전자 회로-조정기

전원 공급 시스템에서 부하 전의 다음 단계와 마지막 단계는 레귤레이터 부품입니다. 이제 레귤레이터가 무엇이며 무엇을하는지 이해하려고 노력합시다.

전력의 제어 및 변환을 다루는 전자 부분은 다음과 같이 불릴 수 있습니다. Power Electronics. 레귤레이터는 전력 출력을 제어하기 때문에 전력 전자 분야에서 중요한 장치입니다.

레귤레이터의 필요성

전원 공급 장치가 입력 전압 변동이나 부하 전류 변동에 관계없이 일정한 출력 전압을 생성하려면 전압 조정기가 필요합니다.

ㅏ voltage regulator인가되는 입력 전압의 변동이나 부하로 인한 전류의 변동 대신 일정한 출력 전압을 유지하는 장치입니다. 다음 이미지는 실제 레귤레이터가 어떻게 생겼는지에 대한 아이디어를 제공합니다.

레귤레이터 유형

조정기는 작동 및 연결 유형에 따라 다른 범주로 분류 될 수 있습니다.

Depending upon the type of regulation, 레귤레이터는 주로 라인 및 부하 레귤레이터의 두 가지 유형으로 나뉩니다.

Line Regulator − 입력 라인의 변동에도 불구하고 출력 전압을 일정하게 조절하는 레귤레이터를 Line regulator.
Load Regulator − 출력에서 부하의 변동에도 불구하고 출력 전압을 일정하게 조절하는 레귤레이터를 Load regulator.

Depending upon the type of connection, 전압 조정기에는 두 가지 유형이 있습니다. 그들은

직렬 전압 조정기
션트 전압 조정기

회로에서 그것들의 배열은 다음 그림과 같습니다.

다른 중요한 레귤레이터 유형을 살펴 보겠습니다.

제너 전압 조정기

제너 전압 조정기는 출력 전압을 조정하기 위해 제너 다이오드를 사용하는 조정기입니다. 우리는 이미 BASIC ELECTRONICS 튜토리얼에서 제너 다이오드에 대한 세부 사항을 논의했습니다.

제너 다이오드가 고장에서 작동하거나 Zener region, 그 양단의 전압은 실질적으로 constant 에 대한 large change of current그것을 통해. 이 특성은 제너 다이오드를good voltage regulator.

다음 그림은 간단한 제너 레귤레이터의 이미지를 보여줍니다.

인가 된 입력 전압 $ V_i $는 제너 전압 $ V_z $ 이상으로 증가하면 제너 다이오드는 항복 영역에서 작동하고 부하에 걸쳐 일정한 전압을 유지합니다. 직렬 제한 저항 $ R_s $는 입력 전류를 제한합니다.

제너 전압 조정기의 작동

제너 다이오드는 부하 변동 및 입력 전압 변동에도 불구하고 전압을 일정하게 유지합니다. 따라서 제너 전압 조정기의 작동을 이해하기 위해 4 가지 경우를 고려할 수 있습니다.

Case 1− 부하 전류 $ I_L $가 증가하면 직렬 저항 $ R_S $를 통해 전류를 일정하게 유지하기 위해 제너 다이오드 $ I_Z $를 통과하는 전류가 감소합니다. 출력 전압 Vo는 입력 전압 Vi와 직렬 저항 $ R_S $의 전압에 따라 달라집니다.

이것은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

$$ V_o = V_ {in} -IR_ {s} $$

$ I $는 상수입니다. 따라서 $ V_o $도 일정하게 유지됩니다.

Case 2− 부하 전류 $ I_L $이 감소하면 RS 직렬 저항을 통한 전류 $ I_S $가 일정하게 유지되므로 제너 다이오드 $ I_Z $를 통과하는 전류가 증가합니다. 제너 다이오드를 통한 전류 $ I_Z $가 증가하더라도 부하 전압을 일정하게 유지하는 일정한 출력 전압 $ V_Z $를 유지합니다.

Case 3− 입력 전압 $ V_i $가 증가하면 직렬 저항 RS를 통한 전류 $ I_S $가 증가합니다. 이것은 저항의 전압 강하를 증가시킵니다. 즉 $ V_S $가 증가합니다. 제너 다이오드 $ I_Z $를 통과하는 전류는 이에 따라 증가하지만 제너 다이오드 $ V_Z $의 전압은 일정하게 유지되어 출력 부하 전압을 일정하게 유지합니다.

Case 4− 입력 전압이 감소하면 직렬 저항을 통과하는 전류가 감소하여 제너 다이오드 $ I_Z $를 통과하는 전류가 감소합니다. 그러나 제너 다이오드는 그 특성으로 인해 출력 전압을 일정하게 유지합니다.

제너 전압 조정기의 한계

제너 전압 조정기에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 그들은-

고부하 전류에는 효율성이 떨어집니다.
제너 임피던스는 출력 전압에 약간 영향을 미칩니다.

따라서 제너 전압 조정기는 저전압 애플리케이션에 효과적인 것으로 간주됩니다. 이제 트랜지스터를 사용하여 만든 다른 유형의 전압 조정기를 살펴 보겠습니다.

트랜지스터 시리즈 전압 조정기

이 레귤레이터에는 제너 레귤레이터에 직렬로 연결된 트랜지스터와 부하에 병렬로 연결된 트랜지스터가 있습니다. 트랜지스터는 출력 전압을 일정하게 유지하기 위해 컬렉터 이미 터 전압을 조절하는 가변 저항으로 작동합니다. 아래 그림은 트랜지스터 직렬 전압 조정기를 보여줍니다.

입력 작동 조건에 따라 트랜지스터베이스를 통과하는 전류가 변경됩니다. 이것은 트랜지스터 $ V_ {BE} $의베이스 에미 터 접합에 걸리는 전압에 영향을 미칩니다. 출력 전압은 일정한 제너 전압 $ V_Z $에 의해 유지됩니다. 둘 다 동일하게 유지되기 때문에 입력 공급의 모든 변화는 이미 터 기본 전압 $ V_ {BE} $의 변화로 표시됩니다.

따라서 출력 전압 Vo는 다음과 같이 이해할 수 있습니다.

$$ V_O = V_Z + V_ {BE} $$

트랜지스터 시리즈 전압 조정기의 작동

직렬 전압 조정기의 작동은 입력 및 부하 변동에 대해 고려되어야합니다. 입력 전압이 증가하면 출력 전압도 증가합니다. 그러나 이것은 차례로 제너 전압 $ V_Z $가 일정하게 유지되므로 콜렉터베이스 접합 $ V_ {BE} $의 전압을 감소시킵니다. 에미 터 컬렉터 영역의 저항이 증가함에 따라 전도가 감소합니다. 이것은 콜렉터 에미 터 접합 VCE 양단의 전압을 추가로 증가시켜 출력 전압 $ V_O $를 감소시킵니다. 이것은 입력 전압이 감소 할 때 유사합니다.

부하가 변경되면 부하의 저항이 감소하여 부하 전류 $ I_L $가 증가하면 출력 전압 $ V_O $가 감소하여 이미 터 기본 전압 $ V_ {BE} $가 증가합니다.

이미 터 기본 전압 $ V_ {BE} $가 증가하면 전도가 증가하여 이미 터 콜렉터 저항이 감소합니다. 이것은 차례로 부하 저항의 감소를 보상하는 입력 전류를 증가시킵니다. 이것은 부하 전류가 증가 할 때 유사합니다.

트랜지스터 직렬 전압 조정기의 한계

트랜지스터 시리즈 전압 레귤레이터에는 다음과 같은 제한이 있습니다.

전압 $ V_ {BE} $ 및 $ V_Z $는 온도 상승의 영향을받습니다.
고전류에 대한 좋은 규제는 불가능합니다.
전력 손실이 높습니다.
전력 손실이 높습니다.
덜 효율적입니다.

이러한 제한을 최소화하기 위해 트랜지스터 션트 레귤레이터가 사용됩니다.

트랜지스터 분로 전압 조정기

트랜지스터 션트 레귤레이터 회로는 저항을 입력과 직렬로 연결하고베이스와 컬렉터가 부하와 병렬로 조절되는 제너 다이오드에 의해 연결된 트랜지스터를 연결하여 구성됩니다. 아래 그림은 트랜지스터 션트 레귤레이터의 회로도를 보여줍니다.

트랜지스터 분로 전압 조정기의 작동

입력 전압이 증가하면 $ V_ {BE} $ 및 $ V_O $도 증가합니다. 그러나 이것은 처음에 발생합니다. 실제로 $ V_ {in} $가 증가하면 현재 $ I_ {in} $도 증가합니다. 이 전류는 RS를 통해 흐를 때 직렬 저항에서 $ V_S $ 전압 강하를 유발하며 $ V_ {in} $와 함께 증가합니다. 그러나 이것은 $ V_o $를 감소시킵니다. 이제 $ V_o $의 감소는 초기 증가를 보상하여 일정하게 유지합니다. 따라서 $ V_o $는 일정하게 유지됩니다. 대신 출력 전압이 감소하면 그 반대가 발생합니다.

부하 저항이 감소하면 출력 전압 $ V_o $가 감소해야합니다. 부하를 통과하는 전류가 증가합니다. 이것은 트랜지스터의베이스 전류와 콜렉터 전류를 감소시킵니다. 직렬 저항의 전압은 전류가 많이 흐르기 때문에 낮아집니다. 입력 전류는 일정합니다.

출력 전압은 적용된 전압 $ V_i $와 직렬 전압 강하 $ V_s $ 사이의 차이로 나타납니다. 따라서 초기 감소를 보상하기 위해 출력 전압이 증가하여 일정하게 유지됩니다. 부하 저항이 증가하면 반대가 발생합니다.

IC 레귤레이터

전압 조정기는 현재 집적 회로 (IC)의 형태로 제공됩니다. 이를 간단히 IC 레귤레이터라고합니다.

일반 레귤레이터와 같은 기능과 함께 IC 레귤레이터에는 장치에 내장 된 열 보상, 단락 보호 및 서지 보호와 같은 속성이 있습니다.

IC 레귤레이터의 유형

IC 레귤레이터는 다음 유형이 될 수 있습니다.

고정 포지티브 전압 조정기
고정 네거티브 전압 조정기
조정 가능한 전압 조정기
이중 추적 전압 조정기

이제 자세히 살펴 보겠습니다.

고정 포지티브 전압 레귤레이터

이 레귤레이터의 출력은 특정 값으로 고정되고 값은 양수이므로 제공되는 출력 전압이 양의 전압임을 의미합니다.

가장 많이 사용되는 시리즈는 7800 시리즈이며 IC는 IC 7806, IC 7812 및 IC 7815 등과 같이 출력 전압으로 각각 + 6v, + 12v 및 + 15v를 제공합니다. 아래 그림은 고정 된 10v 포지티브 레귤레이션 출력 전압을 제공하기 위해 연결된 IC 7810을 보여줍니다.

위 그림에서 입력 커패시터 $ C_1 $는 원치 않는 발진을 방지하는 데 사용되며 출력 커패시터 $ C_2 $는 과도 응답을 개선하는 라인 필터 역할을합니다.

고정 네거티브 전압 레귤레이터

이 레귤레이터의 출력은 특정 값으로 고정되고 값은 음수이므로 제공된 출력 전압이 음의 전압임을 의미합니다.

가장 많이 사용되는 시리즈는 7900 시리즈이며 IC는 IC 7906, IC 7912 및 IC 7915 등과 같이 출력 전압으로 각각 -6v, -12v 및 -15v를 제공합니다. 아래 그림은 고정 된 10v 네거티브 레귤레이션 출력 전압을 제공하기 위해 연결된 IC 7910을 보여줍니다.

위 그림에서 입력 커패시터 $ C_1 $는 원치 않는 발진을 방지하는 데 사용되며 출력 커패시터 $ C_2 $는 과도 응답을 개선하는 라인 필터 역할을합니다.

가변 전압 조정기

조정 가능한 전압 조정기에는 3 개의 단자 IN, OUT 및 ADJ가 있습니다. 입력 및 출력 단자는 공통적 인 반면 조정 가능한 단자에는 출력이 넓은 범위에서 변할 수있는 가변 저항이 제공됩니다.

위의 그림은 일반적으로 사용되는 LM 317 조정 가능한 IC 조정기를 구동하는 조정되지 않은 전원 공급 장치를 보여줍니다. LM 317은 3 단자 포지티브 조정 가능한 전압 레귤레이터이며 1.25v ~ 37v의 조정 가능한 출력 범위에서 1.5A의 부하 전류를 공급할 수 있습니다.

이중 추적 전압 조정기

이중 추적 조정기는 분할 공급 전압이 필요할 때 사용됩니다. 이들은 동일한 양 및 음의 출력 전압을 제공합니다. 예를 들어 RC4195 IC는 + 15v 및 -15v의 DC 출력을 제공합니다. 이를 위해서는 양의 입력이 + 18v에서 + 30v까지 다양하고 음의 입력이 -18v에서 -30v까지 다양 할 수있는 것과 같이 두 가지 비 조절 된 입력 전압이 필요합니다.

위 이미지는 이중 추적 RC4195 IC 조정기를 보여줍니다. 조정 가능한 이중 택킹 레귤레이터도 사용할 수 있으며 출력이 두 정격 제한 사이에서 달라집니다.