Pengawal selia voltan: Fungsi dan kepentingan mereka dijelaskan
Pengatur voltan adalah peranti yang menyimpan voltan stabil sendiri.Ia menyesuaikan voltan untuk memastikan peranti yang disambungkan kepadanya mendapat jumlah yang stabil dan konsisten, walaupun perubahan voltan input atau keadaan beban berbeza -beza.Ini membantu melindungi bahagian elektronik yang halus daripada rosak oleh perubahan voltan.Artikel ini melihat dengan lebih dekat bahagian -bahagian utama dan jenis pengawal voltan, menunjukkan mengapa mereka sangat penting untuk menjaga elektronik berjalan lancar.Memecahkan dua jenis pengatur voltan utama, menggambarkan bagaimana mereka bekerja, faedah mereka, dan situasi apa yang paling sesuai untuknya.Terdapat juga tutorial tangan untuk membina pengatur voltan di papan roti, memberikan cara praktikal untuk mempelajari reka bentuk dan fungsi mereka.Akhirnya, ia menawarkan petua tentang cara memilih pengatur voltan yang betul, memberi tumpuan kepada keseimbangan antara kecekapan, kawalan haba, dan kestabilan voltan untuk projek tertentu.Katalog
Rajah 1: Pengatur voltan
Komponen Pengatur Voltan
• komparator
Pembanding membandingkan voltan output ke voltan rujukan set.Tugasnya adalah untuk memastikan output kekal dalam julat yang dikehendaki dengan menghantar isyarat kawalan yang menyesuaikan voltan dengan sewajarnya.Apabila output hanyut dari nilai rujukan, komparator mencetuskan pelarasan untuk membawa output kembali dalam talian.
Rajah 2: Litar pengatur voltan dengan komparator voltan
• Sumber voltan rujukan
Ini adalah voltan yang sangat stabil yang bertindak sebagai penanda aras untuk perbandingan.Voltan rujukan tetap berterusan, walaupun terdapat perubahan dalam voltan input, suhu, atau beban.Ini disediakan oleh rujukan bandgap, dan menawarkan kestabilan yang boleh dipercayai dalam keadaan operasi yang berbeza.
Rajah 3: Sumber voltan rujukan
• Penguat ralat
Penguat ralat membesarkan perbezaan antara voltan rujukan dan voltan output.Isyarat yang diperkuat ini kemudiannya digunakan untuk menyempurnakan mekanisme kawalan, mengurangkan jurang antara output sebenar dan voltan sasaran.Ia memastikan output sepadan dengan voltan yang dimaksudkan sedekat mungkin.
Rajah 4: Pengatur voltan dengan penguat ralat
• Rangkaian maklum balas
Rangkaian maklum balas terdiri daripada perintang, dan kadang -kadang kapasitor, yang menghantar sebahagian daripada voltan output kembali ke sistem untuk pemantauan.Gelung maklum balas ini penting untuk menetapkan voltan output yang betul dan menstabilkan pengawal selia.Nisbah maklum balas, yang ditentukan oleh komponen rangkaian, mengawal berapa banyak output yang diberikan kepada penguat ralat atau komparator.
Rajah 5: Isyarat maklum balas dalam pengatur voltan
• Unsur kawalan
Elemen kawalan secara aktif menyesuaikan voltan output.Dalam pengawal selia linear, ini adalah transistor yang bekerja dalam keadaan aktifnya untuk mengawal voltan.Dalam pengawal selia, elemen kawalan bertindak sebagai suis, mengubah voltan input dan mematikan untuk memindahkan tenaga melalui komponen seperti induktor atau kapasitor, melicinkan output.
Rajah 6: Elemen kawalan dalam pengatur voltan
• Peraturan beban
Peraturan beban adalah keupayaan pengawal selia untuk mengekalkan voltan output yang stabil apabila perubahan beban.Peraturan beban yang kuat bermaksud bahawa output tetap malar, walaupun jumlah arus beban turun turun naik.
Rajah 7: Peraturan beban
• Peraturan garis
Peraturan garis mengukur seberapa baik pengawal selia mengekalkan output yang stabil apabila voltan input berbeza -beza.Pengatur voltan yang baik menunjukkan perubahan output yang minimum walaupun terdapat perubahan dalam voltan input.
Rajah 8: Peraturan baris
• Tenggelam haba
Untuk pengawal selia linear yang boleh menjana haba dengan menghilangkan voltan berlebihan, sinki haba sering diperlukan.Ia membantu menyebarkan haba yang dihasilkan oleh elemen kawalan, seperti transistor, menjaga peranti dalam suhu operasi yang selamat.
Rajah 9: Tenggelam haba
• Litar perlindungan
Banyak pengawal selia voltan datang dengan ciri-ciri perlindungan terbina dalam seperti overcurrent, penutupan haba, dan perlindungan litar pintas.Perlindungan ini menghalang pengawal selia dan peranti yang disambungkan daripada rosak, meningkatkan keselamatan dan kebolehpercayaan keseluruhan.
Jenis pengawal voltan
Pengawal selia voltan linear
Pengawal selia voltan linear menggunakan bahagian utama yang dipanggil elemen lulus, biasanya sejenis transistor seperti transistor persimpangan bipolar (BJT) atau MOSFET.Bahagian ini dikawal oleh penguat operasi.Untuk memastikan voltan stabil, pengawal selia sentiasa membandingkan voltan output dengan voltan rujukan dalaman tetap.Jika kedua -duanya tidak sama, penguat operasi mengubah elemen lulus untuk menetapkan output.Proses ini terus berfungsi untuk membuat perbezaan antara kedua -dua voltan sekecil mungkin.
Oleh kerana pengawal selia linear hanya boleh menurunkan voltan, output akan sentiasa kurang daripada voltan input.Walaupun ini membatasi bagaimana mereka boleh digunakan, pengawal selia linear masih popular kerana mereka mudah dan berfungsi dengan baik.Mereka mudah untuk mereka bentuk, boleh dipercayai, kos efektif dan menghasilkan gangguan elektromagnet yang sangat sedikit (EMI), bermakna terdapat sedikit bunyi dan riak dalam output.
Sebagai contoh, pengawal selia linear mudah seperti MP2018 hanya memerlukan kapasitor input dan kapasitor output berfungsi dengan betul.Bilangan kecil ini menjadikan reka bentuk mudah, boleh dipercayai, dan berpatutan.
Rajah 10: Pengatur voltan linear
Pengawal voltan beralih
Pengawal selia penukaran adalah pilihan yang lebih maju berbanding pengawal selia linear, tetapi reka bentuk mereka memerlukan lebih ketepatan dan perhatian terhadap perincian.Tidak seperti pengawal selia linear, pengawal selia beralih bergantung kepada komponen luaran, penalaan gelung kawalan yang teliti, dan perancangan susun atur yang bijak.Pengawal selia ini datang dalam tiga jenis utama: penukar langkah (buck), penukar langkah (Boost), dan gabungan kedua-duanya.Pelbagai pilihan ini menjadikannya jauh lebih fleksibel daripada pengawal selia linear.
Salah satu kelebihan pengawal selia adalah kecekapan tinggi mereka, sering melepasi 95%.Mereka juga cemerlang dalam menguruskan haba dan mampu mengendalikan arus yang lebih besar sambil menyokong pelbagai voltan input dan output.Walau bagaimanapun, perdagangan untuk prestasi ini meningkat kerumitan.Untuk berfungsi dengan baik, pengatur beralih memerlukan komponen tambahan seperti induktor, kapasitor, transistor kesan medan (FET), dan perintang maklum balas.
Contoh yang baik dari pengawal selia beralih ialah model HF920 yang menunjukkan prestasi yang kukuh dan pengurusan kuasa yang boleh dipercayai yang ditawarkan oleh peranti ini.
Rajah 11: Pengatur voltan menukar
Jenis pengawal voltan beralih
Pengawal selia, juga dikenali sebagai penukar langkah ke bawah, digunakan untuk mengurangkan voltan yang lebih tinggi ke voltan output yang lebih rendah, lebih banyak digunakan.Proses ini bermula dengan transistor yang menghidupkan dan mematikan pada kelajuan tinggi, memotong voltan input ke dalam pecahan pendek.Pecahan voltan yang cepat ini kemudiannya dilalui oleh induktor yang menyimpan tenaga sementara.Apabila voltan berterusan, ia lebih banyak dilicinkan oleh kapasitor, mengakibatkan voltan output yang lebih rendah.Kaedah ini adalah cekap, mengurangkan tenaga yang terbuang sebagai haba.Pengawal selia Buck baik dalam peranti seperti komputer riba, telefon pintar, dan elektronik mudah alih yang lain.
Rajah 12: Litar Pengatur Buck
Meningkatkan pengawal selia , sering dirujuk sebagai penukar langkah-langkah, bekerja untuk meningkatkan voltan input yang rendah ke voltan output yang lebih tinggi.Di sini, transistor mengecas induktor apabila ia aktif dan melepaskan tenaga yang disimpan apabila ia dimatikan.Pelepasan terkawal ini meningkatkan tahap voltan.Pengawal selia ini berguna dalam situasi di mana kuasa input, seperti itu dari bateri, terlalu rendah untuk keperluan peranti.Apabila bateri berkurangan, pengawal selia rangsangan memastikan voltan tetap konsisten, menjaga peranti beroperasi walaupun tahap kuasa jatuh.Ini menjadikan mereka sesuai untuk banyak elektronik berkuasa bateri yang memerlukan voltan mantap walaupun terdapat bekalan tenaga yang berubah-ubah.
Rajah 13: Litar Pengatur Boost
Pengawal selia Buck-Boost Menggabungkan ciri -ciri kedua -dua penukar dan meningkatkan penukar, membolehkan mereka meningkatkan atau mengurangkan voltan input seperti yang diperlukan.Pengawal selia ini terlebih dahulu membalikkan voltan input dan kemudian menyesuaikannya, sama ada melangkah ke atas atau ke bawah bergantung kepada output yang diperlukan.Keupayaan untuk menyesuaikan diri dengan keadaan yang berubah-ubah menjadikan pengawal selia yang hebat dalam sistem dengan voltan input yang tidak dapat diramalkan atau tidak stabil, seperti dalam kereta atau aplikasi tenaga boleh diperbaharui seperti sistem kuasa solar.Dengan menyediakan output yang stabil tanpa mengira turun naik input, mereka memastikan bahawa peranti yang disambungkan melaksanakan dengan pasti merentasi pelbagai keadaan.
Rajah 14: Litar Pengatur Buck-Boost
Bina Pengatur Voltan Breadboard Anda Sendiri
Kit Pengatur Voltan Papan Roti adalah titik masuk yang sempurna untuk pemula yang ingin mendapatkan pengalaman tangan dengan reka bentuk litar pematerian dan asas.Bukan sahaja anda akan mempelajari konsep teras elektronik, tetapi pada akhir projek ini, anda akan membina peranti berfungsi sepenuhnya, yang mampu menyediakan output 5VDC yang mantap untuk projek elektronik kecil.
Kit ini merangkumi semua yang anda perlukan untuk memasang pengawal voltan yang boleh dipercayai:
- Papan Litar Bercetak (PCB)
- DC Power Jack
- kapasitor dan perintang
- Status Kuasa LED
- Tajuk PIN
- manual arahan komprehensif
Alat yang diperlukan untuk projek ini adalah:
- Pematerian besi dan solder
- Pemotong wayar
- Bekalan Kuasa (seperti penyesuai dinding 6-18V)
Proses pemasangan dipecahkan langkah demi langkah untuk membantu anda memahami operasi pengatur voltan semasa anda pergi.
Langkah 1: Memasang perintang dan kapasitor
Mulailah dengan mengambil perintang dan membongkok petunjuknya agar sesuai dengan slot R1.Masukkannya ke tempat yang ditetapkan di papan dan solder memimpin dengan selamat dari belakang.Setelah disolder, snip dari mana -mana dawai tambahan yang melekat.Seterusnya, ambil kapasitor 0.1μF dan ikuti proses yang sama untuk slot C2.Tidak perlu bimbang tentang cara yang mereka hadapi, komponen -komponen ini boleh diletakkan di mana -mana arah kerana mereka tidak terpolarisasi.
Rajah 15: Memasang perintang dan kapasitor
Langkah 2: Menyediakan Pengatur Voltan dan Jack Barrel
Letakkan pengatur voltan ke dalam slot V-Reg, pastikan untuk menyelaraskan tab dengan garis yang ditunjukkan di papan.Mendapatkan orientasi ini betul adalah penting, jika dipasang ke belakang, pengawal selia tidak akan berfungsi dan boleh merosakkan litar.Peranan pengawal selia adalah untuk mengekalkan voltan yang stabil walaupun input turun naik, memastikan kuasa yang dihantar ke litar anda tetap stabil.Selepas menyebarkan petunjuk, potong dawai tambahan.Sekarang, beralih ke bicu tong, masukkannya ke dalam slot B1 dan solder di tempatnya.Ini akan berfungsi sebagai sambungan kuasa utama untuk projek anda.
Rajah 16: Menyediakan Pengatur Voltan dan Jack Barrel
Langkah 3: Meletakkan kapasitor dan kuasa LED
Masukkan kapasitor 10μF ke dalam slot C1, pastikan plumbum yang lebih panjang masuk ke pad (+).Semak semula bahawa jalur pada kapasitor bersebelahan dengan label PWR untuk orientasi yang betul.Selepas itu, pasangkan LED dalam slotnya, menyelaraskan takik dengan garis yang sama pada simbol papan untuk memastikan ia diletakkan dengan betul.
Rajah 17: Meletakkan kapasitor dan kuasa LED
Langkah 4: Memasang suis kuasa dan pin papan roti
Letakkan suis kuasa ke dalam slot PWR dan pateri dengan selamat.Ketika datang ke pin papan roti, mereka boleh menjadi rumit untuk dikendalikan kerana mereka perlu disolder dari bawah.Untuk memastikan mereka sejajar, anda boleh memegangnya dengan tangan semasa anda menyolder atau menggunakan papan roti untuk menyokong mereka semasa proses.
Rajah 18: Memasang suis kuasa dan pin papan roti
Langkah 5: Mengkonfigurasi Rails Power
Untuk memastikan pengatur voltan berfungsi dengan betul, anda perlu menyediakan rel kuasa.Pilih bahagian papan roti yang anda mahu gunakan.Mari kita pergi dengan kiri untuk persediaan ini.Padankan pad di papan ke rel '+' dan '-' di papan roti.Sebaik sahaja semuanya diselaraskan, solder pad separuh bulan untuk mengunci sambungan di tempatnya.Sekiranya anda perlu membalikkan polariti kuasa, anda boleh menggunakan bahagian bahagian SWT7 pada pad tertentu, walaupun ini biasanya tidak dianjurkan.
Rajah 19: Mengkonfigurasi landasan kuasa
Langkah 6: Menguasai Lembaga
Gunakan sumber kuasa DC 2.1mm yang menyediakan antara 6 hingga 18 volt untuk menguasai papan.Jika voltan input melebihi 12 volt, pengawal selia mungkin menjadi panas, tetapi itu normal dan bukan sebab untuk menjadi perhatian.Jika anda tidak menggunakan papan roti, anda boleh menggunakan pad solder "+ -" yang terletak berhampiran bicu tong untuk menarik 5V kuasa yang dikawal selia.
Rajah 20: Kit pengawal voltan papan roti
Bagaimana cara memilih pengawal voltan yang tepat untuk reka bentuk anda?
Pengatur voltan adalah seperti sistem kawalan untuk tenaga projek anda.Ia memastikan projek anda mendapat jumlah kuasa yang betul.
Bayangkan sumber kuasa anda memberikan lebih banyak voltan daripada keperluan projek anda.A Pengawal selia linear adalah peranti mudah yang menurunkan voltan ke tahap yang selamat untuk projek anda.Ia mudah digunakan dan berfungsi dengan baik jika perbezaan antara voltan yang anda miliki dan voltan yang anda perlukan tidak terlalu besar.
Tetapi pengawal selia linear boleh membazirkan tenaga, apabila terdapat perbezaan besar antara voltan input dan output.Tenaga yang terbuang ini menjadi haba dan menjadi masalah untuk projek anda.
Sekiranya pengawal selia linear anda terlalu panas, ini bermakna ia membuang banyak kuasa.Dalam kes ini, anda mungkin mahu menggunakan a Pengatur beralih Buck.Pengatur jenis ini lebih cekap dan tidak membazirkan tenaga.Ia merendahkan voltan dengan menghidupkan kuasa dan mematikan dengan cepat untuk menghasilkan voltan rendah purata.
Sekiranya projek anda memerlukan lebih banyak voltan daripada sumber kuasa anda, a Meningkatkan Pengatur Pengubah boleh membantu.Ia meningkatkan voltan dari sumber kuasa anda untuk memberikan projek anda kuasa tambahan yang diperlukan.
Kadang -kadang, sumber kuasa anda mungkin tidak stabil, memberikan terlalu banyak atau terlalu sedikit voltan. Pengatur beralih buck-boost Bolehkah kedua -duanya meningkatkan dan mengurangkan voltan seperti yang diperlukan, memastikan projek anda sentiasa mendapat jumlah kuasa yang betul.
Untuk projek yang memerlukan kuasa yang sangat stabil, anda boleh menggabungkan a Pengatur beralih dengan pengawal selia linear.Pengatur beralih mengendalikan perubahan besar dalam voltan, manakala pengawal selia linear memastikan kuasa lancar dan mantap.
Oleh itu, pengawal selia voltan yang betul bergantung kepada berapa banyak voltan dari sumber kuasa anda berbeza dari apa yang diperlukan oleh projek anda, dan bagaimana mantap dan membersihkan kuasa itu.Setiap jenis mempunyai kekuatan tersendiri, jadi pilih yang sesuai dengan projek anda.
Kesimpulan
Kajian pengawal selia voltan meliputi bahagian penting kejuruteraan elektrik yang menggabungkan penggunaan dan teori praktikal.Artikel ini menerangkan komponen seperti penguat ralat dan sinki haba, serta perbezaan antara pengawal selia linear dan beralih, memberikan pemahaman yang kukuh tentang bagaimana peranti ini mengawal kuasa.Ia juga termasuk panduan langkah demi langkah untuk membina pengatur voltan di papan roti, yang membantu membuat proses lebih jelas dan memberikan pengalaman pembaca untuk menyokong konsep.Oleh kerana reka bentuk elektronik menjadi lebih rumit dan keperluan kuasa berubah, mengetahui bagaimana kerja -kerja peraturan voltan menjadi sangat penting.Artikel ini bertindak sebagai alat pengajaran dan panduan praktikal, membantu kedua -dua pereka dan penggemar memilih dan menggunakan pengawal selia voltan terbaik untuk projek mereka, memastikan elektronik mereka bertahan lebih lama dan berfungsi dengan baik.
Soalan Lazim [Soalan Lazim]
1. Bilakah menggunakan pengawal voltan?
Pengatur voltan adalah penting apabila voltan stabil diperlukan untuk peranti elektronik berfungsi dengan baik.Ia melindungi daripada kerosakan daripada perubahan voltan tiba -tiba, yang boleh berlaku disebabkan oleh perubahan dalam permintaan kuasa atau masalah bekalan.Ia digunakan dalam perkara seperti bekalan kuasa komputer, peralatan telekom, dan peranti lain yang sensitif terhadap perubahan voltan.
2. Adakah AVR Pengatur Voltan?
Ya, AVR (Pengatur Voltan Automatik) adalah sejenis pengatur voltan.Ia secara automatik menyesuaikan tahap voltan untuk memastikan bahawa voltan yang tetap dan sesuai dihantar ke peralatan, tanpa mengira perubahan dalam beban atau voltan input.Ini membantu mencegah kerosakan dan meningkatkan kecekapan dalam peranti elektrik.
3. Apakah pengatur voltan AC?
Pengatur voltan AC mengawal voltan kuasa semasa (AC) untuk menyediakan voltan output yang stabil kepada peranti yang disambungkan.Ia mengimbangi variasi dalam voltan input dan keadaan beban, memastikan penghantaran output AC yang berterusan, baik untuk operasi peranti AC yang boleh dipercayai.
4. Adakah penyongsang pengatur voltan?
Tidak, penyongsang bukan pengawal voltan.Inverter direka untuk menukar arus langsung (DC) ke arus berselang (AC).Walaupun sesetengah penyongsang mempunyai keupayaan terbina dalam untuk menstabilkan voltan output, fungsi utama mereka adalah penukaran jenis semasa, tidak mengawal voltan.
5. Bagaimana anda menguji pengawal selia voltan?
Berikut adalah cara menguji pengawal selia voltan:
Sediakan multimeter: Tetapkan multimeter anda untuk mengukur voltan.
Sambungkan multimeter: Lampirkan probe ke terminal output pengawal selia.
Semak voltan: Hidupkan sistem dan periksa bacaan.Ia sepadan dengan output yang dijangkakan oleh pengawal selia.
Pilihan: Ujian dengan beban: Tukar beban dan lihat jika output tetap mantap, yang menunjukkan pengawal selia berfungsi dengan betul.
6. Apakah perbezaan antara pengawal voltan dan pengawal selia voltan?
Pengawal voltan menyesuaikan voltan output berdasarkan input pengguna, seperti menukar kecerahan cahaya atau kelajuan motor.Pengatur voltan menyimpan voltan yang stabil, walaupun perubahan beban atau input.Pengawal menukar voltan seperti yang diperlukan, sementara pengawal selia memastikan ia tetap tetap.