هنگامی که صحبت از سیستم‌های تولید برق می‌شود، تنظیم کننده‌های ولتاژ نقش اساسی در عملکرد آن‌ها دارند. به هر وسیله الکتریکی که ولتاژ منبع تغذیه را در محدوده قابل قبول نگه می‌دارد رگولاتور ولتاژ می‌گویند. این وسیله می‌تواند تمامی ولتاژهای ورودی از طریق ژنراتور، برق شهری و… را مطابق با نیاز باتری دستگاه الکترونیکی مورد نظر شما تغییر دهد. به همین دلیل از رگولاتور ولتاژ اکثرا در وسایلی استفاده می‌شود که تغییر ولتاژ برای آن‌ها مضر است.
در وسایل نقلیه موتوری تنظیم کننده ولتاژ به وسیله‌ی یک سوئیچ دو قطبی به طور پیوسته میان سه مدار حرکت می‌کند. در سرعت‌های پایین وسایل نقلیه موتوری، جریان‌هایی به منظور افزایش میدان مغناطیسی ژنراتور ایجاد می‌شود که این جریان‌ها می‌توانند باعث کاهش و یا افزایش ولتاژ خروجی شوند. در سرعت‌های بالا نیروی مقاومتی به مدار ژنراتور وارد می‌شود و در نتیجه ولتاژ و جریان داخل موتور تعدیل می‌شوند. در سرعت‌های بالاتر برای کاهش جریان مغناطیسی، مدار خاموش می‌شود. به طور کلی میزان تغییر رگولاتور ولتاژ بین 50 الی 200 بار در ثانیه می‌باشد.
نحوه عملکرد رگولاتور ولتاژ
تنظیم کننده‌های ولتاژ در سیستم‌های توزیع برق، همان عملکردی را به کار می‌برند که در وسایل نقلیه موتوری دارند، اما در مقیاس بزرگتر. آن‌ها تغییرات ولتاژ را به حداقل می‌رسانند تا از تجهیزاتی که از برق استفاده می‌کنند، محافظت کنند. در سیستم‌های توزیع برق، رگولاتورها در خود خطوط، دارای منبع تغذیه هستند. معمولاً در این سیستم‌ها دو نوع رگولاتور استفاده می‌شود. تنظیم‌کننده‌‌های پله‌ای که در آن‌ها سوئیچ‌‌ها جریان را تنظیم می‌کنند و تنظیم کننده‌های القایی که در آن‌ها یک موتور القایی ولتاژ ثانویه را دائماً تنظیم می‌کند.
رگولاتور ولتاژ یک نوع مدار است که به تغییرات ولتاژ ورودی و یا میزان و شرایط بار توجه نمی‌کند؛ اما همیشه ولتاژ خروجی را ثابت نگه می‌دارد. این وسیله، ولتاژهای منبع تغذیه را در محدوده‌ای که با سایر اجزای الکتریکی سازگار باشد را حفظ می‌کنند. رگولاتورهای ولتاژ انواع مختلفی دارند اما بیشتر برای تبدیل برق DC/DC استفاده می‌شوند. البته برخی از آن‌ها می‌توانند تبدیل برق AC/AC یا AC/DC را نیز انجام دهند.
انواع رگولاتور ولتاژ
رگولاتورها دارای دو نوع ولتاژ هستند که شامل خطی و سوئیچینگ است که هر دو نیز ولتاژ سیستم را تنظیم می‌کنند. اما تفاوت آن‌ها در این است که تنظیم کننده‌های خطی دارای راندمان پایین هستند و رگولاتورهای سوئیچینگ با راندمان بالا کار می‌کنند. علاوه بر این موضوع، تنظیم کننده‌های سوئیچینگ خروجی بدون اتلاف بیشتری عرضه می‌کنند.
یک رگولاتور ولتاژ خطی از یک دستگاه عبور فعال (مانند BJT یا MOSFET) استفاده می‌کند که توسط یک تقویت کننده با بهره بالا، کنترل می‌شود. برای حفظ ولتاژ خروجی ثابت، رگولاتور خطی مقاومت دستگاه عبور را تغییر می‌دهد. سپس مرجع ولتاژ داخلی با ولتاژ خروجی مقایسه می‌شود و آن را تنظیم می‌کند. در آخر نیز میزان خطا را به صفر می‌رساند. رگولاتورهای خطی مبدل‌های کاهنده هستند، بنابراین طبق تعریف، ولتاژ خروجی همیشه زیر ورودی آن قرار دارد.
مزایای استفاده از رگولاتور ولتاژ خطی
تنظیم کننده‌های خطی، مانندMP 2018 ، برای کار کردن فقط به یک خازن ورودی و خروجی نیاز دارند. سادگی و قابل اطمینان بودن این وسیله، استفاده از آن‌ها را برای مهندسین راحت تر کرده است. در این قسمت برخی از مزایای رگولاتور خطی را بررسی می‌کنیم:
- ولتاژ ریپل کم (نوسانات کمتر در سیگنال ولتاژ خروجی است)
- پاسخگویی سریع
- تداخل الکترومغناطیسی کمتر
- نویز پایین
- مقرون به صرفه
معایب رگولاتور ولتاژ خطی
یکی از معایب اصلی رگولاتور ولتاژ خطی این است که در بعضی مواقع خوب کار نمی‌کند. در بعضی موارد خاص نیز مقدار زیادی توان را تلف می‌کنند. افت ولتاژ یک رگولاتور خطی با افت ولتاژ در یک مقاومت قابل مقایسه است. به عنوان مثال، با ولتاژ ورودی 5 ولت و ولتاژ خروجی 3 ولت، افت 2 ولتی بین پایانه‌ها وجود دارد و راندمان به 3 ولت / 5 ولت (60 درصد) محدود می‌شود. این بدان معنی است که تنظیم کننده‌های خطی برای برنامه‌هایی با دیفرانسیل‌های VIN / VOUT زیاد مناسب نیستند.
در نظر گرفتن اتلاف توان تخمینی یک رگولاتور ولتاژ خطی در کاربرد آن بسیار اهمیت دارد؛ زیرا استفاده از ولتاژهای ورودی بزرگتر منجر به تلفات بالای توان می‌شود. این موضوع نیز می‌تواند باعث شود که وسیله بیش از حد گرم شده و به قطعات آسیب برسد. بنابراین این وسیله نیاز به یک هیت سینک دارد. یکی دیگر از معایب اصلی این وسیله این است که ولتاژ خروجی نمی‌تواند از ولتاژ ورودی بیشتر شود.
معایب رگولاتور سوئیچینگ
رگولاتورهای سوئیچینگ بسیار کارآمد هستند. اما برخی از معایب آن عبارتند از اینکه معمولاً دارای قیمت بالاتری نسبت به رگولاتورهای خطی هستند. آن‌ها همچنین اندازه بزرگتر و پیچیده‌تری دارند. اگر اجزای خارجی آن‌ها به دقت انتخاب نشده باشند، می‌توانند نویز بیشتری ایجاد کنند. نویز می‌تواند برای یک برنامه خاص بسیار مهم باشد. زیرا می‌تواند بر عملکرد خود ولتاژ، عملکرد مدار و همچنین عملکرد EMI تأثیر بگذارد.
کاربرد رگولاتور ولتاژ
رگولاتورهای ولتاژ کاربردهای زیادی دارند. یکی از رایج‌ترین نمونه‌ها شارژر موبایل است. آداپتور با سیگنال AC عرضه می‌شود. با این حال، سیگنال ولتاژ خروجی، یک سیگنال DC تنظیم شده است. هر منبع تغذیه در دنیا از یک تنظیم کننده ولتاژ برای تامین ولتاژ خروجی مورد نظر استفاده می‌کند. رایانه‌ها، تلویزیون‌ها، لپ تاپ‌ها و انواع دستگاه‌ها با استفاده از این مفهوم تغذیه می‌شوند. برای مشاهده آگهی‌ها مرتبط با رگولاتور ولتاژ و اطلاعات بیشتر، کلیک کنید.
405 بازدید
الهه زینالی
