Mevcut düzenleyiciler: inşaat, çalışma ve tasarım türleri

Tasarımlarımızdaki voltajı düzenlememiz gereken durumlarda olduğu gibi, devremizin belirli bir kısmına sağlanan akımı düzenlememiz gereken senaryolar vardır. Genellikle voltaj regülasyonunun ana nedenlerinden biri olan dönüştürmenin (bir voltaj seviyesinden diğerine geçiş) aksine, akım regülasyonu genellikle sağlanan akımı, yük direncindeki veya giriş voltajındaki değişikliklerden bağımsız olarak sabit tutmakla ilgilidir. Sabit akım beslemesini sağlamak için kullanılan devrelere (entegre veya değil) (Sabit) Akım Regülatörleri denir ve bunlar Güç Elektroniğinde çok yaygın olarak kullanılır.

Mevcut düzenleyiciler, yıllar boyunca çeşitli uygulamalarda öne çıkmış olsalar da, tartışmalı bir şekilde elektronik tasarım konuşmalarındaki en popüler konulardan biri değiller. Mevcut Düzenleyiciler, diğer uygulamaların yanı sıra LED Aydınlatmadaki önemli uygulamaları nedeniyle artık bir tür her yerde bulunabilen bir duruma ulaşmışlardır.

Bugünün makalesi için, bu mevcut düzenleyicilere bakacağız ve arkasındaki çalışma prensiplerini, tasarımlarını, türlerini ve diğerlerinin yanı sıra uygulamalarını inceleyeceğiz.

Akım Regülatörünün Çalışma Prensibi

Bir akım regülatörünün çalışması, voltaj regülatörünün işleyişine benzerdir; en büyük fark, düzenledikleri parametre ve çıktılarını sağlamak için değiştikleri miktardır. Voltaj regülatörlerinde, akım, gerekli voltaj seviyesine ulaşmak için değiştirilirken, akım regülatörleri genellikle gerekli akım çıkışını elde etmek için voltaj / dirençte değişiklikler içerir. Bu nedenle, mümkün olsa da, bir devrede voltaj ve akımı aynı anda düzenlemek genellikle zordur.

Mevcut düzenleyicilerin nasıl çalıştığını anlamak için ohm yasasına hızlı bir bakış gerekir;

V = IR veya I = V / R

Bu, bir çıkışta sabit bir akım akışını sürdürmek anlamına gelir, bu iki özellik (voltaj ve direnç) bir devrede sabit tutulmalı veya birinde değişiklik olduğunda diğerinin değeri buna göre ayarlanacak şekilde ayarlanmalıdır. aynı çıkış akımı. Bu nedenle, akım düzenlemesi, bir devredeki gerilim veya dirençte bir ayarlama yapılmasını veya Direnç ve Gerilim değerlerinin, bağlı yükün gereklerine / etkilerine bakılmaksızın değiştirilmemesini sağlamayı içerir.

Mevcut Regülatör Çalışıyor

Bir akım regülatörünün nasıl çalıştığını doğru bir şekilde tanımlamak için, aşağıdaki devre şemasını ele alalım.

Yukarıdaki devredeki değişken direnç, bir akım regülatörünün eylemlerini temsil etmek için kullanılır. Değişken direncin otomatik olduğunu varsayacağız ve kendi direncini otomatik olarak ayarlayabiliriz. Devreye güç verildiğinde, değişken direnç, yük direncindeki veya voltaj kaynağındaki değişiklikler nedeniyle akımdaki değişiklikleri telafi etmek için direncini ayarlar. Temel elektrik sınıfından, esasen direnç (+ kapasitans / endüktans) olan yük arttığında, akımda etkili bir düşüş yaşandığını ve bunun tersini hatırlamanız gerekir. Böylece, devredeki yük bir akım düşüşünden ziyade arttığında (dirençte artış), değişken direnç, artan direnci telafi etmek ve aynı akım akışını sağlamak için kendi direncini azaltır. Aynı şekilde yük direnci azaldığında,değişken direnç, azalmayı telafi etmek için kendi direncini arttırır, böylece çıkış akımı değerini korur.

Mevcut düzenlemedeki diğer bir yaklaşım, yüke paralel olarak yeterince yüksek bir direncin bağlanmasıdır, öyle ki, temel elektrik yasalarına uygun olarak, akım, bu durumda yükün içinden geçecek olan en az dirençli yoldan geçecektir. yüksek değerli dirençten akan "ihmal edilebilir" miktarda akım.

Bazı akım regülatörleri voltajı değiştirerek çıkıştaki akımı koruduğu için bu varyasyonlar voltajı da etkiler. Bu nedenle, voltajı akımın düzenlendiği aynı çıkışta düzenlemek neredeyse imkansızdır.

Güncel Düzenleyiciler Tasarımı

Akım regülatörleri genellikle MAX1818 ve LM317 gibi IC tabanlı voltaj regülatörleri kullanılarak veya jöle fasulyesi pasif ve transistörler ve Zener diyotlar gibi aktif bileşenler kullanılarak uygulanır.

Voltaj Regülatörlerini Kullanarak Akım Regülatörlerini Tasarlama

IC tabanlı voltaj regülatörü kullanan akım regülatörlerinin tasarımı için, teknik genellikle sabit bir yük direncine sahip olacak şekilde voltaj regülatörlerinin kurulmasını içerir ve genellikle doğrusal regülatörlerin çıkışı ile toprakları arasındaki voltaj genellikle sıkı olduğu için doğrusal voltaj regülatörleri kullanılır. bu şekilde düzenlenmiş, yüke sabit bir akım akacak şekilde terminaller arasına sabit bir direnç yerleştirilebilir. Buna dayalı bir tasarımın güzel bir örneği, 2016 yılında Budge Ing tarafından EDN yayınlarından birinde yayınlandı.

Kullanılan devre, yüksek taraf sabit akım regülasyonlu bir besleme oluşturmak için LDO lineer regülatör MAX1818'i kullanır. Besleme (yukarıdaki resimde gösterilen), RLOAD'u I = 1.5V / ROUT'a eşit olan sabit bir akımla besleyecek şekilde tasarlanmıştır. 1.5V, MAX1818'in önceden ayarlanmış çıkış voltajı olduğunda, ancak harici bir direnç bölücü kullanılarak değiştirilebilir.

Tasarımın optimum performansını sağlamak için, MAX1818'in giriş terminalindeki voltaj 2,5V'ye kadar olmalı ve veri sayfasında belirtilen çalışma aralığı bu 5,5v'nin üzerinde olmamalıdır. Bu koşulu sağlamak için IN ve GND arasında 2,5V ile 5,5V arasında bir ROUT değeri seçin. Örneğin, 5V VCC ile 100Ω gibi bir yük söz konusu olduğunda, değer 1.5V / 60Ω = 25mA maksimum programlanabilir akıma izin verdiğinden, cihaz 60Ω'nin üzerinde ROUT ile düzgün çalışır. Cihazdaki voltaj daha sonra izin verilen minimum değere eşittir: 5V - (25mA × 100Ω) = 2.5V.

LM317 gibi diğer lineer regülatörler de benzer bir tasarım sürecinde kullanılabilir, ancak MAX1818 gibi IC'lerin diğerlerine göre sahip olduğu en büyük avantajlardan biri, mevcut düzenlemede çok önemli olabilecek termal kapatma içermeleridir. Yüksek akım gereksinimlerine sahip yükler bağlandığında IC ısınma eğilimindedir.

İçin LM317 göre akım regülatörü, aşağıdaki devre düşünün;

LM317'ler, regülatörün çıkış pini ile ayar pimi arasındaki voltaj 1,25v olana kadar voltajını ayarlamaya devam edecek şekilde tasarlanmıştır ve böyle bir bölücü genellikle bir voltaj regülatörü durumunda uygularken kullanılır. Ancak bir akım regülatörü olarak kullanım durumumuz için, aslında işleri bizim için süper kolaylaştırıyor çünkü voltaj sabit olduğundan, akımı sabit yapmak için tek yapmamız gereken sadece Vout ve ADJ pimi arasına seri olarak bir direnç eklemek. yukarıdaki devrede gösterildiği gibi. Bu nedenle, çıkış akımını aşağıdaki şekilde verilen sabit bir değere ayarlayabiliyoruz;

Ben = 1,25 / R

R değeri, çıkış akımı değerinin belirleyici faktörüdür.

Değişken bir akım regülatörü oluşturmak için, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi ayarlanabilir pime bir bölücü oluşturmak için başka bir direncin yanı sıra devreye yalnızca değişken bir direnç eklememiz gerekir.

Devrenin çalışması, direnci değiştirmek için potansiyometrenin düğmesini çevirerek akımın devrede ayarlanabilmesi ile öncekiyle aynıdır. R üzerindeki voltaj;

V = (1 + R1 / R2) x 1,25

Bu, R karşısındaki Akımın;

I _R = (1.25 / R) x (1+ R1 / R2).

Bu, devreye I = 1.25 / R ve (1.25 / R) x (1 + R1 / R2) akım aralığı verir.

Ayarlanan akıma bağlıdır; Direnç R'nin watt değerinin, içinden akacak akım miktarına dayanabileceğinden emin olun.

LDO'yu Akım Düzenleyici Olarak Kullanmanın Avantaj ve Dezavantajları

Aşağıda, doğrusal voltaj regülatörü yaklaşımını seçmenin bazı avantajları bulunmaktadır.

Regülatör IC'leri, aşırı akım gereksinimleri olan Yükler bağlandığında kullanışlı olabilecek aşırı sıcaklık koruması içerir.
Regülatör IC'leri, büyük giriş voltajları için daha büyük bir toleransa sahiptir ve büyük ölçüde yüksek güç dağılımını destekler.
Düzenleyici IC'ler yaklaşımı, daha yüksek akımların gerekli olduğu ve güç transistörlerinin bağlandığı durumlar haricinde çoğu durumda yalnızca birkaç direnç eklenerek daha az miktarda bileşen kullanılmasını içerir. Bu, voltaj ve akım düzenlemesi için aynı IC'yi kullanabileceğiniz anlamına gelir.
Bileşenlerin sayısındaki azalma, uygulama maliyetinde ve tasarım süresinde azalma anlamına gelebilir.

Dezavantajları:

Kapak tarafında, regülatör IC'leri yaklaşımı altında açıklanan konfigürasyonlar, regüle edilmiş çıkış voltajına ek olarak regülatörden yüke hareketsiz akım akışına izin verir. Bu, belirli uygulamalarda izin verilmeyen bir hataya neden olur. Ancak bu, çok düşük durgun akıma sahip bir regülatör seçilerek azaltılabilir.

Düzenleyici IC yaklaşımının bir başka dezavantajı, tasarımdaki esneklik eksikliğidir.

Voltaj Regülatörü IC'lerinin kullanımının yanı sıra, akım regülatörleri gerekli dirençlere sahip transistörler, opamplar ve Zener diyot gibi jöle fasulyesi parçaları kullanılarak da tasarlanabilir. Devrede muhtemelen bir Zener diyotu, voltaj regülasyonu için Zener diyotunun kullanıldığını hatırlarsınız gibi kullanılıyor. Bu parçaları kullanan akım regülatörünün tasarımı, genellikle mevcut devrelere entegre edilmeleri kolay olduğundan en esnektir.

Transistör Kullanan Akım Regülatörü

Bu bölümde iki tasarımı ele alacağız. Birincisi, yalnızca transistörlerin kullanımına yer verirken, ikincisi bir işlemsel amplifikatör ve bir güç transistörünün bir karışımını içerecektir.

Transistörlü olanlar için aşağıdaki devreyi düşünün.

Yukarıdaki devrede açıklanan akım regülatörü, en basit akım regülatörü tasarımlarından biridir. Bu ise düşük yan akım regülatörü; Yerden önce yükten sonra bağlandım. Üç temel bileşenden oluşur; bir kontrol transistörü (2N5551), bir güç transistörü (TIP41) ve bir şönt direnci (R).Esasen düşük değerli bir direnç olan şönt, yük boyunca akan akımı ölçmek için kullanılır. Devre açıldığında, şönt boyunca bir voltaj düşüşü not edilir. Yük direnci RL değeri ne kadar yüksekse şönt boyunca voltaj düşüşü o kadar yüksek olur. Şönt boyunca voltaj düşüşü, şönt boyunca voltaj düşüşü ne kadar yüksek olursa, transistörün iletimi artırmak veya azaltmak için güç transistörünün tabanına uygulanan öngerilim voltajını o kadar fazla ilettiği ve düzenleyeceği şekilde kontrol transistörü için bir tetikleyici görevi görür. direnç R1 önyargı direnci olarak işlev görür.

Diğer devrelerde olduğu gibi, kontrol transistörünün tabanına uygulanan voltaj miktarını değiştirerek akım seviyesini değiştirmek için şönt direncine paralel olarak değişken bir direnç eklenebilir.

Op-Amp kullanan Akım Regülatörü

İkinci tasarım yolu için aşağıdaki devreyi düşünün;

Bu devre, bir işlem amplifikatörüne dayanmaktadır ve tıpkı transistörlü örnekte olduğu gibi, aynı zamanda akım algılama için bir şönt direnç kullanır. Şönt boyunca voltaj düşüşü, işlemsel yükselticiye beslenir ve daha sonra bunu Zener diyot ZD1 tarafından ayarlanan bir referans voltajla karşılaştırır. Op-amp, çıkış voltajını ayarlayarak iki giriş voltajındaki farklılıkları (yüksek veya düşük) telafi eder. İşlemsel yükselticinin çıkış gerilimi, yüksek güçlü bir FET'e bağlanır ve uygulanan gerilime bağlı olarak iletim gerçekleşir.

Bu tasarım ile ilki arasındaki en büyük fark, Zener diyot tarafından uygulanan referans voltajdır. Bu tasarımların her ikisi de doğrusaldır ve yüksek yüklerde yüksek miktarda ısı üretilecektir, bu nedenle ısıyı dağıtmak için bunlara ısı alıcıları bağlanmalıdır.

Avantaj ve dezavantaj

Bu tasarım yaklaşımının en büyük avantajı, tasarımcıya sağladığı esnekliktir. Parçalar seçilebilir ve tasarım, düzenleyici IC tabanlı yaklaşımı karakterize eden dahili devre ile ilişkili sınırlamalar olmadan tadına varacak şekilde yapılandırılabilir.

Öte yandan, bu yaklaşım, düzenleyici tabanlı IC yaklaşımına kıyasla daha sıkıcı, zaman alıcı, daha fazla parça gerektirme, hantal, arızaya açık ve daha pahalı olma eğilimindedir.

Mevcut Düzenleyicilerin Uygulanması

Sabit akım regülatörleri, güç kaynağı devrelerinden Akü şarj devrelerine, LED sürücülerine ve uygulanan Yükten bağımsız olarak sabit bir akımın düzenlenmesi gereken diğer uygulamalara kadar her türlü cihazda uygulama bulur.

Bu makale için bu kadar! Umarım bir veya iki şey öğrenmişsindir.

Bir dahaki sefere kadar!