Bộ điều chỉnh điện áp là gì – Giải thích chi tiết

0
80
Một bộ chuyển đổi tăng áp

Bộ điều chỉnh điện áp là gì. Nó là một mạch phổ biến được sử dụng rộng rãi trong điện tử để cung cấp một mức điện áp không đổi. Bộ điều chỉnh điện áp là một mạch điện tử có thể duy trì mức điện áp bất chấp một số yếu tố như tăng điện áp đầu vào, dung sai và nhiệt độ gây ra các biến đổi. Ví dụ, một mạch được mong đợi có một đầu ra 12V, vì vậy hãy đặt một bộ điều chỉnh điện áp để duy trì đầu ra 12V này mọi lúc. Có hai loại chính của bộ điều chỉnh điện áp. Đầu tiên là tuyến tính và thứ hai là chuyển mạch. Tuyến tính có thể là loại chuỗi hoặc kiểu shunt. Có một số loại bộ điều chỉnh chuyển mạch, nhưng các dạng đơn giản nhất là buck và boost và buck-boost về cơ bản là sự kết hợp của cả hai.

Bài viết tham khảo :

Mạch Biến tần 

Khi nào sử dụng bộ điều chỉnh điện áp

Bất kỳ ứng dụng nào cần mức điện áp không đổi sẽ cần bộ điều chỉnh điện áp. Mức điện áp không đổi chỉ đơn giản có nghĩa là mức này giống nhau bất cứ lúc nào. Nói một cách ngắn gọn là cấp điện áp đường thẳng. Một số mạch cần bộ điều chỉnh điện áp là bộ nguồn, mạch tham chiếu và bất kỳ mạch tích hợp hoặc mạch phụ nhạy cảm với điện áp nào.

Các loại bộ điều chỉnh điện áp

Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính

Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính là dễ xử lý nhất. Nó rất dễ tạo và không cần nhiều kiến ​​thức kỹ thuật để hiểu hành vi của nó. Nó có hai biến thể: series và shunt.

(1) Bộ điều chỉnh tuyến tính dòng

Bộ điều chỉnh tuyến tính nối tiếp là loại trong đó nó được lắp đặt nối tiếp với đầu ra hoặc mạch sử dụng bộ điều chỉnh hoặc đơn giản là tải.

Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Bộ điều chỉnh tuyến tính nối tiếp sẽ duy trì điều chỉnh điện áp bằng cách hấp thụ công suất dư thừa tạo ra từ sự khác biệt của mức điện áp đầu vào và đầu ra.

Giả sử bộ điều chỉnh điện áp có quy định điện áp cố định là 5V, và mức điện áp đầu vào là 8V. Để duy trì điều chỉnh 5V, mạch bên trong của bộ điều chỉnh điện áp sẽ quản lý 3V dư thừa, đó là sự khác biệt giữa đầu vào 8V và đầu ra 5V.

Dưới đây là một bộ điều chỉnh tuyến tính loạt phổ biến của Texas Instrument. Các hình ảnh được lấy từ trang web Texas Instruments. Nhấp vào liên kết dưới đây nếu bạn muốn truy cập trang web Texas Instruments.

LM317 là một bộ điều chỉnh tuyến

LM317 là một bộ điều chỉnh tuyến tính loạt đầu ra biến đổi tích cực. Trong mạch trên, đầu vào là 28V và đầu ra có thể được điều chỉnh đến mức tối thiểu là 1,25V trên mỗi biểu dữ liệu LM317. Mạch điều khiển bằng sóng RF

Sự tiêu tán công suất của bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính dòng

Đặt điện áp đầu ra không chỉ là điều cần xem xét khi sử dụng bộ điều chỉnh điện áp. Tản năng là điều rất quan trọng tiếp theo cần tìm. Một mạch điều chỉnh điện áp tuyến tính nối tiếp rất dễ chế tạo. Nhưng việc tiêu tán công suất phải được quan tâm. Công suất tiêu tán là lượng điện năng mà bộ điều chỉnh hấp thụ. Điều này liên quan trực tiếp đến nhiệt hoặc mức độ nóng của bộ điều chỉnh. Nguyên nhân nào gây ra hiện tượng tiêu hao điện năng này? Đây là kết quả của sự chênh lệch điện áp giữa đầu vào và đầu ra nhân với dòng tải.

Ví dụ, trong hình trên, nếu điện áp đầu ra được đặt thành 10V, sự khác biệt về điện áp là 18V (28V-10V). Giả sử dòng tải là 1A, điều này có nghĩa là công suất tiêu tán

Power Dissipation = (Vin – Vout) X Load Current = (28V – 10V) X 1A = 18 Watts

18 watt là mức tiêu hao điện năng lớn và dẫn đến nhiệt độ vỏ máy nóng hơn. Nó cần được quản lý như bằng cách đặt một bộ tản nhiệt vào bộ điều chỉnh hoặc quạt làm mát, v.v.

(2) Bộ điều chỉnh tuyến tính Shunt

Bộ điều chỉnh tuyến tính Shunt khác với bộ điều chỉnh tuyến tính nối tiếp ở chỗ nó được kết nối với tải hoặc mạch cần điện áp điều chỉnh.

Bộ điều chỉnh tuyến tính Shunt

Một sự khác biệt khác của bộ điều chỉnh tuyến tính shunt so với bộ điều chỉnh tuyến tính nối tiếp là công suất. Trong hầu hết các trường hợp, loại chuỗi chủ yếu là cao cấp hơn loại shunt. Loại shunt cũng sẽ cần một điện trở nối tiếp để giúp tiêu tán công suất dư thừa. Nếu không có điện trở nối tiếp này, nó sẽ không hoạt động. Ví dụ rất cơ bản của bộ điều chỉnh tuyến tính shunt là một diode Zener. Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Mạch bên dưới sử dụng một diode Zener để duy trì điện áp quy định cho tải. Có một kháng loạt được thêm vào như đã thảo luận ở trên. Nếu diode Zener có điện áp đánh thủng là 12V, điều đó có nghĩa là không có điện áp cao hơn 12V sẽ được cung cấp cho tải. Trong trường hợp mức Vin là 20V, điện áp dư thừa sẽ được hấp thụ bởi điện trở nối tiếp và điều này sẽ dẫn đến tiêu hao công suất.

diode Zener Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Đặt Rseries cho Shunt Regulator Bộ điều chỉnh điện áp là gì

 Vzener = 12V, Vin = 20V, Load current = 2A, Rseries = ?

(a) Dòng tải + Dòng điện ngắt = Dòng điện chạy tới Rseries

Trong đó dòng điện Shunt là dòng điện mà diode Zener cần để duy trì điều chỉnh điện áp. Điều này được cung cấp bởi biểu dữ liệu. Nếu biểu dữ liệu đưa ra mức tối thiểu và tối đa, chỉ cần lấy giá trị trung bình và sử dụng nó.)

Hãy giả sử một dòng điện shunt là 0,01A. Vì thế,

2A + 0,01A = Dòng điện chạy đến Rseries = 2,01A

(b) Rseries = (Vin – Vshunt) / Dòng điện chạy đến Rseries

= (20V – 12V) / 2,01A = 3,98 ohms

(Trong đó; Vshunt là điều chỉnh điện áp của diode Zener)

 Chọn giá trị điện trở gần nhất với giá trị đã tính và kiểm tra lại phép tính

(c) Giả sử điện trở 3,9 ôm được chọn, dòng điện mới chạy đến Rseries sẽ là

Dòng điện chạy đến Rseries = (20V – 12V) / 3,9 ohms = 2,051 A

Dòng tải được cố định ở 2A, vì vậy dòng Zener mới là 0,051A. Kiểm tra biểu dữ liệu nếu điều này không vượt quá giới hạn.

(d) Tính toán mức tiêu hao công suất của Rseries

Điện trở nối tiếp là điện trở hấp thụ điện năng rất lớn, vì vậy điều quan trọng là phải kích thước cho nó. Công suất tiêu tán trên Rseries là

Pdiss = (Dòng điện chạy tới Rseries) X (Dòng điện chạy tới Rseries) X Rseries = 2.051AX 2.051AX 3.9 ohms = 16.4 Watts

Đảm bảo chọn điện trở có thể tản điện này.

Bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Cả bộ điều chỉnh tuyến tính loạt và bộ điều chỉnh tuyến tính shunt được thảo luận ở trên chỉ thực tế cho các ứng dụng công suất nhỏ. Mặc dù bộ điều chỉnh tuyến tính nối tiếp có thể cung cấp khả năng công suất cao hơn bộ điều chỉnh tuyến tính shunt nhưng đây vẫn là công suất rất thấp nếu chúng ta nói về nguồn điện. Trong cung cấp điện, bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch được sử dụng.

Bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch là bộ điều chỉnh sử dụng công tắc điện tử hoạt động liên tục giữa các trạng thái bật và tắt và sạc và xả mạch bình. Sau đó, có một cơ chế vòng điều khiển chịu trách nhiệm điều tiết hệ thống để đạt được đầu ra ổn định. Không giống như bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính được thiết kế đơn giản, bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch phức tạp hơn. Tuy nhiên, nó có thể cung cấp các hoạt động công suất cao do tổn thất điện năng rất nhỏ so với các phiên bản tuyến tính.

Bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch thường được sử dụng trên các cụm PCB là buck (bước xuống), tăng cường, sự kết hợp của cả hai là buck-boost, flyback, sepic, v.v.

Nếu bạn muốn biết thêm về cách chuyển đổi nguồn và cấu trúc liên kết, hãy đọc các bài viết của tôi Nguyên tắc hoạt động của nguồn điện chuyển mạch và thiết kế và chế độ chuyển mạch Nguồn điện được giải thích với cấu trúc liên kết chung .

Nếu bạn muốn mạo hiểm cách cung cấp điện chuyển mạch thực hiện điều chỉnh điện áp, hãy đọc bài viết của tôi Cách chuyển đổi chế độ cung cấp điện điều chỉnh đầu ra của nó .

Tôi cũng có một bài báo có tựa đề Mô phỏng nguồn điện tuyến tính ACDC trong Hướng dẫn từng bước của LTSpice . Điều này sẽ cung cấp cho bạn hướng dẫn về cách mô phỏng nguồn điện tuyến tính ACDC đơn giản trong LTspice. LTSpice là một phần mềm miễn phí từ Công nghệ tuyến tính. Nếu bạn muốn biết cách bắt đầu với mô phỏng LTSpice, hãy đọc bài viết của tôi Hướng dẫn mô phỏng mạch LTSpice cho người mới bắt đầu .

Để biết thêm các hướng dẫn trong LTSpice, hãy chọn chủ đề bạn muốn trong danh sách .

Buck Switching Converters Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Trong điện tử công suất, bộ điều chỉnh điện áp buck còn được gọi là bộ biến đổi chuyển mạch buck. Nó là một bộ điều chỉnh chế độ chuyển đổi bước xuống có đầu ra thấp hơn đầu vào của nó. Ví dụ, đầu vào là 12V và đầu ra là 5V. Dưới đây là phần nguồn của mạch chuyển đổi buck.

mạch chuyển đổi buck Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Bộ chuyển đổi buck là một bộ chuyển đổi chuyển mạch hoạt động theo chu kỳ nhiệm vụ. Để được giải thích đầy đủ về chu kỳ nhiệm vụ, hãy đọc bài viết Khởi tạo chu kỳ nhiệm vụ Buck Converter .

Bạn có muốn tìm hiểu chi tiết về thiết kế bộ chuyển đổi buck? Đọc bài viết của tôi Hướng dẫn thiết kế bộ chuyển đổi Buck .

Hoặc có thể bạn muốn biết cách định kích thước hoặc chọn cuộn cảm của bộ chuyển đổi buck, hãy đọc bài viết Định kích thước cuộn cảm của bộ chuyển đổi Buck và thiết lập hoạt động của nó .

Nếu bạn muốn thiết kế một bộ chuyển đổi buck nhưng chưa có đủ kiến ​​thức, đừng lo lắng. Tôi có một mẫu làm sẵn sẽ thiết kế cho bạn. Đi tới Mẫu thiết kế Buck Converter Mathcad .

Boost Switching Converters Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Nếu một bộ chuyển đổi buck được gọi là bộ điều chỉnh chuyển mạch bước xuống, thì mặt khác, bộ chuyển đổi tăng cường được gọi là bộ điều chỉnh chuyển mạch bước lên. Đầu ra của nó cao hơn đầu vào của nó. Ví dụ: đầu ra 20V từ đầu vào 10V. Dưới đây là một sơ đồ phổ biến của một bộ chuyển đổi tăng cường.

Một bộ chuyển đổi tăng áp Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Một bộ chuyển đổi tăng cường cũng là một bộ chuyển đổi chuyển mạch điều khiển chu kỳ nhiệm vụ. Nếu bạn muốn biết thêm về chu kỳ nhiệm vụ, hãy đọc bài viết Cách tính chu kỳ nhiệm vụ của Bộ chuyển đổi tăng cường .Bộ điều chỉnh điện áp là gì

Trong việc xử lý một bộ chuyển đổi tăng cường, một trong những thành phần rất quan trọng là cuộn cảm. Cuộn cảm sẽ kiểm soát dòng điện gợn sóng. Để biết thêm về điều này, hãy đọc Làm thế nào để Tính toán Bộ chuyển đổi Boost Ripple hiện tại .

Bộ chuyển đổi đóng cắt có tổn thất điện năng nhỏ hơn so với bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính. Để cung cấp cho bạn ý tưởng, hãy đọc Tổn thất điện năng trong Bộ chuyển đổi Tăng cường .

Bạn có muốn thiết kế một bộ chuyển đổi tăng cường? Không có vấn đề gì vì đã có một mẫu được tạo sẵn cho nó. Đi tới Boost Converter Design Template Mathcad .Bộ điều chỉnh điện áp là gì

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here