Circuits reguladors de tensió

El regulador de tensió, com el seu nom indica, és un circuit que s’utilitza per regular la tensió. La tensió regulada és un subministrament de tensió suau, lliure de qualsevol soroll o pertorbació. La sortida del regulador de tensió és independent del corrent de càrrega, la temperatura i la variació de la línia de corrent altern. Els reguladors de tensió estan presents a gairebé tots els aparells electrònics o electrodomèstics com TV, nevera, ordinador, etc., per estabilitzar la tensió de subministrament.

Bàsicament, el regulador de tensió minimitza la variació de tensió per protegir el dispositiu. En el sistema de distribució elèctrica, els reguladors de tensió es troben a les línies d'alimentació o a la subestació. Hi ha dos tipus de reguladors que s’utilitzen en aquesta línia, un és el regulador de pas, en què els interruptors regulen l’alimentació actual. Un altre és el regulador d’inducció, que és una màquina elèctrica alternativa similar a un motor d’inducció que subministra energia com a font secundària. Minimitza la variació de tensió i proporciona una sortida estable.

Hi ha diferents tipus de reguladors de tensió que s’expliquen a continuació.

Tipus de circuit de regulador de tensió

Circuit regulador de tensió lineal

• Regulador de voltatge de la sèrie
• Regulador de voltatge de derivació

Circuit regulador de tensió Zener

Circuit de regulador de tensió de commutació

• Tipus de dòlar
• Tipus d’augment
• Tipus Buck / Boost

Circuit regulador de tensió lineal

Aquests són els reguladors més comuns que s’utilitzen en electrònica per mantenir el voltatge de sortida constant. Els reguladors de tensió lineals actuen com un circuit divisor de tensió; en aquest regulador, la resistència varia respecte al canvi de càrrega i dóna una tensió de sortida constant. A continuació es presenten alguns avantatges i desavantatges del regulador de tensió lineal:

Avantatges

• El voltatge d’ondulació de sortida és baix
• La resposta és ràpida
• Menys soroll

Desavantatges

• Baixa eficiència
• Es requereix gran espai
• El voltatge de sortida sempre serà inferior al voltatge d’entrada

1. Regulador de voltatge de la sèrie

La tensió no regulada és directament proporcional a la caiguda de tensió a través de la resistència connectada en sèrie i aquesta caiguda de tensió depèn del corrent consumit per la càrrega. Si augmenta el consum de càrrega actual, el corrent base també disminuirà i, a causa d’això, correrà menys corrent pel col·lector pel terminal emissor del col·lector i, per tant, augmentarà el corrent de càrrega i viceversa.

La tensió de sortida regulada del regulador de tensió de derivació es defineix com:

V _OUT = V _Z + V _BE

Regulador de tensió Zener

Els reguladors de tensió Zener són més econòmics i només són adequats per a circuits de baixa potència. Es pot utilitzar en aplicacions on la quantitat de potència malgastada durant la regulació no és una preocupació important.

Una resistència, es connecta en sèrie amb el díode zener per limitar la quantitat de corrent que circula pel díode i la tensió d'entrada Vin (que ha de ser superior a la tensió zener) es connecta a través de com es mostra a la imatge i el voltatge de sortida Vout, es fa a través del díode zener amb Vout = Vz (Voltatge Zener). Com sabem, el díode Zener comença a conduir en sentit invers quan la tensió aplicada és superior a la tensió de ruptura de Zener. Així, quan comença a conduir, manté la mateixa tensió a través d’ell i torna a fluir el corrent addicional, proporcionant així la tensió de sortida estable.

Obteniu més informació sobre el funcionament del díode Zener aquí.

Regulador de tensió de commutació

Hi ha tres tipus de reguladors de tensió de commutació:

• Regulador de tensió de commutació Buck o Step-Down
• Regulador de tensió de commutació incremental o incremental
• Regulador de tensió de commutació Buck / Boost

Regulador de tensió de commutació Buck o Step-Down

Un regulador Buck s’utilitza per reduir el voltatge a la sortida, fins i tot podem utilitzar el circuit divisor de tensió per reduir el voltatge de sortida, però l’eficiència del circuit divisor de tensió és baixa, perquè les resistències dissipen l’energia com a calor. Utilitzem condensador, díode, inductor i commutador al circuit. A continuació es mostra el diagrama del circuit del regulador de tensió de commutació Buck:

Quan l’interruptor a ON el díode es manté invertit esbiaixat i la font d’alimentació està connectada a l’inductor. Quan l'interruptor està obert, la polaritat de l'inductor s'inverteix i el díode es polaritza cap endavant i connecta l'inductor a terra. Llavors, el corrent a través de l’inductor disminueix amb la pendent:

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

El condensador s’utilitza per evitar que la tensió baixi a zero a través de la càrrega. Si continuem obrint i tancant l’interruptor, la tensió mitjana a través de la càrrega serà inferior a la tensió d’entrada subministrada. Podeu controlar el voltatge de sortida variant el cicle de treball del dispositiu de commutació.

Voltatge de sortida = (Voltatge d’entrada) * (percentatge de temps que l’interruptor està ACTIVAT)

Si voleu obtenir més informació sobre el convertidor Buck, seguiu l'enllaç.

Regulador de tensió de commutació incremental o incremental

El regulador d’augment s’utilitza per augmentar la tensió a través de la càrrega. A continuació es mostra el diagrama del circuit del regulador d’impulsió:

Quan l'interruptor està tancat, el díode es comporta com a polaritzat invers i el corrent a través de l'inductor continua augmentant. Ara, quan s’obre l’interruptor, l’inductor crearà una força que farà que el corrent continuï fluint i el condensador comenci a carregar-se. Si continuem encenent i apagat l’interruptor, rebrem una tensió a una càrrega superior a la tensió d’entrada. Podem controlar la tensió de sortida controlant el temps d’encès (tones) del commutador.

Voltatge de sortida = Voltatge d’entrada / percentatge de temps que el commutador està obert

Si voleu obtenir més informació sobre el convertidor Boost, seguiu l'enllaç.

Regulador de tensió de commutació Buck-Boost

El regulador de commutació Buck-Boost és la combinació de regulador Buck i Boost, que proporciona una sortida invertida que pot ser superior o inferior a la tensió d’entrada subministrada.

Quan l’interruptor està ON, el díode es comporta com a polaritzat invers i l’inductor emmagatzema energia i, quan l’interruptor està OFF, l’inductor comença a alliberar l’energia amb la polaritat inversa, que carrega el condensador. Quan l’energia emmagatzemada a l’inductor es torna zero, el condensador comença a descarregar-se a la càrrega amb polaritat inversa. A causa d’aquest regulador d’augment de dòlars també anomenat regulador d’inversió.

La tensió de sortida es defineix com

Vout = Vin (D / 1-D) On, D és el cicle de treball

Per tant, si el cicle de treball és baix, el regulador es comporta com el regulador Buck i, quan el cicle de treball és elevat, el regulador es comporta com el regulador d’augment.

Exemple pràctic de circuits reguladors

Circuit regulador de tensió lineal positiva

Hem dissenyat un circuit regulador de tensió lineal positiu mitjançant 7805 IC. Aquest CI té tots els circuits per proporcionar el subministrament regulat de 5 volt. El voltatge d'entrada hauria de ser com a mínim superior a 2v del valor nominal, com per al LM7805, hauríem de proporcionar almenys 7v.

El voltatge d’entrada no regulat es subministra a l’IC i obtenim una tensió regulada al terminal de sortida. El nom de l’IC defineix la seva funció, 78 representen el signe positiu i 05 representa el valor de la tensió de sortida regulada. Com veieu al diagrama del circuit, donem 9V al 7805IC i regulem + 5V a la sortida. Els condensadors C1 i C2 s’utilitzen per a la filtració.

Circuit regulador de tensió Zener

Aquí hem dissenyat un regulador de voltatge Zener que utilitza 5,1 V de díode Zener. El díode Zener funciona com a element sensor. Quan la tensió d’alimentació supera la seva tensió de ruptura, el seu inici es condueix en sentit invers i manté la mateixa tensió a través d’ella i torna el corrent addicional, proporcionant així la tensió de sortida estable. En aquest circuit donem 9V de tensió d’entrada i obtenim gairebé 5,1 voltatges de sortida regulada.