رگولاتور چیست؟
در مدارهای الکترونیکی برای تنظیم ولتاژ از رگولاتور ولتاژ استفاده میشود. در این آموزش به بررسی رگولاتور ولتاژ و انواع آن می‌پردازیم. در صورتی که علاقمند به یادگیری بیشتر در این زمینه هستید می‌توانید دوره جامع الکترونیک کاربردی را نیز مشاهده کنید.
کلمه رگولاتور (regulator) برگرفته از فعل regulate به معنای تنظیم کردن است. بنابراین رگولاتور یعنی تنظیم کننده.وظیفه اصلی رگولاتور ولتاژ، تنظیم ولتاژ مدارات الکترونیکی در مقدار دلخواه است.فرض کنید یک مدار الکترونیکی با تغذیه ورودی 24 ولت داریم که شامل رله 12 ولت، ال سی دی 5 ولت و یک میکروکنترلر با ولتاژ تغذیه 3.3 ولت است. رگولاتور به ما این امکان را میدهد که تمامی این ولتاژها را با کمترین سطح اعوجاج بوسیله همان 24 ولت ورودی بسازیم.
انواع رگولاتور
رگولاتور خطی
رگولاتورهای خطی صرفا به صورت کاهشی عمل میکنند. در این رگولاتورها ولتاژ ورودی توسط مدارات ترانزیستوری به ولتاژی پایین تر از ولتاژ ورودی تبدیل می شود. در این حالت اضافه ولتاژ دو سر رگولاتور قرار گرفته و سبب اتلاف توان در رگولاتور (به صورت گرما و حرارت) میشود. از معــروف ترین رگولاتورهای خطی رگولاتورهای خانواده 78xx مانند رگولاتور 7805 است.
رگولاتور سوئیچینگ
در این رگولاتورها بر خلاف رگولاتورهای خطی اتلاف انرژی بسیار پایین بوده و کاهش یا افزایش ولتاژ توسط سلف و خازن که المان های ذخیره کننده انرژی هستند صورت میگیرد. از معایب رگولاتور سوئیچینگ نیاز به سلف و خازن بزرگ بر روی مدار است که باعث میشود هزینه ساخت افزایش یافته و فضای زیادی از برد اشغال شود. از معروف ترین رگولاتورهای سوئیچینگ رگولاتور MC34063 است.
رگولاتور ولتاژ ثابت (FIX)
در رگولاتورهای ولتاژ ثابت، ولتاژ خروجی همواره مقدار ثابتی است. به طور مثال خروجی رگولاتور 7805 همواره مقدار ثابت 5 ولت است.
رگولاتور ولتاژ متغیر (ADJ)
در این رگولاتورها ولتاژ خروجی رگولاتور توسط مقاومتهایی که بر روی پایه ADJ رگولاتور قرار میگیرند قابل تنظیم است.
رگولاتورهای معروف
رگولاتورهای خانواده 78xx
رگولاتورهای 78xx از خانواده رگولاتورهای خطی ولتاژ ثابت می باشند. اعدادی که در پارت نامبر این رگولاتور پس از 78 قرار میگیرند معرف ولتاژ خروجی رگولاتور هستند. به طور مثال خروجی رگولاتور 7805 مقدار +5 ولت و خروجی رگولاتور 7812 مقدار +12 ولت است. حداکثر جریان خروجی این رگولاتورها مقدار 1/5 آمپر است. دسته دیگری از این رگولاتورها، رگولاتورها 78LXX هستند. در این رگولاتورها حداکثر جریان خروجی 100mA است.
رگولاتورهای خانواده 79xx
رگولاتورهای 79xx از خانواده رگولاتورهای خطی ولتاژ ثابت می باشند. مشخصات این رگولاتورها مشابه رگولاتورهای 78xx می باشند ولی از این خانواده برای رگولاسیون ولتاژ منفی استفاده میگردد. به طور مثال خروجی رگولاتور 7905 مقدار5- ولت است. باید توجه داشت که ورودی این رگولاتورها نیز باید ولتاژ منفی باشد. به طور مثال برای دریافت ولتاژ 5- ولت در خروجی رگولاتور 7905 به ولتاژ ورودی 7- ولت یا کمتر نیاز است.
رگولاتورهای خانواده 1117
رگولاتورهای 1117 نیز از خانواده رگولاتورهای خطی میباشند. از این خانواده معمولا برای تولید ولتاژ خروجی کمتر از 5 ولت استفاده میشود. این رگولاتورها در دو نوع ولتاژ ثابت و ولتاژ متغیر قابل تهیه میباشند.
به طور مثال AMS1117-3.3 یک رگولاتور ولتاژ ثابت با خروجی 3/3 ولت و AMS1117-ADJ یک رگولاتور ولتاژ متغیر با خروجی حداکثر 15 ولت است. جریان خروجی این خانواده در حدود 800 میلی آمپر می‌باشد.
رگولاتور LM317
رگولاتور LM317 نیز از خانواده رگولاتورهای خطی ولی از نوع ولتاژ متغیر است. این رگولاتور قادر است ولتاژ خروجی از 1/25 ولت تا 37 ولت را با حداکثر جریان 1/5 آمپر در خروجی مهیا کند. از این رگولاتور میتوان به سادگی برای ساخت یک منبع تغذیه خانگی استفاده نمود.
رگولاتورهای خانواده LM2576
رگولاتورهای 2576 از گروه رگولاتورهای سوئیچینگ کاهنده با قابلیت جریان دهی بالا تا حدود 3 آمپر میباشند. این رگولاتورها در دو مدل HV و معمولی در بازار وجود دارند. حداکثر ولتاژ ورودی مدل های معمولی 40 ولت و برای مدل HV مقدار 60 ولت است.
این رگولاتورها در دو نوع ولتاژ ثابت و ولتاژ متغیر قابل تهیه اند. نوع ADJ (ولتاژ متغیر) این رگولاتور قادر است از ولتاژ 1/23 ولت تا ولتاژ 3 ولت کمتر از سطح ولتاژ ورودی را در خروجی تولید کند. این رگولاتور به صورت ماژول آماده (مدار کامل همراه با سلف و خازن) نیز در بازار قابل تهیه است.
خطی یا ســــوئیچینگ...؟
فرض کنید یک مدار الکتریکی با جریان مصرفی 100 میلی آمپر و ولتاژ تغذیه 5 ولت داریم. در صورتی که بخواهیم این مدار را توسط تغذیه 24 ولت راه اندازی کنیم، بهترین انتخاب کدام است؟ رگولاتورهای خطی یا رگولاتورهای سوئیچینگ؟
در رگولاتور خطی، اگر ولتاژ ورودی 24 ولت، ولتاژ خروجی 5 ولت و جریان مصرفی مدار 100 میلی آمپر باشد تلفات رگولاتور خطی برابر است با: (24-5)*100=1900mw
در این حالت لازم است که رگولاتور نزدیک به 2 وات انرژی را از طریق حرارت دفع کند. در صورت عدم استفاده از هیت سینک، این میزان تلفات حرارتی باعث میشود دمای رگولاتور تا حد زیادی افزایش یابد. این افزایش حرارت در برخی از رگولاتورها سبب سوختن رگولاتور و در برخی دیگر که حفاظت دمایی دارند سبب خاموش شدن رگولاتور میگردد.
مسلماً در رگولاتور سوئیچینگ مشکل حرارتی زیادی نخواهیم داشت چرا که تلفات رگولاتورهای سوئیچینگ ناچیز است.
مشکل اصلی در رگولاتورهای سوئیچینگ محاسبه سلف و خازن، هزینه بیشتر نسبت به رگولاتور خطی و نویز ناشی از سلف در مدارات رادیویی است.
خوشبختانه برای محاسبه سلف و خازن رگولاتورهای مختلف، نرم افزارهای آنلاین بسیاری وجود دارد. که میتوان به سادگی با یک کلیک مقادیر مطلوب سلف و خازن را محاسبه نمود.
پس در صورتی که اختلاف ولتاژ ورودی و خروجی رگولاتور زیاد است توصیه میشود حتماً از رگولاتور سوئیچینگ در مدار استفاده شود.
نتیجه گیری و مقایسه
|
|
رگولاتور خطی
|
رگولاتور سوئیچینگ
|
|---|---|---|
|
راندمان
|
پایین تا متوسط
|
بالا
|
|
پیچیدگی طراحی
|
ساده
|
متوسط
|
|
ابعاد
|
در توان پایین کوچک
|
در توان بالا نسبت به خطی کوچکتر است.
|
|
هزینه
|
کم
|
متوسط
|
|
ریپل، نویز و EMI
|
بسیارکم
|
زیاد
|
دیدگاهتان را بنویسید