Berbagai Jenis Regulator Tegangan dengan Prinsip Kerja

Coba Instrumen Kami Untuk Menghilangkan Masalah





Dalam catu daya, pengatur tegangan memainkan peran kunci. Jadi sebelum membahas a regulator tegangan , kita harus tahu bahwa apa peran power supply saat merancang sebuah sistem ?. Misalnya, dalam sistem kerja apa pun seperti smartphone, jam tangan, komputer, atau laptop, catu daya adalah bagian penting untuk menjalankan sistem burung hantu, karena menyediakan pasokan yang konsisten, andal, dan berkelanjutan ke komponen di dalam sistem. Pada perangkat elektronik, catu daya memberikan daya yang stabil dan diatur untuk menjalankan sirkuit dengan benar. Sumber catu daya ada dua jenis seperti catu daya AC yang didapat dari stopkontak dan catu daya DC yang didapat dari baterai. Jadi, artikel ini membahas gambaran umum tentang berbagai jenis regulator tegangan dan cara kerjanya.

Apa itu Regulator Tegangan?

Pengatur tegangan digunakan untuk mengatur level tegangan. Ketika tegangan yang stabil dan andal dibutuhkan, maka pengatur tegangan adalah perangkat yang disukai. Ini menghasilkan tegangan keluaran tetap yang tetap konstan untuk setiap perubahan tegangan masukan atau kondisi beban. Ini bertindak sebagai penyangga untuk melindungi komponen dari kerusakan. SEBUAH regulator tegangan adalah perangkat dengan desain umpan-maju sederhana dan menggunakan loop kontrol umpan balik negatif.




Regulator tegangan

Regulator tegangan

Terutama ada dua jenis regulator tegangan: Regulator tegangan linier dan regulator tegangan switching digunakan dalam aplikasi yang lebih luas. Pengatur tegangan linier adalah jenis pengatur tegangan yang paling mudah. Ini tersedia dalam dua jenis, yang kompak dan digunakan dalam daya rendah, sistem tegangan rendah. Mari kita bahas berbagai jenis regulator tegangan.



Itu komponen utama yang digunakan dalam pengatur tegangan adalah

  • Sirkuit Umpan Balik
  • Tegangan Referensi Stabil
  • Lulus Sirkuit Kontrol Elemen

Proses pengaturan tegangan sangat mudah dengan menggunakan ketiga di atas komponen . Komponen pertama dari pengatur tegangan seperti rangkaian umpan balik digunakan untuk mendeteksi perubahan dalam keluaran tegangan DC. Berdasarkan tegangan referensi serta umpan balik, sinyal kontrol dapat dihasilkan dan menggerakkan Elemen Pass untuk membayar perubahan.

Di sini, elemen pass adalah salah satu jenis solid-state perangkat semikonduktor mirip dengan transistor BJT, PN-Junction Diode atau MOSFET. Sekarang, tegangan keluaran DC dapat dijaga agar mendekati stabil.


Cara Kerja Regulator Tegangan

Rangkaian pengatur tegangan digunakan untuk membuat serta mempertahankan tegangan keluaran permanen bahkan ketika tegangan masukan jika kondisi beban berubah. Pengatur tegangan mendapatkan tegangan dari catu daya dan dapat dipertahankan dalam kisaran yang sesuai dengan sisanya komponen listrik . Paling umum regulator ini digunakan untuk mengubah daya DC / DC, AC / AC atau AC / DC.

Jenis Regulator Tegangan dan Cara Kerjanya

Regulator ini dapat diimplementasikan melalui sirkuit terintegrasi atau sirkuit komponen diskrit. Regulator tegangan diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu regulator tegangan linier & regulator tegangan switching. Regulator ini terutama digunakan untuk mengatur tegangan suatu sistem, namun regulator linier bekerja dengan efisiensi rendah serta regulator switching yang bekerja melalui efisiensi tinggi. Dalam regulator switching dengan efisiensi tinggi, sebagian besar daya i / p dapat disalurkan ke output daya tanpa disipasi.

Jenis Regulator Tegangan

Jenis Regulator Tegangan

Pada dasarnya terdapat dua jenis regulator tegangan: Regulator tegangan linier dan regulator tegangan switching.

  • Ada dua jenis regulator tegangan Linear: Seri dan Shunt.
  • Ada tiga jenis pengatur tegangan Switching: Pengatur tegangan step up, Step down, dan Inverter.

Regulator Tegangan Linear

Regulator Linear bertindak sebagai pembagi tegangan. Di wilayah Ohmic, ini menggunakan FET. Hambatan dari pengatur tegangan bervariasi dengan beban sehingga menghasilkan tegangan keluaran yang konstan. Regulator tegangan linier adalah jenis regulator asli yang digunakan untuk mengatur catu daya. Dalam regulator semacam ini, konduktivitas variabel dari elemen jalur aktif seperti a MOSFET atau BJT bertanggung jawab untuk mengubah tegangan keluaran.

Setelah beban digabungkan, perubahan pada input apa pun jika tidak beban akan mengakibatkan perbedaan arus di seluruh transistor untuk menjaga output tetap konstan. Untuk mengubah arus transistor, itu harus bekerja di wilayah aktif jika tidak Ohmic.

Sepanjang prosedur ini, regulator semacam ini menghilangkan banyak daya karena tegangan bersih dijatuhkan di dalam transistor untuk menghilang seperti panas. Secara umum, regulator ini dikategorikan ke dalam kategori berbeda.

  • Dapat disesuaikan positif
  • Dapat Disesuaikan Negatif
  • Output Tetap
  • Pelacakan
  • Mengambang

Keuntungan

Itu keuntungan dari regulator tegangan linier termasuk yang berikut ini.

  • Memberikan tegangan riak keluaran rendah
  • Waktu respons cepat untuk memuat atau pergantian jalur
  • Gangguan elektromagnetik rendah dan lebih sedikit kebisingan

Kekurangan

Itu kelemahan dari regulator tegangan linier termasuk yang berikut ini.

  • Efisiensi sangat rendah
  • Membutuhkan ruang yang besar - dibutuhkan heatsink
  • Tegangan di atas input tidak dapat dinaikkan

Regulator Tegangan Seri

Regulator tegangan seri menggunakan elemen variabel yang ditempatkan secara seri dengan beban. Dengan mengubah resistansi elemen seri tersebut, tegangan yang turun melewatinya dapat diubah. Dan, tegangan yang melintasi beban tetap konstan.

Jumlah arus yang ditarik secara efektif digunakan oleh beban ini adalah keuntungan utama dari regulator tegangan seri . Sekalipun beban tidak memerlukan arus apapun, regulator seri tidak menarik arus penuh. Oleh karena itu, regulator seri jauh lebih efisien daripada regulator tegangan shunt.

Regulator Tegangan Shunt

Sebuah shunt regulator tegangan bekerja dengan menyediakan jalur dari tegangan suplai ke ground melalui resistansi variabel. Arus yang melalui regulator shunt telah dialihkan dari beban dan mengalir ke tanah secara sia-sia, membuat bentuk ini biasanya kurang efisien daripada regulator seri. Namun, ini lebih sederhana, kadang-kadang hanya terdiri dari dioda referensi tegangan, dan digunakan di sirkuit bertenaga sangat rendah di mana arus yang terbuang terlalu kecil untuk menjadi perhatian. Bentuk ini sangat umum untuk rangkaian referensi tegangan. Regulator shunt biasanya hanya dapat menenggelamkan (menyerap) arus.

Aplikasi Regulator Shunt

Regulator shunt digunakan di:

  • Catu Daya Pengalih Tegangan Output Rendah
  • Sumber Arus dan Sirkuit Tenggelam
  • Penguat Kesalahan
  • Tegangan Disesuaikan atau Arus Linear dan Switching Catu Daya
  • Pemantauan Tegangan
  • Rangkaian Analog dan Digital yang membutuhkan referensi presisi
  • Pembatas arus presisi

Pengatur Tegangan Switching

Pengatur switching dengan cepat mengaktifkan dan menonaktifkan perangkat seri. Siklus kerja sakelar menetapkan jumlah muatan yang ditransfer ke beban. Ini dikendalikan oleh mekanisme umpan balik yang mirip dengan regulator linier. Regulator sakelar efisien karena elemen seri sepenuhnya terkonduksi atau dimatikan karena hampir tidak ada daya yang hilang. Regulator switching dapat menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dari tegangan masukan atau polaritas yang berlawanan, tidak seperti regulator linier.

Pengatur tegangan switching menyala dan mati dengan cepat untuk mengubah output. Ini membutuhkan osilator kontrol dan juga mengisi komponen penyimpanan.

Dalam regulator switching dengan frekuensi Modulasi Pulse Rate yang bervariasi, siklus kerja konstan dan spektrum kebisingan yang dikenakan oleh variasi PRM, lebih sulit untuk menyaring kebisingan itu.

Sebuah regulator switching dengan Modulasi Lebar Pulsa , frekuensi konstan, siklus kerja yang bervariasi, efisien dan mudah untuk menyaring kebisingan.
Dalam regulator switching, arus mode kontinu melalui induktor tidak pernah turun ke nol. Ini memungkinkan daya keluaran tertinggi. Ini memberikan kinerja yang lebih baik.

Dalam regulator switching, arus mode diskontinyu melalui induktor turun menjadi nol. Ini memberikan kinerja yang lebih baik ketika arus keluaran rendah.

Mengalihkan Topologi

Ini memiliki dua jenis topologi: Isolasi dielektrik dan Non-isolasi.

Terpencil

Ini didasarkan pada radiasi dan lingkungan yang intens. Sekali lagi, konverter terisolasi diklasifikasikan menjadi dua jenis yang meliputi berikut ini.

  • Pengonversi Flyback
  • Pengonversi Maju

Dalam konverter terisolasi yang tercantum di atas dibahas dalam topik catu daya mode-sakelar.

Non –Isolation

Ini didasarkan pada perubahan kecil di Vout / Vin. Contohnya adalah pengatur tegangan Step Up (Boost) - Menaikkan tegangan input Step Down (Buck) - menurunkan tegangan input Step up / Step Down (boost / buck) Pengatur tegangan - Menurunkan atau menaikkan atau membalikkan tegangan input tergantung pada pengontrol Pompa pengisian - Ini memberikan kelipatan input tanpa menggunakan induktor.

Sekali lagi, konverter non-terisolasi diklasifikasikan ke dalam jenis yang berbeda namun yang signifikan

  • Buck Converter atau Step-down Voltage Regulator
  • Boost Converter atau Step-up Voltage Regulator
  • Buck atau Boost Converter

Keuntungan dari Switching Topologi

Keuntungan utama dari catu daya switching adalah efisiensi, ukuran, dan berat. Ini juga merupakan desain yang lebih kompleks, yang mampu menangani efisiensi daya yang lebih tinggi. Pengatur tegangan switching dapat memberikan keluaran, yang lebih besar atau lebih kecil dari atau yang membalikkan tegangan masukan.

Kekurangan dari Switching Topologi

  • Tegangan riak keluaran lebih tinggi
  • Waktu pemulihan transien lebih lambat
  • EMI menghasilkan keluaran yang sangat bising
  • Sangat mahal

Step-up switching converter juga disebut boost switching regulator, yang memberikan keluaran tegangan yang lebih tinggi dengan menaikkan tegangan masukan. Tegangan keluaran diatur, selama daya yang ditarik berada dalam spesifikasi daya keluaran rangkaian. Untuk menggerakkan string LED, pengatur tegangan Switching Step up digunakan.

Step Up Voltage Regulator

Step Up Voltage Regulator

Asumsikan sirkuit Lossless Pin = Pout (daya input dan output sama)

Kemudian Vdisayadi= Vdi luarsayadi luar,

sayadi luar/ Idi= (1-D)

Dari sini, disimpulkan bahwa di sirkuit ini

  • Kekuatan tetap sama
  • Tegangan meningkat
  • Arus menurun
  • Setara dengan trafo DC

Pengatur Tegangan Step Down (Buck)

Ini menurunkan tegangan input.

Pengatur Tegangan Turun

Pengatur Tegangan Turun

Jika daya masukan sama dengan daya keluaran, maka

P.di= Pdi luarV.disayadi= Vdi luarsayadi luar,

sayadi luar/ Idi= Vdi/ Vdi luar= 1 / D

Konverter step down ekuivalen dengan transformator DC dimana rasio lilitan berada pada kisaran 0-1.

Step Up / Step Down (Boost / Buck)

Ini juga disebut inverter Tegangan. Dengan menggunakan konfigurasi ini, dimungkinkan untuk menaikkan, menurunkan atau membalikkan tegangan sesuai kebutuhan.

  • Tegangan keluaran adalah kebalikan dari polaritas masukan.
  • Hal ini dicapai dengan VL forward-bias reverse-bias diode selama off kali, menghasilkan arus dan mengisi kapasitor untuk produksi tegangan selama off kali
  • Dengan menggunakan regulator switching jenis ini, efisiensi 90% dapat dicapai.
Pengatur Tegangan Step Up / Step Down

Pengatur Tegangan Step Up / Step Down

Regulator Tegangan Alternator

Alternator menghasilkan arus yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan listrik kendaraan saat mesin menyala. Ini juga mengisi kembali energi yang digunakan untuk menyalakan kendaraan. Sebuah alternator memiliki kemampuan untuk menghasilkan lebih banyak arus pada kecepatan yang lebih rendah daripada generator DC yang pernah digunakan oleh sebagian besar kendaraan. Alternator memiliki dua bagian

Regulator Tegangan Alternator

Regulator Tegangan Alternator

Stator - Ini adalah komponen stasioner, yang tidak bergerak. Ini berisi satu set konduktor listrik yang dililitkan di atas inti besi.
Rotor / Angker - Ini adalah komponen bergerak yang menghasilkan medan magnet berputar oleh salah satu dari tiga cara berikut: (i) induksi (ii) magnet permanen (iii) menggunakan exciter.

Regulator Tegangan Elektronik

Pengatur tegangan sederhana dapat dibuat dari resistor secara seri dengan dioda (atau rangkaian dioda). Karena bentuk logaritmik kurva V-I dioda, tegangan melintasi dioda hanya sedikit berubah karena perubahan arus yang ditarik atau perubahan input. Ketika kontrol voltase yang tepat dan efisiensi tidak penting, desain ini mungkin berfungsi dengan baik.

Regulator Tegangan Elektronik

Regulator Tegangan Elektronik

Regulator Tegangan Transistor

Regulator tegangan elektronik memiliki sumber referensi tegangan astabil yang disediakan oleh Dioda zener , Yang juga dikenal sebagai dioda operasi tegangan breakdown terbalik. Ini mempertahankan tegangan output DC konstan. Tegangan riak AC diblokir, tetapi filter tidak dapat diblokir. Pengatur tegangan juga memiliki sirkuit tambahan untuk proteksi hubung singkat, dan rangkaian pembatas arus, proteksi tegangan berlebih, dan penghentian panas.

Parameter Dasar Regulator Tegangan

  • Parameter dasar yang perlu dipertimbangkan saat mengoperasikan regulator tegangan terutama mencakup tegangan i / p, tegangan output daya, serta arus output daya. Umumnya, semua parameter ini terutama digunakan untuk menentukan jenis VR topologi cocok atau tidak dengan IC pengguna.
  • Parameter lain dari regulator ini adalah frekuensi switching, tegangan umpan balik arus diam resistansi termal dapat diterapkan berdasarkan kebutuhan
  • Arus diam menjadi signifikan setelah efisiensi selama mode siaga atau beban ringan menjadi perhatian utama.
  • Setelah frekuensi switching dianggap sebagai parameter, memanfaatkan frekuensi switching dapat menghasilkan solusi untuk sistem kecil. Selain itu, ketahanan termal bisa berbahaya untuk menghilangkan panas dari perangkat serta melarutkan panas dari sistem.
  • Jika pengontrol memiliki MOSFET, maka semua konduktif dan dinamis kerugian akan hilang dalam kemasan & harus dipertimbangkan setelah mengukur suhu maksimum dari regulator.
  • Parameter yang paling penting adalah tegangan umpan balik karena menentukan tegangan output daya yang lebih kecil yang dapat ditahan IC. Ini membatasi tegangan output daya yang lebih kecil dan keakuratannya akan memengaruhi regulasi tegangan output.

Bagaimana Cara Memilih Regulator Tegangan yang Benar?

  • Parameter kunci memainkan peran kunci saat memilih pengatur tegangan oleh perancang seperti Vin, Vout, Iout, prioritas sistem, dll. Beberapa fitur kunci tambahan seperti mengaktifkan kontrol atau indikasi daya yang baik.
  • Ketika perancang telah mendeskripsikan kebutuhan ini, gunakan tabel pencarian parametrik untuk menemukan peralatan terbaik untuk memenuhi kebutuhan yang diinginkan.
  • Untuk desainer, tabel ini sangat berharga karena menyediakan beberapa fitur serta paket yang dapat diperoleh untuk memenuhi parameter yang diperlukan untuk kebutuhan desainer.
  • Perangkat MPS tersedia dengan lembar datanya yang menjelaskan secara rinci bagian eksternal yang diperlukan, bagaimana mengukur nilainya untuk mendapatkan desain yang stabil dan efisien dengan kinerja tinggi.
  • Lembar data ini terutama membantu dalam mengukur nilai komponen seperti kapasitansi keluaran, resistansi umpan balik, induktansi output daya, dll.
  • Selain itu, Anda dapat menggunakan beberapa alat simulasi seperti perangkat lunak MPSmart / Desainer DC / DC, dll. MPS menyediakan regulator tegangan yang berbeda dengan linier yang ringkas, berbagai tipe pengalih & efisien seperti keluarga MP171x, keluarga HF500-x, MPQ4572-AEC1 , MP28310, MP20056, dan MPQ2013-AEC1.

Batasan / Kerugian

Batasan regulator tegangan meliputi yang berikut ini.

  • Salah satu batasan utama regulator tegangan adalah tidak efisien karena disipasi arus besar dalam beberapa aplikasi
  • Penurunan tegangan IC ini mirip dengan a penghambat penurunan tegangan. Misalnya, ketika input dari regulator tegangan adalah 5V & menghasilkan output seperti 3V maka penurunan tegangan di antara kedua terminal adalah 2V.
  • Efisiensi regulator dapat dibatasi hingga 3V atau 5V, yang berarti regulator ini dapat diterapkan dengan perbedaan Vin / Vout yang lebih sedikit.
  • Dalam aplikasi apapun, sangat penting untuk mempertimbangkan disipasi daya yang diharapkan untuk suatu regulator, karena ketika tegangan masukan tinggi maka disipasi daya akan tinggi sehingga dapat merusak komponen yang berbeda karena panas berlebih.
  • Batasan lain adalah bahwa mereka hanya mampu melakukan konversi uang dibandingkan dengan jenis switching karena regulator ini akan menyediakan uang dan konversi.
  • Regulator seperti tipe switching sangat efisien namun mereka memiliki beberapa kekurangan seperti efektivitas biaya dibandingkan dengan regulator tipe linier, lebih kompleks, ukuran besar & dapat menghasilkan lebih banyak kebisingan jika komponen eksteriornya tidak dipilih dengan hati-hati.

Ini semua tentang berbagai jenis regulator tegangan dan prinsip kerjanya. Kami percaya bahwa informasi yang diberikan dalam artikel ini bermanfaat bagi Anda untuk lebih memahami konsep ini. Selanjutnya, untuk pertanyaan apa pun tentang artikel ini atau bantuan apa pun dalam penerapan proyek listrik dan elektronik , Anda dapat mendekati kami dengan berkomentar di bagian komentar di bawah. Berikut adalah pertanyaan untuk Anda - Di mana kita akan menggunakan regulator tegangan alternator?