Trong bộ nguồn, bộ điều chỉnh điện áp đóng một vai trò quan trọng. Vì vậy, trước khi thảo luận về một Bộ điều chỉnh điện áp , chúng ta phải biết rằng vai trò của nguồn điện trong khi thiết kế một hệ thống là gì ?. Ví dụ, trong bất kỳ hệ thống làm việc nào như điện thoại thông minh, đồng hồ đeo tay, máy tính hoặc máy tính xách tay, nguồn điện là một phần thiết yếu để hệ thống hoạt động, vì nó cung cấp nguồn cung cấp nhất quán, đáng tin cậy và liên tục cho các thành phần bên trong hệ thống. Trong các thiết bị điện tử, nguồn điện cung cấp nguồn điện ổn định cũng như điều tiết để các mạch hoạt động tốt. Nguồn cung cấp điện có hai loại như nguồn điện AC lấy từ các ổ cắm điện và nguồn điện DC lấy từ pin. Vì vậy, bài viết này thảo luận tổng quan về các loại bộ điều chỉnh điện áp khác nhau và hoạt động của chúng.

Bộ điều chỉnh điện áp là gì?

Bộ điều chỉnh điện áp được sử dụng để điều chỉnh các mức điện áp. Khi cần một điện áp ổn định, đáng tin cậy, thì bộ điều chỉnh điện áp là thiết bị được ưu tiên. Nó tạo ra điện áp đầu ra cố định không đổi đối với bất kỳ thay đổi nào trong điều kiện điện áp đầu vào hoặc tải. Nó hoạt động như một bộ đệm để bảo vệ các thành phần khỏi bị hư hỏng. A Bộ điều chỉnh điện áp là một thiết bị có thiết kế chuyển tiếp đơn giản và nó sử dụng các vòng điều khiển phản hồi tiêu cực.

Bộ điều chỉnh điện áp

Chủ yếu có hai loại bộ điều chỉnh điện áp: Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính và bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch, chúng được sử dụng trong các ứng dụng rộng rãi hơn. Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính là loại bộ điều chỉnh điện áp dễ nhất. Nó có hai loại, loại nhỏ gọn và được sử dụng trong hệ thống công suất thấp, điện áp thấp. Hãy để chúng tôi thảo luận về các loại điều chỉnh điện áp.

Các các thành phần chính được sử dụng trong bộ điều chỉnh điện áp Chúng tôi

Mạch phản hồi
Điện áp tham chiếu ổn định
Mạch điều khiển phần tử vượt qua

Quá trình điều chỉnh điện áp rất dễ dàng bằng cách sử dụng ba các thành phần . Thành phần đầu tiên của bộ điều chỉnh điện áp giống như mạch phản hồi được sử dụng để phát hiện những thay đổi trong đầu ra điện áp DC. Dựa trên điện áp tham chiếu cũng như phản hồi, một tín hiệu điều khiển có thể được tạo ra và thúc đẩy Phần tử vượt qua thực hiện các thay đổi.

Ở đây, phần tử vượt qua là một loại trạng thái rắn thiết bị bán dẫn tương tự như bóng bán dẫn BJT, PN-Junction Diode nếu không thì là MOSFET. Bây giờ, điện áp đầu ra DC có thể được duy trì ở mức ổn định.

Làm việc của bộ điều chỉnh điện áp

Mạch điều chỉnh điện áp được sử dụng để tạo cũng như duy trì điện áp đầu ra cố định ngay cả khi điện áp đầu vào thay đổi điều kiện tải. Bộ điều chỉnh điện áp nhận điện áp từ nguồn điện và nó có thể được duy trì trong một phạm vi phù hợp với phần còn lại thành phần điện tử . Thông thường nhất, các bộ điều chỉnh này được sử dụng để chuyển đổi nguồn DC / DC, AC / AC nếu không AC / DC.

Các loại bộ điều chỉnh điện áp và cách làm việc của chúng

Các quy định này có thể được thực hiện thông qua mạch tích hợp hoặc các mạch thành phần rời rạc. Bộ điều chỉnh điện áp được phân thành hai loại cụ thể là bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính và bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch. Các bộ điều chỉnh này chủ yếu được sử dụng để điều chỉnh điện áp của hệ thống, tuy nhiên, bộ điều chỉnh tuyến tính hoạt động với hiệu suất thấp cũng như bộ điều chỉnh chuyển mạch hoạt động với hiệu suất cao. Trong bộ điều chỉnh chuyển mạch có hiệu suất cao, hầu hết công suất i / p có thể được truyền tới o / p mà không bị tiêu tán.

Các loại bộ điều chỉnh điện áp

Về cơ bản, có hai loại Bộ điều chỉnh điện áp: Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính và Bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch.

Có hai loại bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính: Dòng và Shunt.
Có ba loại bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch: Bộ điều chỉnh điện áp bậc lên, bậc xuống và bộ điều chỉnh điện áp biến tần.

Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính

Bộ điều chỉnh tuyến tính hoạt động như một bộ phân áp. Trong vùng Ohmic, nó sử dụng FET. Điện trở của bộ điều chỉnh điện áp thay đổi theo tải dẫn đến điện áp đầu ra không đổi. Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính là loại bộ điều chỉnh ban đầu được sử dụng để điều chỉnh nguồn cung cấp điện. Trong loại bộ điều chỉnh này, độ dẫn thay đổi của phần tử truyền hoạt động như MOSFET hoặc BJT có trách nhiệm thay đổi điện áp đầu ra.

Một khi tải liên kết với nhau, những thay đổi trong bất kỳ đầu vào nào nếu không tải sẽ dẫn đến sự khác biệt về dòng điện trong suốt bóng bán dẫn để duy trì đầu ra là không đổi. Để thay đổi dòng điện của bóng bán dẫn, nó phải được làm việc trong một vùng Ohmic hoạt động khác.

Trong suốt quy trình này, loại bộ điều chỉnh này tiêu hao rất nhiều điện năng vì điện áp ròng bị giảm trong bóng bán dẫn để tản nhiệt như nhiệt. Nói chung, các cơ quan quản lý này được phân loại thành các loại khác nhau.

Điều chỉnh tích cực
Có thể điều chỉnh tiêu cực
Đầu ra cố định
Theo dõi
Nổi

Ưu điểm

Các ưu điểm của bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính bao gồm những điều sau đây.

Cung cấp điện áp gợn sóng đầu ra thấp
Thời gian phản hồi nhanh để tải hoặc thay đổi dòng
Nhiễu điện từ thấp và ít tiếng ồn hơn

Nhược điểm

Các nhược điểm của bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính bao gồm những điều sau đây.

Hiệu quả rất thấp
Yêu cầu không gian lớn - cần tản nhiệt
Không thể tăng điện áp trên đầu vào

Bộ điều chỉnh điện áp dòng

Bộ điều chỉnh điện áp nối tiếp sử dụng phần tử biến thiên đặt nối tiếp với tải. Bằng cách thay đổi điện trở của phần tử nối tiếp đó, điện áp rơi trên nó có thể được thay đổi. Và, điện áp trên tải không đổi.

Lượng dòng điện kéo ra được sử dụng hiệu quả bởi tải, đây là ưu điểm chính của bộ điều chỉnh điện áp loạt . Ngay cả khi tải không yêu cầu bất kỳ dòng điện nào, bộ điều chỉnh loạt không tạo ra dòng điện đầy đủ. Do đó, bộ điều chỉnh nối tiếp hiệu quả hơn đáng kể so với bộ điều chỉnh điện áp shunt.

Bộ điều chỉnh điện áp Shunt

Một shunt bộ điều chỉnh điện áp hoạt động bằng cách cung cấp một đường dẫn từ điện áp cung cấp đến đất thông qua một điện trở thay đổi. Dòng điện qua bộ điều chỉnh shunt đã chuyển hướng ra khỏi tải và chảy xuống đất một cách vô ích, làm cho dạng này thường kém hiệu quả hơn bộ điều chỉnh nối tiếp. Tuy nhiên, nó đơn giản hơn, đôi khi chỉ bao gồm một diode tham chiếu điện áp và được sử dụng trong các mạch công suất rất thấp, trong đó dòng điện lãng phí quá nhỏ nên không cần quan tâm. Dạng này rất phổ biến đối với các mạch tham chiếu điện áp. Một bộ điều chỉnh shunt thường chỉ có thể làm chìm (hấp thụ) dòng điện.

Các ứng dụng của Shunt Regulators

“ưu nhược điểm của công nghệ nano ”

Bộ điều chỉnh Shunt được sử dụng trong:

Nguồn cung cấp điện chuyển mạch điện áp đầu ra thấp
Nguồn hiện tại và mạch bồn rửa
Bộ khuếch đại lỗi
Điện áp điều chỉnh hoặc tuyến tính hiện tại và chuyển mạch Nguồn điện
Giám sát điện áp
Mạch tương tự và mạch kỹ thuật số yêu cầu tham chiếu chính xác
Bộ giới hạn dòng điện chính xác

Bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch

Bộ điều chỉnh chuyển mạch nhanh chóng bật và tắt thiết bị nối tiếp. Chu kỳ làm việc của công tắc đặt lượng điện tích được chuyển sang tải. Điều này được điều khiển bởi một cơ chế phản hồi tương tự như của một bộ điều chỉnh tuyến tính. Bộ điều chỉnh chuyển mạch hoạt động hiệu quả vì phần tử nối tiếp đang dẫn hoàn toàn hoặc bị tắt vì nó hầu như không tiêu tán điện năng. Bộ điều chỉnh chuyển mạch có thể tạo ra điện áp đầu ra cao hơn điện áp đầu vào hoặc ngược cực tính, không giống như bộ điều chỉnh tuyến tính.

Bộ điều chỉnh điện áp chuyển đổi bật và tắt nhanh chóng để thay đổi đầu ra. Nó yêu cầu một bộ dao động điều khiển và cũng tính phí các thành phần lưu trữ.

Trong một bộ điều chỉnh chuyển mạch với Điều chế tốc độ xung thay đổi tần số, chu kỳ nhiệm vụ không đổi và phổ nhiễu do PRM áp đặt thay đổi, rất khó để lọc ra nhiễu đó.

Một bộ điều chỉnh chuyển mạch với Điều chế độ rộng xung , tần số không đổi, chu kỳ nhiệm vụ thay đổi, hiệu quả và dễ lọc tiếng ồn.
Trong bộ điều chỉnh chuyển mạch, dòng điện chế độ liên tục qua cuộn cảm không bao giờ giảm xuống không. Nó cho phép công suất đầu ra cao nhất. Nó mang lại hiệu suất tốt hơn.

Trong bộ điều chỉnh chuyển mạch, dòng điện chế độ không liên tục qua cuộn cảm giảm xuống không. Nó cho hiệu suất tốt hơn khi dòng ra thấp.

Chuyển đổi cấu trúc liên kết

Nó có hai loại cấu trúc liên kết: Cách ly điện môi và Không cách ly.

Bị cô lập

Nó dựa trên bức xạ và môi trường cường độ cao. Một lần nữa, các bộ chuyển đổi cô lập được phân loại thành hai loại bao gồm các loại sau.

Bộ chuyển đổi Flyback
Chuyển tiếp chuyển đổi

Trong các bộ chuyển đổi được liệt kê ở trên được thảo luận trong chủ đề cung cấp điện chế độ chuyển mạch.

Non –Isolation

Nó dựa trên những thay đổi nhỏ trong Vout / Vin. Ví dụ như bộ điều chỉnh điện áp Step Up (Tăng cường) - Tăng điện áp đầu vào Bước xuống (Buck) - giảm điện áp đầu vào Bước lên / Bước xuống (tăng / giảm) Bộ điều chỉnh điện áp - Giảm hoặc tăng hoặc đảo ngược điện áp đầu vào tùy thuộc vào bộ điều khiển Bơm sạc - Nó cung cấp nhiều đầu vào mà không cần sử dụng cuộn cảm.

Một lần nữa, các bộ chuyển đổi không bị cô lập được phân loại thành các loại khác nhau, tuy nhiên loại quan trọng là

Bộ chuyển đổi Buck hoặc Bộ điều chỉnh điện áp từng bước
Bộ chuyển đổi Boost hoặc Bộ điều chỉnh điện áp từng bước
Công cụ chuyển đổi Buck hoặc Boost

Ưu điểm của cấu trúc liên kết chuyển đổi

Những ưu điểm chính của nguồn điện chuyển mạch là hiệu quả, kích thước và trọng lượng. Nó cũng là một thiết kế phức tạp hơn, có khả năng xử lý hiệu suất điện năng cao hơn. Bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch có thể cung cấp đầu ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn hoặc đảo ngược điện áp đầu vào.

Nhược điểm cấu trúc liên kết chuyển đổi

Điện áp gợn đầu ra cao hơn
Thời gian phục hồi thoáng qua chậm hơn
EMI tạo ra đầu ra rất ồn
Rất đắt

Bộ chuyển đổi công tắc bậc thang còn được gọi là bộ điều chỉnh chuyển mạch tăng cường, cung cấp đầu ra điện áp cao hơn bằng cách tăng điện áp đầu vào. Điện áp đầu ra được điều chỉnh, miễn là nguồn được rút ra nằm trong thông số công suất đầu ra của mạch. Đối với dây dẫn động của đèn LED, bộ điều chỉnh điện áp Step up Switching được sử dụng.

Nâng cấp bộ điều chỉnh điện áp

Giả sử mạch không tổn hao Pin = Pout (công suất đầu vào và đầu ra giống nhau)

Sau đó V_trongTôi_trong= V_ngoàiTôi_ngoài,

Tôi_ngoài/ TÔI_trong= (1-D)

Từ đó suy ra rằng trong mạch này

Quyền hạn vẫn như cũ
Tăng điện áp
Hiện tại giảm
Tương đương với máy biến áp DC

Bộ điều chỉnh điện áp Step Down (Buck)

Nó làm giảm điện áp đầu vào.

Bước xuống Bộ điều chỉnh điện áp

Nếu công suất đầu vào bằng công suất đầu ra, thì

P_trong= P_ngoàiV_trongTôi_trong= V_ngoàiTôi_ngoài,

Tôi_ngoài/ TÔI_trong= V_trong/ V_ngoài= 1 / D

“bộ điều chỉnh điện áp biến đổi hiện tại cao ”

Bộ chuyển đổi bước xuống tương đương với máy biến áp một chiều, trong đó tỷ lệ vòng dây nằm trong khoảng 0-1.

Bước lên / Bước xuống (Tăng / Tăng)

Nó còn được gọi là Biến tần điện áp. Bằng cách sử dụng cấu hình này, có thể nâng cao, hạ thấp hoặc đảo ngược điện áp theo yêu cầu.

Điện áp đầu ra có cực tính ngược lại với đầu vào.
Điều này đạt được nhờ diode phân cực ngược phân cực thuận VL trong thời gian tắt, tạo ra dòng điện và sạc tụ điện để tạo điện áp trong thời gian tắt
Bằng cách sử dụng loại bộ điều chỉnh chuyển mạch này, có thể đạt được 90% hiệu suất.

Bộ điều chỉnh điện áp bước lên / bước xuống

Bộ điều chỉnh điện áp máy phát điện

Máy phát điện tạo ra dòng điện cần thiết để đáp ứng nhu cầu điện của xe khi động cơ chạy. Nó cũng bổ sung năng lượng được sử dụng để khởi động xe. Máy phát điện xoay chiều có khả năng tạo ra nhiều dòng điện hơn ở tốc độ thấp hơn so với máy phát điện một chiều từng được hầu hết các phương tiện sử dụng. Máy phát điện có hai phần

Bộ điều chỉnh điện áp máy phát điện

Stator - Đây là thành phần đứng yên, không chuyển động. Nó chứa một tập hợp các dây dẫn điện quấn thành cuộn trên lõi sắt.
Rotor / Phần ứng - Đây là thành phần chuyển động tạo ra từ trường quay bởi bất kỳ ai trong ba cách sau: (i) cảm ứng (ii) nam châm vĩnh cửu (iii) dùng máy kích từ.

Bộ điều chỉnh điện áp điện tử

Một bộ điều chỉnh điện áp đơn giản có thể được chế tạo từ một điện trở mắc nối tiếp với một điốt (hoặc nối tiếp điốt). Do hình dạng logarit của các đường cong V-I của diode, điện áp trên diode chỉ thay đổi một chút do sự thay đổi của dòng điện được vẽ hoặc thay đổi ở đầu vào. Khi điều khiển điện áp chính xác và hiệu quả không quan trọng, thiết kế này có thể hoạt động tốt.

Bộ điều chỉnh điện áp điện tử

Bộ điều chỉnh điện áp bóng bán dẫn

Bộ điều chỉnh điện áp điện tử có nguồn tham chiếu điện áp ổn định được cung cấp bởi Điốt Zener , còn được gọi là diode hoạt động điện áp đánh thủng ngược. Nó duy trì một điện áp đầu ra DC không đổi. Điện áp gợn sóng AC bị chặn, nhưng không thể chặn bộ lọc. Bộ điều chỉnh điện áp cũng có một mạch phụ để bảo vệ ngắn mạch, và mạch hạn chế dòng điện, bảo vệ quá áp và ngắt nhiệt.

Các thông số cơ bản của bộ điều chỉnh điện áp

Các thông số cơ bản cần xem xét khi vận hành bộ điều chỉnh điện áp chủ yếu bao gồm điện áp i / p, điện áp o / p cũng như dòng điện o / p. Nói chung, tất cả các thông số này chủ yếu được sử dụng để xác định loại VR cấu trúc liên kết phù hợp hay không với IC của người dùng.
Các thông số khác của bộ điều chỉnh này là tần số chuyển đổi, điện trở phản hồi điện áp phản hồi dòng điện tĩnh có thể được áp dụng dựa trên yêu cầu
Dòng điện tĩnh là đáng kể khi hiệu quả trong suốt chế độ chờ hoặc tải nhẹ là mối quan tâm chính.
Khi tần số chuyển mạch được coi là một tham số, việc khai thác tần số chuyển mạch có thể dẫn đến các giải pháp của một hệ thống nhỏ. Ngoài ra, điện trở nhiệt có thể gây nguy hiểm khi thoát nhiệt khỏi thiết bị cũng như phân tán nhiệt ra khỏi hệ thống.
Nếu bộ điều khiển có MOSFET, sau đó tất cả các chất dẫn điện cũng như động lỗ vốn sẽ bị tiêu tan trong gói và phải được xem xét sau khi đo nhiệt độ tối đa của bộ điều chỉnh.
Thông số quan trọng nhất là điện áp phản hồi vì nó quyết định điện áp o / p ít hơn mà IC có thể giữ. Điều này hạn chế điện áp o / p ít hơn và độ chính xác sẽ ảnh hưởng đến việc điều chỉnh điện áp đầu ra.

Làm thế nào để chọn đúng bộ điều chỉnh điện áp?

Các thông số chính đóng vai trò quan trọng trong khi lựa chọn bộ điều chỉnh điện áp của nhà thiết kế như Vin, Vout, Iout, ưu tiên hệ thống, v.v. Một số tính năng chính phụ như cho phép điều khiển hoặc chỉ báo nguồn tốt.
Khi nhà thiết kế đã mô tả những nhu cầu cần thiết này, sau đó sử dụng bảng tìm kiếm tham số để khám phá bộ máy tốt nhất đáp ứng những nhu cầu cần thiết được ưu tiên.
Đối với các nhà thiết kế, bảng này rất có giá trị vì nó cung cấp một số tính năng cũng như các gói có thể đạt được để đáp ứng các thông số cần thiết cho yêu cầu của một nhà thiết kế.
Các thiết bị của MPS có sẵn bảng dữ liệu mô tả chi tiết các bộ phận bên ngoài cần thiết, cách đo giá trị của chúng để có được thiết kế ổn định, hiệu quả với hiệu suất cao.
Biểu dữ liệu này chủ yếu giúp đo các giá trị của các thành phần như điện dung của đầu ra, điện trở phản hồi, điện cảm o / p, v.v.
Ngoài ra, bạn có thể sử dụng một số công cụ mô phỏng như phần mềm MPSmart / DC / DC Designer, v.v. MPS cung cấp các bộ điều chỉnh điện áp khác nhau với tuyến tính nhỏ gọn, nhiều loại chuyển đổi & hiệu quả như dòng MP171x, dòng HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056 và MPQ2013-AEC1.

Hạn chế / Hạn chế

Những hạn chế của bộ điều chỉnh điện áp bao gồm những điều sau đây.

Một trong những hạn chế chính của bộ điều chỉnh điện áp là chúng không hiệu quả do sự tiêu tán dòng điện lớn trong một số ứng dụng
Sự sụt giảm điện áp của IC này tương tự như một điện trở sụt áp. Ví dụ, khi đầu vào của bộ điều chỉnh điện áp là 5V & tạo ra đầu ra như 3V thì điện áp giảm giữa hai đầu cuối là 2V.
Hiệu quả của bộ điều chỉnh có thể được giới hạn ở 3V hoặc 5V, có nghĩa là các bộ điều chỉnh này có thể áp dụng với ít chênh lệch Vin / Vout hơn.
Trong bất kỳ ứng dụng nào, điều rất quan trọng là phải xem xét mức tiêu hao công suất dự kiến cho bộ điều chỉnh, bởi vì khi điện áp đầu vào cao thì mức tiêu hao công suất sẽ cao, có thể làm hỏng các thành phần khác nhau do quá nhiệt.
Một hạn chế khác là chúng chỉ đơn giản là có khả năng chuyển đổi buck so với các loại chuyển đổi vì những bộ điều chỉnh này sẽ cung cấp buck và chuyển đổi.
Các bộ điều chỉnh như loại chuyển mạch có hiệu quả cao tuy nhiên chúng có một số nhược điểm như hiệu quả về chi phí so với bộ điều chỉnh loại tuyến tính, phức tạp hơn, kích thước lớn và có thể tạo ra nhiều tiếng ồn hơn nếu các thành phần bên ngoài của chúng không được lựa chọn cẩn thận.

Đây là tất cả về các loại bộ điều chỉnh điện áp và nguyên lý hoạt động của chúng. Chúng tôi tin rằng thông tin được đưa ra trong bài viết này là hữu ích để bạn hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, đối với bất kỳ truy vấn nào liên quan đến bài viết này hoặc bất kỳ trợ giúp nào trong việc triển khai dự án điện và điện tử , bạn có thể tiếp cận với chúng tôi bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn - Chúng ta sẽ sử dụng bộ điều chỉnh điện áp máy phát điện ở đâu?