan arus pada output dengan mengubah voltan. Oleh itu, hampir mustahil untuk mengatur voltan pada output yang sama dengan arus yang diatur.
Reka Bentuk Pengawal Selia Semasa
Pengatur semasa biasanya dilaksanakan menggunakan pengatur voltan berasaskan IC seperti MAX1818 dan LM317 atau dengan menggunakan komponen pasif dan aktif jellybean seperti transistor dan diod Zener.
Merancang Pengatur Semasa menggunakan Pengatur Voltan
Untuk reka bentuk pengatur arus yang menggunakan pengatur voltan berasaskan IC, teknik ini biasanya melibatkan pengaturan pengatur voltan untuk memiliki rintangan beban tetap dan pengatur voltan Linear biasanya digunakan kerana, voltan antara output pengatur linier dan tanahnya biasanya ketat diatur, dengan demikian, perintang tetap dapat dimasukkan di antara terminal sedemikian rupa sehingga arus tetap mengalir ke beban. Contoh baik reka bentuk berdasarkan ini diterbitkan dalam salah satu penerbitan EDN oleh Budge Ing In 2016.
Litar yang digunakan menggunakan pengatur linier LDO MAX1818 untuk membuat bekalan arus tetap yang dikawal sisi tinggi. Bekalan (ditunjukkan dalam gambar di atas) dirancang sedemikian rupa sehingga memberi makan RLOAD dengan arus tetap, yang sama dengan I = 1.5V / ROUT. Di mana 1.5V adalah voltan keluaran yang telah ditetapkan MAX1818 tetapi boleh diubah menggunakan pembahagi resistif luaran.
Untuk memastikan prestasi reka bentuk yang optimum, voltan pada terminal input MAX1818 mestilah hingga 2.5V dan tidak melebihi 5.5v kerana ini adalah jarak operasi yang ditetapkan oleh lembar data. Untuk memenuhi syarat itu, pilih nilai ROUT yang membolehkan 2.5V hingga 5.5V antara IN dan GND. Sebagai contoh apabila beban katakan 100Ω dengan VCC 5V, peranti berfungsi dengan baik dengan ROUT di atas 60Ω kerana nilainya membenarkan arus maksimum yang dapat diprogramkan 1.5V / 60Ω = 25mA. Voltan merentasi peranti kemudian sama dengan minimum yang dibenarkan: 5V - (25mA × 100Ω) = 2.5V.
Pengatur linier lain seperti LM317 juga dapat digunakan dalam proses reka bentuk yang serupa tetapi salah satu faedah utama yang dimiliki IC seperti MAX1818 berbanding yang lain adalah hakikat bahawa mereka menggabungkan penutupan haba yang mungkin sangat penting dalam peraturan semasa kerana suhu IC cenderung menjadi panas apabila beban dengan keperluan arus tinggi disambungkan.
Untuk pengatur arus berdasarkan LM317, pertimbangkan litar di bawah;
LM317s dirancang sedemikian rupa sehingga pengatur terus menyesuaikan voltannya sehingga voltan antara pin outputnya dan pin penyesuaiannya berada pada 1,25 v dan dengan demikian pembahagi biasanya digunakan ketika menerapkan dalam situasi pengatur voltan. Tetapi untuk kes penggunaan kita sebagai pengatur arus, sebenarnya menjadikan perkara menjadi sangat mudah bagi kita kerana, kerana voltan tetap, yang perlu kita lakukan untuk menjadikan pemalar arus adalah dengan hanya memasukkan perintang secara bersiri antara pin Vout dan ADJ seperti yang ditunjukkan dalam litar di atas. Oleh itu, kami dapat menetapkan arus keluaran ke nilai tetap yang diberikan oleh;
I = 1.25 / R
Dengan nilai R menjadi faktor penentu nilai arus keluaran.
Untuk membuat pengatur arus berubah, kita hanya perlu menambahkan perintang ubah ke litar di samping perintang lain untuk membuat pembahagi ke pin laras seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah.
Operasi litar sama dengan yang sebelumnya dengan perbezaannya bahawa arus dapat disesuaikan dalam litar dengan memutar tombol potensiometer untuk mengubah rintangan. Voltan merentasi R diberikan oleh;
V = (1 + R1 / R2) x 1.25
Ini bermaksud Arus melintang R diberikan oleh;
I R = (1.25 / R) x (1+ R1 / R2).
Ini memberikan litar julat arus I = 1.25 / R dan (1.25 / R) x (1 + R1 / R2)
Bergantung pada arus yang ditetapkan; pastikan penarafan watt perintang R dapat menahan jumlah arus yang akan mengalir melaluinya.
Kelebihan dan Kekurangan menggunakan LDO sebagai Pengatur Semasa
Berikut adalah beberapa kelebihan untuk memilih pendekatan pengatur voltan linier.
- IC pengatur menggabungkan perlindungan suhu yang mungkin berguna ketika Beban dengan keperluan arus berlebihan disambungkan.
- IC pengatur mempunyai toleransi yang lebih besar untuk voltan input yang besar dan pada tahap yang besar menyokong pelesapan kuasa tinggi.
- Pendekatan IC pengatur melibatkan penggunaan komponen yang lebih kecil dengan penambahan hanya beberapa perintang dalam kebanyakan kes kecuali untuk kes di mana arus yang lebih tinggi diperlukan dan transistor kuasa disambungkan. Ini bermakna anda boleh menggunakan IC yang sama untuk voltan dan peraturan semasa.
- Pengurangan jumlah komponen dapat berarti pengurangan biaya pelaksanaan dan waktu desain.
Kekurangan:
Di sisi lain, konfigurasi yang dijelaskan di bawah pendekatan pengatur IC memungkinkan aliran arus tenang dari pengatur ke beban sebagai tambahan kepada voltan keluaran yang diatur. Ini memperkenalkan kesalahan yang mungkin tidak dibenarkan dalam aplikasi tertentu. Namun, hal ini dapat dikurangi dengan memilih pengatur dengan arus tenang yang sangat rendah.
Kelemahan lain dari pendekatan IC pengatur adalah kurangnya fleksibiliti dalam reka bentuk.
Selain penggunaan IC Voltage Regulator, regulator semasa juga dapat dirancang menggunakan bahagian jellybean termasuk transistor, opamps, dan Zener diod dengan perintang yang diperlukan. Dioda Zener digunakan dalam litar mungkin sebagai otak tidak seolah-olah anda masih ingat dioda Zener digunakan untuk peraturan voltan. Reka bentuk pengatur semasa yang menggunakan bahagian-bahagian ini adalah yang paling fleksibel kerana biasanya mudah disatukan ke dalam litar yang ada.
Regulator Semasa menggunakan Transistor
Kami akan mempertimbangkan dua reka bentuk di bawah bahagian ini. Yang pertama akan menampilkan penggunaan transistor sahaja sementara yang kedua akan menampilkan gabungan penguat operasi dan transistor kuasa.
Untuk yang mempunyai Transistor, pertimbangkan litar di bawah.
Pengatur arus yang dijelaskan dalam litar di atas adalah salah satu reka bentuk pengatur arus termudah. Ia adalah pengatur arus rendah; Saya menyambung selepas beban sebelum tanah. Ia terdiri daripada tiga komponen utama; transistor kawalan (2N5551), transistor kuasa (The TIP41) dan perintang shunt (R).Shunt, yang pada dasarnya merupakan perintang bernilai rendah, digunakan untuk mengukur arus yang mengalir melalui beban. Apabila litar dihidupkan, penurunan voltan dicatat di sepanjang shunt. Semakin tinggi nilai rintangan beban RL semakin tinggi penurunan voltan pada shunt. Kejatuhan voltan melintasi shunt bertindak sebagai pencetus transistor kawalan sehingga semakin tinggi penurunan voltan di shunt, semakin banyak transistor melakukan dan mengatur voltan bias yang dikenakan pada dasar transistor daya untuk meningkatkan atau mengurangkan konduksi dengan perintang R1 bertindak sebagai perintang bias.
Sama seperti litar lain, perintang boleh ubah dapat ditambahkan selari dengan perintang shunt untuk mengubah tahap arus dengan mengubah jumlah voltan yang dikenakan di dasar transistor kawalan.
Regulator Semasa menggunakan Op-Amp
Untuk jalan reka bentuk kedua, pertimbangkan litar di bawah;
Litar ini didasarkan pada penguat operasi, dan seperti pada contoh dengan transistor, ia juga menggunakan resistor shunt untuk penginderaan semasa. Penurunan voltan di shunt dimasukkan ke dalam penguat operasi yang kemudian membandingkannya dengan voltan rujukan yang ditetapkan oleh Zener diod ZD1. Op-amp mengimbangi sebarang perbezaan (tinggi atau rendah) dalam dua voltan input dengan menyesuaikan voltan keluarannya. Voltan keluaran penguat operasi disambungkan ke FET kuasa tinggi dan pengaliran berlaku berdasarkan voltan yang berlaku.
Perbezaan utama antara reka bentuk ini dan yang pertama adalah voltan rujukan yang dilaksanakan oleh diod Zener. Kedua-dua reka bentuk ini bersifat linear dan jumlah haba yang tinggi akan dihasilkan pada beban yang tinggi, sink haba harus digabungkan dengan mereka untuk menghilangkan haba.
Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan utama pendekatan reka bentuk ini adalah fleksibiliti yang diberikan oleh pereka. Bahagian-bahagiannya dapat dipilih dan reka bentuk dikonfigurasi sesuai selera tanpa ada batasan yang berkaitan dengan litar dalaman yang menjadi ciri pendekatan berdasarkan pengatur IC.
Sebaliknya, pendekatan ini cenderung lebih membosankan, memakan waktu, memerlukan lebih banyak komponen, besar, mudah gagal, dan lebih mahal jika dibandingkan dengan pendekatan IC berdasarkan regulator.
Pemakaian Pengawal Selia Semasa
Pengatur arus tetap mencari aplikasi dalam semua jenis peranti dari litar bekalan kuasa, ke litar pengecasan Bateri, ke pemacu LED dan aplikasi lain di mana arus tetap perlu diatur tanpa mengira Beban yang dikenakan.
Itu sahaja untuk artikel ini! Harap anda belajar satu atau dua perkara.
Hingga ke suatu masa yang akan datang!