- Принцип рада тренутног регулатора
- Тренутни регулатор ради
- Дизајн тренутних регулатора
- Пројектовање регулатора струје помоћу регулатора напона
- Предности и недостаци употребе ЛДО као тренутног регулатора
- Тренутни регулатор који користи транзисторе
- Тренутни регулатор који користи Оп-Амп
- Примена важећих регулатора
Баш као и ситуације у којима треба да регулишемо напон у свом дизајну, постоје сценарији у којима морамо да регулишемо струју која се напаја у одређени део нашег кола. За разлику од трансформације (промена са једног нивоа напона на други) која је обично један од главних разлога за регулацију напона, регулација струје се обично односи на одржавање константне струје која се напаја, без обзира на варијације отпора оптерећења или улазног напона. Кола (интегрисана или не) која се користе за постизање константног напајања струјом називају се (константни) Регулатори струје и врло се често користе у енергетској електроници.
Иако су тренутни регулатори представљени у неколико апликација током година, они до недавно нису једна од најпопуларнијих тема у разговорима о дизајну електронике. Садашњи регулатори су сада постигли неку врсту свеприсутног статуса због својих важних примена у ЛЕД осветљењу, међу осталим апликацијама.
За данашњи чланак ћемо размотрити ове тренутне регулаторе и испитати радне принципе који стоје иза њих, њихов дизајн, типове и примене, између осталог.
Принцип рада тренутног регулатора
Рад регулатора струје је сличан раду регулатора напона, с тим што је главна разлика параметар који регулишу и величина којом варирају како би обезбедили свој излаз. У регулаторима напона, струја варира да би се постигао потребан ниво напона, док регулатор струје обично укључује варијације напона / отпора да би се постигао потребан излаз струје. Као такав, иако је то могуће, обично је тешко истовремено регулисати напон и струју у колу.
Да бисте разумели како текући регулатори раде, потребан је брз увид у закон ома;
В = ИР или И = В / Р
То значи да се на излазу одржава константан проток струје, ове две особине (напон и отпор) морају се одржавати константним у кругу или подешавати тако да се, када дође до промене једног, вредност другог прилагоди у складу с тим да задржи иста излазна струја. Као таква, регулација струје укључује прилагођавање напона или отпора у кругу или осигуравање да се вредности отпора и напона не мењају без обзира на захтеве / утицаје прикљученог оптерећења.
Тренутни регулатор ради
Да бисмо правилно описали како делује тренутни регулатор, размотримо доњи дијаграм кола.
Променљиви отпорник у горњем кругу служи за представљање деловања регулатора струје. Претпоставићемо да је променљиви отпор аутоматизован и да може аутоматски прилагодити сопствени отпор. Када се струјни круг напаја, променљиви отпор прилагођава свој отпор како би компензовао промене у струји услед промена отпора оптерећења или напајања напоном. Из основне класе електричне енергије треба имати на уму да када се повећа оптерећење, које је у основи отпор (+ капацитет / индуктивитет), долази до ефективног пада струје и обрнуто. Стога, када се оптерећење у колу повећа (повећање отпора), уместо пада струје, променљиви отпор смањује сопствени отпор да би надокнадио повећани отпор и обезбедио исте протоке струје. На исти начин, када се отпор оптерећења смањи,променљиви отпор повећава сопствени отпор како би надокнадио смањење, одржавајући на тај начин вредност излазне струје.
Други приступ у регулацији струје је повезивање довољно високог отпорника паралелно са оптерећењем тако да ће, у складу са законима основног електрицитета, струја пролазити кроз путању са најмањим отпором који ће у овом случају бити кроз оптерећење, са само „занемарљива“ количина струје која протиче кроз отпор велике вредности.
Ове варијације такође утичу на напон јер неки регулатор струје одржавају струју на излазу променом напона. Стога је готово немогуће регулисати напон на истом излазу на коме се регулише струја.
Дизајн тренутних регулатора
Регулатори струје се обично примењују помоћу ИЦ регулатора напона као што су МАКС1818 и ЛМ317 или употребом јеллибеан пасивних и активних компоненти попут транзистора и Зенер диода.
Пројектовање регулатора струје помоћу регулатора напона
За дизајн регулатора струје који користе регулатор напона заснован на ИЦ, техника обично укључује постављање регулатора напона тако да имају константан отпор оптерећења и обично се користе линеарни регулатори напона, јер је напон између излаза линеарних регулатора и њиховог уземљења обично чврсто регулисан, као такав, фиксни отпорник се може уметнути између стезаљки тако да фиксна струја тече до терета. Добар пример дизајна заснован на овоме објавио је Будге Инг 2016. године у једној од ЕДН публикација.
Коло које користи користи ЛДО линеарни регулатор МАКС1818 за стварање напајања регулисаног константном струјом на високој страни. Напајање (приказано на горњој слици) је дизајнирано тако да напаја РЛОАД константном струјом, која је једнака И = 1,5В / РОУТ. Где је 1,5 В унапред подешени излазни напон МАКС1818, али се може променити помоћу спољног отпорног преграде.
Да би се осигурале оптималне перформансе дизајна, напон на улазном прикључку МАКС1818 мора бити до 2,5 В, а не изнад 5,5 В, јер је то радни опсег предвиђен техничким податком. Да бисте задовољили тај услов, одаберите вредност РУТЕ која омогућава од 2,5 В до 5,5 В између ИН и ГНД. На пример, када је оптерећење од рецимо 100Ω са 5В ВЦЦ, уређај исправно функционише са РОУТ изнад 60Ω, јер вредност омогућава максималну програмабилну струју од 1,5В / 60Ω = 25мА. Тада је напон на уређају једнак минимално дозвољеном: 5В - (25мА × 100Ω) = 2,5В.
И други линеарни регулатори попут ЛМ317 такође се могу користити у сличном процесу дизајнирања, али једна од главних предности које ИЦ као МАКС1818 имају у односу на друге је чињеница да они укључују термичко искључивање што би могло бити веома важно у тренутној регулацији као температура напона ИЦ има тенденцију да се загреје када се повежу оптерећења са високим струјним захтевима.
За регулатор струје заснован на ЛМ317, узмите у обзир коло испод;
ЛМ317с су дизајнирани на такав начин да регулатор наставља да подешава свој напон све док напон између његовог излазног пина и његовог пина за подешавање не буде 1,25в и као такав се делилац обично користи приликом примене у ситуацији регулатора напона. Али за наш случај употребе као регулатора струје, то нам заправо олакшава ствари јер, с обзиром на то да је напон константан, све што треба да урадимо да бисмо учинили константном струју је једноставно уметање отпора у серију између Воут и АДЈ пина као што је приказано у горњем колу. Као такви, у могућности смо да излазну струју поставимо на фиксну вредност која је дата са;
И = 1,25 / Р
С тим што је вредност Р фактор који одређује излазну вредност струје.
Да бисмо креирали регулатор променљиве струје, потребно је само да у круг додамо променљиви отпорник заједно са другим отпорником да бисмо створили преграду за подесиви пин, као што је приказано на слици испод.
Рад кола је исти као и претходни, с том разликом што се струја може подесити у колу окретањем дугмета потенциометра да би се променио отпор. Напон на Р даје;
В = (1 + Р1 / Р2) к 1,25
То значи да је струја преко Р дата са;
И Р = (1,25 / Р) к (1+ Р1 / Р2).
Ово даје кругу струјни опсег И = 1,25 / Р и (1,25 / Р) к (1 + Р1 / Р2)
Зависи од подешене струје; осигурајте да ватна снага отпорника Р може да издржи количину струје која ће кроз њега тећи.
Предности и недостаци употребе ЛДО као тренутног регулатора
Испод су неке предности за одабир приступа линеарном регулатору напона.
- Регулаторне интегрисане компоненте укључују заштиту од прекомерне температуре која би могла добро доћи када се повежу терети са прекомерним тренутним захтевима.
- ИЦ регулатора имају већу толеранцију за велике улазне напоне и у великој мери подржавају расипање велике снаге.
- Приступ регулаторних ИЦ укључује употребу мање количине компонената уз додатак само неколико отпорника у већини случајева, осим у случајевима када су потребне веће струје и када су повезани транзистори снаге. То значи да бисте могли користити исти ИЦ за регулацију напона и струје.
- Смањење броја компонената могло би значити смањење трошкова имплементације и времена дизајнирања.
Мане:
На другој страни, конфигурације описане у приступу регулатора ИЦ омогућавају проток мирујуће струје од регулатора до оптерећења поред регулисаног излазног напона. Ово уводи грешку која можда није дозвољена у одређеним применама. То би се, међутим, могло смањити избором регулатора са врло малом струјом мировања.
Још један недостатак приступа регулаторној ИЦ је недостатак флексибилности у дизајну.
Поред употребе ИЦ-а регулатора напона, регулатори струје такође могу да конструишу користећи делове од желеа, укључујући транзисторе, опампе и Зенер-диоду са потребним отпорницима. У кругу се користи Зенер-диода која се вероватно не користи као да се сећате да се Зенер-диода користи за регулацију напона. Дизајн регулатора струје помоћу ових делова су најфлексибилнији, јер их је обично лако интегрисати у постојеће кругове.
Тренутни регулатор који користи транзисторе
У овом одељку размотрићемо два дизајна. Први ће садржати употребу транзистора само док ће други имати комбинацију оперативног појачала и транзистора снаге.
За онај са транзисторима, узмите у обзир коло испод.
Регулатор струје описан у горњем кругу један је од најједноставнијих дизајна регулатора струје. То је регулатор струје са мале стране; Прикључио сам се након оптерећења пре тла. Састоји се од три кључне компоненте; контролни транзистор (2Н5551), транзистор снаге (Тхе ТИП41) и ранжирни отпорник (Р).Шант, који је у суштини отпорник мале вредности, користи се за мерење струје која тече кроз терет. Када је коло укључено, забележен је пад напона на шант-у. Што је већа вредност отпора оптерећења РЛ, то је већи пад напона на шант-у. Пад напона на шант-у делује као окидач за контролни транзистор тако да што је већи пад напона на шант-у, то више транзистор проводи и регулише напон преднапон примењен на базу транзистора снаге да повећа или смањи проводљивост са отпорник Р1 који делује као отпорник на пристраност.
Баш као и у осталим круговима, променљиви отпорник се може додати паралелно ранжирном отпору да би се променио тренутни ниво променом количине напона примењеног на бази управљачког транзистора.
Тренутни регулатор који користи Оп-Амп
За други пут пројектовања, узмите у обзир коло испод;
Ово коло се заснива на оперативном појачивачу, и баш као у примеру са транзистором, такође користи ранжирни отпорник за детекцију струје. Пад напона на шант-у доводи се у оперативно појачало које га затим упоређује са референтним напоном подешеним Зенер-диодом ЗД1. Опцијско појачало компензује било каква одступања (велика или мала) у два улазна напона подешавањем свог излазног напона. Излазни напон оперативног појачавача повезан је на ФЕТ велике снаге и проводљивост се јавља на основу примењеног напона.
Главна разлика између овог дизајна и првог је референтни напон који спроводи Зенер диода. Оба ова дизајна су линеарна и велика количина топлоте ће се генерисати при великим оптерећењима, као одводници топлоте треба да буду повезани са њима да би се топлота расипала.
Предност и недостатак
Главна предност овог дизајнерског приступа је флексибилност коју пружа дизајнеру. Делови се могу одабрати и дизајн конфигурисати по укусу без икаквих ограничења повезаних са унутрашњим струјним круговима који карактеришу приступ заснован на регулатору ИЦ.
С друге стране, овај приступ има тенденцију да буде заморнији, дуготрајнији, захтева више делова, гломазан, подложан квару и скупљи у поређењу са ИЦ приступом заснованим на регулатору.
Примена важећих регулатора
Регулатори константне струје налазе примену у свим врстама уређаја, од кругова напајања, преко кругова за пуњење акумулатора, до ЛЕД драјвера и других примена код којих је потребно регулисати фиксну струју, без обзира на примењено оптерећење.
То је све за овај чланак! Надам се да сте научили једну или две ствари.
До следећег пута!