Circuiti regolatori di tensione

Il regolatore di tensione, come suggerisce il nome, è un circuito che viene utilizzato per regolare la tensione. La tensione regolata è una fornitura di tensione regolare, priva di qualsiasi rumore o disturbo. L'uscita dal regolatore di tensione è indipendente dalla corrente di carico, dalla temperatura e dalla variazione della linea CA. I regolatori di tensione sono presenti in quasi tutti i dispositivi elettronici o domestici come TV, frigorifero, computer, ecc., Per stabilizzare la tensione di alimentazione.

Fondamentalmente, il regolatore di tensione riduce al minimo la variazione di tensione per proteggere il dispositivo. Nel sistema di distribuzione elettrica, i regolatori di tensione si trovano nelle linee di alimentazione o nella sottostazione. Ci sono due tipi di regolatori utilizzati in questa linea, uno è il regolatore a gradini, in cui gli interruttori regolano l'alimentazione di corrente. Un altro è il regolatore di induzione, che è una macchina elettrica alternata simile a un motore a induzione che fornisce energia come fonte secondaria. Riduce al minimo la variazione di tensione e fornisce un output stabile.

Esistono diversi tipi di regolatori di tensione che vengono spiegati di seguito.

Tipi di circuito regolatore di tensione

Circuito regolatore di tensione lineare

• Regolatore di tensione in serie
• Regolatore di tensione shunt

Circuito regolatore di tensione Zener

Circuito del regolatore di tensione di commutazione

• Tipo di dollaro
• Tipo di boost
• Tipo Buck / Boost

Circuito regolatore di tensione lineare

Questi sono i regolatori più comuni utilizzati nell'elettronica per mantenere costante la tensione di uscita. I regolatori di tensione lineari si comportano come un circuito partitore di tensione, in questo regolatore la resistenza varia rispetto alla variazione del carico e fornisce una tensione di uscita costante. Di seguito sono riportati alcuni vantaggi e svantaggi del regolatore di tensione lineare:

Vantaggi

• La tensione di ondulazione in uscita è bassa
• La risposta è veloce
• Meno rumore

Svantaggi

• Bassa efficienza
• Ampio spazio richiesto
• La tensione di uscita sarà sempre inferiore alla tensione di ingresso

1. Regolatore di tensione in serie

La tensione non regolata è direttamente proporzionale alla caduta di tensione attraverso la resistenza collegata in serie e questa caduta di tensione dipende dalla corrente consumata dal carico. Se il consumo di corrente del carico aumenta, diminuirà anche la corrente di base e per questo minore corrente del collettore fluirà attraverso il terminale emettitore del collettore e quindi la corrente attraverso il carico aumenterà e viceversa.

La tensione di uscita regolata del regolatore di tensione shunt è definita come:

V _OUT = V _Z + V _BE

Regolatore di tensione Zener

I regolatori di tensione Zener sono più economici e adatti solo per circuiti a bassa potenza. Può essere utilizzato in applicazioni in cui la quantità di potenza sprecata durante la regolazione non è di grande preoccupazione.

Un resistore, è collegato in serie con il diodo zener per limitare la quantità di corrente che scorre attraverso il diodo e la tensione di ingresso Vin (che deve essere maggiore della tensione zener) è collegata come mostrato nell'immagine e la tensione di uscita Vout, viene preso attraverso il diodo zener con Vout = Vz (tensione Zener). Come sappiamo, il diodo Zener inizia a condurre in direzione inversa quando la tensione applicata è superiore alla tensione di rottura di Zener. Quindi, quando inizia a condurre, mantiene la stessa tensione attraverso di essa e rifluisce la corrente extra, fornendo così la tensione di uscita stabile.

Scopri di più sul funzionamento del diodo Zener qui.

Regolatore di tensione di commutazione

Esistono tre tipi di regolatori di tensione di commutazione:

• Regolatore di tensione di commutazione buck o step-down
• Regolatore di tensione di commutazione boost o step-up
• Regolatore di tensione di commutazione Buck / Boost

Regolatore di tensione di commutazione buck o step-down

Un regolatore Buck viene utilizzato per abbassare la tensione in uscita, possiamo persino utilizzare il circuito del divisore di tensione per ridurre la tensione di uscita, ma l'efficienza del circuito del divisore di tensione è bassa, perché i resistori dissipano l'energia come calore. Usiamo condensatore, diodo, induttore e interruttore nel circuito. Di seguito è riportato lo schema del circuito per il regolatore di tensione di commutazione Buck:

Quando l'interruttore è su ON il diodo rimane polarizzato invertito e l'alimentazione è collegata all'induttore. Quando l'interruttore è aperto, la polarità dell'induttore si inverte e il diodo diventa polarizzato in avanti e collega l'induttore a terra. Quindi la corrente attraverso l'induttore diminuisce con la pendenza:

d I _L / dt = (0-V _OUT) / L

Il condensatore viene utilizzato per impedire che la tensione scenda a zero attraverso il carico. Se continuiamo ad aprire e chiudere l'interruttore, la tensione media sul carico sarà inferiore alla tensione di ingresso fornita. È possibile controllare la tensione di uscita variando il ciclo di lavoro del dispositivo di commutazione.

Tensione di uscita = (Tensione di ingresso) * (percentuale di tempo in cui l'interruttore è acceso)

Se vuoi saperne di più sul convertitore Buck, segui il link.

Regolatore di tensione di commutazione boost o step-up

Il regolatore boost viene utilizzato per aumentare la tensione attraverso il carico. Di seguito è riportato lo schema del circuito per il regolatore boost:

Quando l'interruttore è chiuso, il diodo si comporta come polarizzato inverso e la corrente attraverso l'induttore continua ad aumentare. Ora, quando l'interruttore è aperto, l'induttore creerà una forza che fa sì che la corrente continui a fluire e il condensatore inizia a caricarsi. Accendendo e spegnendo continuamente l'interruttore riceveremo una tensione al carico maggiore della tensione di ingresso. Possiamo controllare la tensione di uscita controllando il tempo di accensione (Ton) dell'interruttore.

Tensione di uscita = Tensione di ingresso / Percentuale di tempo in cui l'interruttore è aperto

Se vuoi saperne di più sul convertitore Boost, segui il link.

Regolatore di tensione di commutazione buck-boost

Il regolatore di commutazione buck-boost è la combinazione di entrambi i regolatori buck e boost, fornisce un'uscita invertita che può essere maggiore o minore della tensione di ingresso fornita.

Quando l'interruttore è su ON il diodo si comporta come polarizzato inverso e l'induttore immagazzina energia e quando l'interruttore è OFF l'induttore inizia a rilasciare l'energia con la polarità inversa, che carica il condensatore. Quando l'energia immagazzinata nell'induttore diventa zero, il condensatore inizia a scaricarsi nel carico con polarità inversa. A causa di questo regolatore buck-boost chiamato anche regolatore invertente.

La tensione di uscita è definita come

Vout = Vin (D / 1-D) Dove, D è il ciclo di lavoro

Quindi, se il Duty Cycle è basso, il regolatore si comporta come il Buck Regulator e quando il Duty Cycle è alto il regolatore si comporta come il Boost Regulator.

Esempio pratico per circuiti di regolazione

Circuito regolatore di tensione lineare positivo

Abbiamo progettato un circuito regolatore di tensione lineare positivo utilizzando 7805 IC. Questo IC ha tutti i circuiti per fornire l'alimentazione regolata a 5 volt. La tensione di ingresso dovrebbe essere almeno superiore a 2 V dal valore nominale, come per LM7805 dovremmo almeno fornire 7 V.

La tensione di ingresso non regolata viene fornita all'IC e otteniamo una tensione regolata al terminale di uscita. Il nome dell'IC ne definisce la funzione, 78 rappresenta il segno positivo e 05 rappresenta il valore della tensione di uscita regolata. Come vedete nello schema del circuito, stiamo dando 9V al 7805IC e regolando + 5V in uscita. I condensatori C1 e C2 vengono utilizzati per la filtrazione.

Circuito regolatore di tensione Zener

Qui, abbiamo progettato un regolatore di tensione Zener utilizzando 5,1 V di diodo Zener. Il diodo Zener funziona come elemento di rilevamento. Quando la tensione di alimentazione supera la sua tensione di rottura, inizia a condurre in direzione inversa e mantiene la stessa tensione attraverso di essa e rifluisce la corrente extra, fornendo così la tensione di uscita stabile. In questo circuito forniamo 9 V di tensione di ingresso e otteniamo quasi 5,1 volt di uscita regolata.