آموزش, دانشنامه

رگولاتور چیست و چرا؟

رگولاتور

رگولاتور چیست؟


کلمه رگولاتور(regulator) برگرفته از فعل regulate به معنای تنظیم کردن هست.و خود واژه رگولاتور یعنی تنظیم کننده


رگولاتور ولتاژ چیست ؟


مداری است که با تغییر ولتاژ ورودی و تغییر جریان بار , ولتاژ دو سر بار را ثابت نگه میدارد.


چرا از رگولاتور استفاده میکنیم؟

در اکثر مدار ها و دستگاههای الکترونیکی , برای تامین توان مصرفی خود سیستم , به منابع تغذیه نیازمندیم.

منابع تغذیه ولتاژ dc مورد نیاز را, از برق شهر تهیه میکنند ,اما اگر جریان بار و یا ولتاژ برق شهر تغییر کند
ولتاژ خروجی منبع تغذیه نیز تغییر میکنند.
این اشکال در وسایل حساس مانند وسایل آزمایشگاهی و کامپیوتر باعث ایجاد خطا و یا خرابی میشود.
برای رفع این اشکال باید ولتاژ خروجی را تثبیت کتیم.رگولاتور های ولتاژ این کار را انجام میدهند

بلوک دیاگرام منبع تغذیه با ر گولاتور

نثبیت کننده ولتاژ

نثبیت کننده ولتاژ


انواع رگولاتور :
۱_رگولاتورهای خطی
۲-رگولاتورهای سویئچینگ
۳-رگولاتورهای الکترومیکانیکی

رگولاتورهای خطی خود به سه دسته تقسیم میشوند

رگولاتور‌های ولتاژ خروجی ثابت مثبت:
که خروجی ان‌ها یک عدد ثابت و غیر قابل تغییر + می‌باشد
که نام گذاری آن‌ها نیز به صورت ۷۸XX یا L۷۸XX یا M۷۸XX می‌باشد.۲ رقم سمت راست که به
صورت XX نشان داده شده نشان دهنده ولتاژ خروجی است. مثلاً ولتاژ خروجی رگولاتور ۷۸۰۵، ۵ ولت می‌باشد


رگولاتور‌های ولتاژ خروجی ثابت منفی:
که خروجی آن‌ها یک عدد ثابت منفی و غیر قابل تغییر
می‌باشد که نامگذاری ان‌ها به صورت ۷۹XX می‌باشد.


– رگولاتور‌های ولتاژ خروجی متغیر:
به وسیله این رگولاتور‌ها می‌توان ولتاژ خروجی را کنترل کرد.
معروف‌ترین و پر کاربردترین نوع خروجی + آن‌ها LM۳۱۷ و LM۱۳۸ و LM۳۳۸ و خروجی – آن‌ها LM۳۳۷ می‌باشد
. این قطعه برای ره اندازی نیاز به یک مدار جانبی مختصر دارد.


این رگولاتور‌ها ۳ پایه دارند:
۱- مثبت +(ورودی)
۲- خروجی
۳- زمین یا –
(قطب – منبع تغذیه را زمین نیز می‌گوییم (Gnd))

رگولاتور
رگولاتور

مزایا و معایب رگولاتورهای خطی


مزایاي رگولاتورهاي خطی عبارتند از:
– سادگی مدار (طراحی مدار بسیار ساده و با قطعات کمی، به راحتی پایدار می شود.)
– قابلیت تحمل بار زیاد، نویز ناچیز در خروجی و زمان پاسخ دهی بسیار کوتاه.
– براي توانهاي کمتر از ۱۰ وات، ارزانتر از مدارهاي مشابه سوییچینگ تمام می شود.


معایب رگولاتورهاي خطی عبارتند از :
– تنها به صورت رگولاتور کاهنده بکار می رود (ورودي باید حداقل ۲ تا ۳ ولت بیشتر از خروجی باشد)
– قابلیت انعطاف کم ( افزودن هر خروجی به مدار مستلزم اضافه کردن قطعات اضافی است.)
– بهره کم (در حدود ۳۰ % تا ۴۰ % می باشد.) این تلفات توان در ترانزیستور خروجی تولید حرارت
می نماید و نیاز به ترانزیستور قویتري تا حدود ۱۵ وات می باشد، روش هاي معمول مفید است،
ولی بیش از آن نیاز به سرمایش تحت فشار می باشد.
– راندمان مدار هنگامی خوب است که مقدار ولتاژ خروجی، به ولتاژ ورودي نزدیک باشد

!نکته :
یک رگولاتور خطی با تلف کردن توان اضافی به شکل حرارت
قادر است ولتاژ یا جریان خروجی را تنظیم کند
بنابراین حداکثر بازده توان آن برابر است با نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی

این مطلب جهت یادگیری بهتر و سریع‌تر ان به صورت ویدیویی نیز ارائه شده است.

رگولاتورهای سوئچینگ:
مهمترین مزیت یک منبع تغذیه سوییچینگ بازده بالای آن است.
از آنجایی که ترانزیستور سوییچینگ
فقط در ناحیه قطع و اشباع کار می‌کند
(در حالت قطع جریان عبوری از آن ناچیز بوده و در حالت اشباع
هم افت ولتاژ روی آن کم است)
بنابراین توان مصرفی آن ناچیز است که این سبب
بالا رفتن بازده منبع تغذیه می‌گردد.
سایر مزایای آن عبارتند از حجم و وزن کمتر
(به دلیل حذف ترانسفورماتور فرکانس پایین که وزن بالایی دارد)
و گرمای ایجاد شده کمتر
(به دلیل بازده بالاتر). معایب آن عبارتند از پیچیدگی زیاد و امکان تداخل الکترومغناطیسی
و همچنین ایجاد موجک (ریپل) در فرکانس سوییچینگ و هارمونیک‌های آن.
نوع ارزان قیمت این گونه منابع می‌تواند نویز الکتریکی حاصل از سوییچینگ
را وارد شبکه برق شهری نماید
که این سبب بروز تداخل با سایر دستگاه‌های صوتی و تصویری
که به همان فاز وصل شده‌اند، می‌گردد. منابع تغذیه سوییچینگ
فاقد تصحیح ضریب توان نیز ممکن است اعوجاج هارمونیک ایجاد نمایند

رگولاتور
رگولاتور

بازدهی بالاتر :
بدون شک در دنیای امروزی نیاز ما به انرژی زیاد شده‌است و در نتیجه باید
مدیریت بهتری روی مصرف انرژی الکتریکی داشته باشیم، پس اگر بخواهیم در طراحی مدار
میزان مصرف انرژی را مد نظر قرار دهیم ،باید در مدارمان جایی برای منبع تغذیه سوئیچینگ
در نظر داشته باشیم. این منابع تغذیه اغلب دارای راندمان بالای ۸۵ درصد هستند
و توانسته‌اند اتلاف انرژی که یکی از مشکلات اصلی زندگی بشر در عصر حاضر است را تا حد زیادی کاهش دهند.
اندازه کوچکتر و وزن کمتر :
برای تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت DC به ۵ ولت DC با جریان حداکثر ۱ آمپر
می‌توان از یک رگولاتور خطی استفاده کنیم که البته از اتلاف بسیار بیشتری نسبت
به رگولاتورهای سوئیچینگ برخوردار است. اما برای مثال اگر بخواهیم
برق شهر که دارای ولتاژ ۲۲۰ ولت AC هست را به ۵ ولت DC تبدیل کنیم ابتدا به یک ترانس با وزن و حجم نسبتا زیاد
و سپس یک یکسو ساز و خازن ظرفیت بالا نیاز داریم. روی هم رفته این مدار فضای زیادی را اشغال می‌کند
ولی با طراحی یک منبع تغذیه سوئیچینگ با همین مشخصات در یک فضای
حداکثر ۲ در ۳ سانتیمتر با وزن بسیار کمتر قابل پیاده‌سازی است.
مانند اکثر شارژرهای گوشی‌های موبایل که از منابع تغذیه سوییچینگ بهره می‌برند.
قیمت ارزان تر:
اگر بخواهیم از یک ترانس برای تبدیل AC به DC استفاده کنیم در شرایطی که جریان
خروجی ترانس بیش از ۲ آمپر باشد ترانسفورماتور به تنهایی و بدون در نظر گرفتن مدار یکسوساز و تثبیت‌کننده
علاوه بر وزن بسیار سنگین در بسیاری از موارد قیمت دو تا چند برابری نسبت به مدارات سوئیچینگ در بر خواهد داشت.
معایب رگولاتورهاي خطی عبارتند از:
در مقابل مزیت‌های بسیار منابع تغذیه سوئیچینگ، این نوع منابع تغذیه
بر خلاف منابع تغذیه خطی،
به دلیل فرکانس سوئیچینگ می‌توانند هارمونیک‌های زیادی
را به وجود آورند و باعث تداخل فرکانسی شوند
. اگر یک مدار حساس به تداخل فرکانسی دارید بهتر است از یک منبع تغذیه خطی استفاده کنید.
اما اگر این منابع تغذیه نیاز مداری شما را برطرف نکند بهتر است برای مدار
منبع تغذیه سوئیچینگ
خود فیلترهای مناسب را در نظر بگیرید و باید ملاحظات High Speed PCB Design را در نظر گرفت
تا سطح نویز و هارمونیک‌های مدار کاهش یاید. با استفاده از فیلترهای مناسب
در مدارات تغذیه سوئیچینگ می‌توانید نویز ناشی از این منابع را
تقریباً به صورت کامل حذف کنید

جدول مقایسه رگولاتورهای خطی و سویئچینگ

جدول
جدول

جمع‌بندی

منابع تغذیه سوئیچینگ مدرن از سوئیچ‌های حالت جامد
برای تبدیل ولتاژ ورودی DC تنظیم نشده به یک ولتاژ‌ خروجی DC هموار و پایدار
با سطوح مختلف بهره می‌برند. منبع ورودی می‌تواند ولتاژ DC یک باتری یا صفحه خورشیدی و یا ولتاژ یکسو شده یک
منبع AC باشد که با استفاده از یک پل دیودی با فیلترهای خازنی مناسب یکسو شده است.
در بسیاری از کاربردهای کنترل توان، ترانزیستور قدرت MOSFET یا IGFET
در مُد سوئیچینگ خود کار می‌کند و سرعت بالا خاموش و روشن می‌شود.
مزیت اصلی در این مورد این است که بازده توان بسیار بالا خواهد بود،
زیرا ترانزیستور یا کاملاً روشن است و هدایت می‌کند (اشباع است) یا کاملاً خاموش است (قطع است).
تنظیم ولتاژ خروجی با کنترل درصد زمان روشن بودن ترانزیستور سوئیچینگ
نسبت به مجموع روشن و خاموش بودن آن در یک دوره تناوب انجام می‌شود.
این نسبتِ زمان روشن بودن ترانزیستور به مجموع زمان روشن و خاموش بودن، سیکل کاری یا سیکل وظیفه نامیده
می‌شود. با تغییر سیکل وظیفه می‌توان ولتاژ خروجی مبدل را کنترل کرد.
نظرات خود را با ما در میان بگزارید

    دیدگاهتان را بنویسید

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *