Типы, использование и советы по выбору регуляторов напряжения

Регулятор напряжения - это часть, которая сохраняет напряжение устойчивым в цепи.Это помогает вашим устройствам работать безопасно, даже если мощность изменяется.В этой статье вы узнаете, что делает регулятор напряжения, различные типы, где они используются и как выбрать правильный.

Каталог

Обзор регулятора напряжения

Регулятор напряжения - это устройство или схема, предназначенная для поддержания устойчивого выходного напряжения, даже при изменении входного напряжения или условий нагрузки.Без регулирования чувствительные цепи могут страдать от перегрева, потери данных или неожиданных сбоев.Поддерживая постоянное напряжение, эти регуляторы поддерживают более длительный срок службы устройства и более надежную работу.

Схема регуляторов напряжения

Рисунок 1: Диаграмма регуляторов напряжения

Эта схема показывает, как работает регулятор напряжения, чтобы придать постоянное напряжение.С левой стороны мощность входит в точки A и B. Это называется нерегулируемым входом, что означает, что напряжение может быть не очень стабильным.Конденсатор, помеченный CIN сразу после входа, чтобы помочь сгладить любые небольшие изменения или шум в напряжении.

Затем напряжение входит в блок регулятора напряжения.Эта часть имеет три булавки: в, вне и земля.Входной штифт принимает напряжение, заземляющий штифт соединяется с общей линией (B), а выходной штифт отправляет новое, устойчивое напряжение.

После того, как напряжение контролируется, оно проходит через другого конденсатора под названием Cout.Это помогает сохранить выходное напряжение гладким и устойчивым, особенно если подключенное устройство внезапно меняет, сколько мощности оно нужно.Чистое и стабильное напряжение выходит из точек C и B, готовых к использованию другими частями цепи.

Различные типы регуляторов напряжения

Рисунок 2: Регуляторы линейного напряжения

Линейные регуляторы напряжения

Регуляторы линейного напряжения работают, уменьшая входное напряжение до более низкого, устойчивого выходного напряжения с помощью резистивного метода.Они просты в использовании и обеспечивают гладкий и без шума выход, который полезен в чувствительных электронных устройствах.Они не очень эффективны, потому что дополнительное напряжение превращается в тепло.Эти регуляторы используются в аудиосистемах, аналоговых схемах и небольших проектах на основе микроконтроллеров, где шум должен быть сведен к минимуму.

Среди линейных регуляторов, L78L05 является широко признанным фиксированным регулятором 5 В, известным своим простотой и надежностью.Он обеспечивает до 100 мА выходного тока и часто используется в приложениях с низкой мощью, таких как платы микроконтроллера, датчики и другие логические устройства 5 В.

Рисунок 3: Регуляторы переключения напряжения

Переключение регуляторов напряжения

Регуляторы переключения напряжения используют высокоскоростные переключатели, а также индукторы или конденсаторы для эффективного преобразования напряжений.Они не тратят столько мощности, сколько тепло, что делает их гораздо более эффективными, чем линейные типы.Эти регуляторы лучше всего подходят для приложений, которые нуждаются в большем количестве тока или где важна экономия мощности, как в компьютерах, смартфонах и системах светодиодного освещения.

Рисунок 4: Регуляторы Buck (вниз)

Регуляторы Buck (вниз)

Регулятор Buck приобретает более высокое входное напряжение и уменьшает его до более низкого выходного напряжения.Это делает это эффективно, включив и выключая и сохраняя энергию в магнитных полях.Этот тип регулятора часто используется в ситуациях, когда входная мощность составляет 12 В или выше, а выход должен быть 5 В или 3,3 В, например, в цифровой электронике или встроенных системах.

Рисунок 5: Регуляторы усиления (шаг)

Увеличьте регуляторы (шаг-вверх)

Регуляторы Boost предназначены для увеличения более низкого входного напряжения до более высокого выходного напряжения.Они хранят энергию при включении и выпускают ее при более высоком напряжении при выключении.Они полезны в устройствах с батарейным питанием, где напряжение питания падает ниже того, что должна функционировать цепь, как в портативной электронике или светодиодных фонарях.

Рисунок 6: Регуляторы Buck-Boost

Buck-Boost Регуляторы

Регуляторы Buck-Boost могут как повысить, так и снизить входное напряжение в зависимости от условий.Это делает их очень гибкими в ситуациях, когда входное напряжение может варьироваться выше или ниже требуемого выходного напряжения.Они полезны в системах с батареей, где напряжение батареи меняется во время использования, но постоянный выход все еще необходим.

Рисунок 7: Регуляторы с низким содержанием окрашивания (LDO)

Низкопробранные регуляторы (LDO)

Регуляторы с низким содержанием пролета являются особым типом линейного регулятора, который может работать, даже когда входное напряжение лишь немного выше, чем выходное напряжение.Они полезны, когда между входом и выходом существует только небольшая разница напряжения, помогая уменьшить потерю мощности и тепло.LDO часто используются в мобильных устройствах и низковольтных цифровых схемах.

Технические различия между регуляторами напряжения

Тип	Выходное напряжение	Эффективность	Тепловое образование	Сложность	Диапазон напряжения приложения	Компоненты
Линейный регулятор	Фиксированный или регулируемый	Низкий (30–60%)	Высокий	Простой	От низкого до умеренного	Резисторы, пройти транзистор
Переключение регулятора	Фиксированный или регулируемый	Высокий (70–95%)	Низкий	Сложный	Низко до высокого	Индуктор, диод, коммутатор, IC
Регулятор Buck	Только вниз	Высокий (80–95%)	Низкий	Умеренный	От умеренного до высокого	Индуктор, конденсатор, коммутатор
Регулятор повышения	Только для повышения	Умеренный - высокий	Низко -модерирующий	Умеренный	От низкого до умеренного	Индуктор, диод, переключатель
Buck-Boost Регулятор	Подняться или вниз	Умеренный (60–85%)	Умеренный	Сложный	Широкие входные вариации	Индуктор, диод, переключатель
Регулятор LDO	Низкое отсечение (Close vin - vout)	Низко -модерирующий	Умеренный - высокий	Простой	Приложения с низкой разницей	Проход Element, Error Amp
Регулируемый регулятор	Пользовательский вывод	Зависит от типа	Зависит от типа	Простым до сложного	Варьируется в зависимости от дизайна	Внешние резисторы, регулятор IC

Применение регулятора напряжения

Схемы питания

Регуляторы напряжения широко используются в расходных материалах, чтобы гарантировать, что электронные устройства получают устойчивое и безопасное напряжение, даже если входная мощность изменяется.

Устройства с батарейным питанием

В таких гаджетах, как мобильные телефоны, планшеты и камеры, регуляторы помогают поддерживать постоянное напряжение, поскольку аккумулятор со временем сливается.

Встроенные системы

Микроконтроллеры и цифровые схемы нуждаются в стабильном напряжении для правильной работы.Регуляторы обеспечивают это надежное напряжение, часто в 3,3 В или 5 В уровня.

Коммуникационное оборудование

Такие устройства, как маршрутизаторы, радиоприемники и передатчики, используют регуляторы напряжения, чтобы избежать проблем с сигналами, вызванных нестабильной мощностью.

Автомобильная электроника

Автомобили используют регуляторы напряжения, чтобы сохранить электронику, такую ​​как дисплеи приборной панели, датчики и информационно -развлекательные системы, работающие плавно, несмотря на изменения напряжения от генератора.

Промышленная автоматизация

В заводских машинах и системах управления регуляторы напряжения используются для защиты и стабилизации электронных контролей и датчиков.

Возобновляемые энергетические системы

Солнечные панели и ветряные турбины часто используют регуляторы напряжения для управления колеблющимся входом и обеспечения стабильной мощности для батарей или подключенного оборудования.

Аудио и видеооборудование

Регуляторы напряжения помогают уменьшить шум и поддерживать производительность в усилителях, миксерах и других A/V Systems.

Компьютерное оборудование

В компьютерах регуляторы напряжения гарантируют, что процессоры, ОЗУ и графические карты получают правильное напряжение для надежной и эффективной производительности.

Медицинские устройства

Медицинские инструменты и оборудование для мониторинга требуют стабильного напряжения для безопасного функционирования, что делает регуляторы напряжения ключевым компонентом в своих энергетических системах.

Специальные функции в современных регуляторах напряжения

Защита над тока

Эта функция автоматически ограничивает ток, если он выходит за рамки безопасных уровней, помогая предотвратить повреждение регулятора и подключенных компонентов.

Тепловое отключение

Когда регулятор становится слишком горячим, эта функция закрывает ее, чтобы остановить перегрев и избежать неудачи или риска пожара.

Защита от короткого замыкания

Если выход случайно подключается непосредственно к земле, регулятор определяет это и прекращает поставку энергии, чтобы избежать повреждения.

Функция мягкой звезды

Это постепенно увеличивает выходное напряжение при включении питания, уменьшая напряжение на компоненты и предотвращая внезапные скачки мощности.

Низкий уровень покоя

Некоторые современные регуляторы используют очень мало мощности, когда нагрузка является легкой или выключенной, что делает их идеальными для энергосберегающих конструкций и устройств с батарейным питанием.

Дистанционное зондирование

Это позволяет регулятору контролировать напряжение на конце нагрузки, а не только на его выходе, и при необходимости регулировать, чтобы сохранить стабильное напряжение.

Включить/выключить штифт

Многие регуляторы теперь имеют управляющий вывод, который позволяет пользователям включать или выключать выход с сигналом, полезным для экономии питания или секвенирования.

Регулируемый выход

Некоторые регуляторы поставляются со встроенными опциями для регулировки выходного напряжения с использованием внешних резисторов, обеспечивая большую гибкость в конструкции схемы.

Низкое напряжение отсева

Современные регуляторы с низким содержанием опускания (LDO) все еще могут регулировать должным образом, даже когда входное напряжение очень близко к выходу, что помогает уменьшить потерю мощности.

Встроенное сокращение EMI

Некоторые регуляторы переключения включают специальные конструкции или фильтры для уменьшения электромагнитных помех, которые помогают в чувствительной или шумной среде.

Советы по выбору правильного регулятора напряжения

• Проверьте напряжение, поступающее в вашу схему и какое напряжение вам нужно выйти.Регулятор должен соответствовать обоим.

• Посмотрите, сколько будет использовать ваше устройство или схема.Регулятор должен иметь возможность обрабатывать эту сумму без перегрева.

• Если экономия энергии является основной, регулятор переключения является лучшим выбором, потому что он тратит меньше мощности.

• Для схем, которые нуждаются в низком шуме или очень просты, линейные регуляторы легче использовать и работать хорошо.

• Если ваше входное напряжение чуть выше, чем выход, перейдите с регулятором с низким отсеванием (LDO), чтобы избежать тратить слишком много мощности.

• Выберите регулируемый регулятор, если вам нужно установить определенное выходное напряжение или может изменить его позже.

• Подумайте о жаре.Если регулятор становится горячим во время использования, ему может потребоваться радиатор или лучшее охлаждение.

• Убедитесь, что регулятор не слишком большой или слишком дорогой для вашего проекта, если у вас ограниченное пространство или бюджет.

• Проверьте, регулирует ли регулятор чистым выходом с низким пульсом или шумом для чувствительных устройств.

• Также хорошо выбрать один с такими функциями безопасности, как защита от слишком большого тока или перегрева.

Заключение

Регуляторы напряжения важны для поддержания устойчивой мощности в электронных устройствах.Они помогают предотвратить повреждение и убедиться, что все работает гладко.При наличии различных типов и функций их можно использовать во многих системах, от небольших гаджетов до больших машин.