전압 조절기

Voltage regulator
집적회로 전압 레귤레이터

전압 조절기는 정전압을 자동으로 유지하도록 설계된 시스템입니다.전압조절기는 단순한 피드포워드 설계를 사용할 수도 있고 마이너스 피드백을 포함할 수도 있습니다.전기 기계 장치 또는 전자 부품을 사용할 수 있습니다.설계에 따라 1개 이상의 AC 또는 DC 전압을 조절하는 데 사용할 수 있습니다.

전자전압조절기는 컴퓨터 전원장치 등 프로세서와 기타 소자에 의해 사용되는 DC전압을 안정시키는 장치에 있습니다.자동차 교류발전기 및 중앙 발전소 발전 플랜트에서는 전압 조절기가 발전소의 출력을 제어합니다.배전시스템에서 전압조절기는 변전소 또는 배전선을 따라 설치되어 모든 고객이 배전선에서 소비되는 전력량에 관계없이 일정한 전압을 공급받을 수 있다.

전자 전압 조절기

간단한 전압/전류 조절기는 다이오드(또는 다이오드 시리즈)와 직렬로 저항기에서 만들 수 있습니다.다이오드 V-I 곡선의 로그 모양 때문에 다이오드 전체의 전압은 요구된 전류의 변화 또는 입력의 변화로 인해 약간만 변화합니다.정밀한 전압 제어와 효율이 중요하지 않은 경우 이 설계는 문제가 없을 수 있습니다.다이오드의 순방향 전압은 작기 때문에 이런 종류의 전압 조절기는 저전압 조절 출력에만 적합합니다.더 높은 전압 출력이 필요한 경우 제너 다이오드 또는 일련의 제너 다이오드를 사용할 수 있습니다.제너 다이오드 레귤레이터는 제너 다이오드의 고정 반전 전압을 사용합니다.이 전압은 매우 클 수 있습니다.

피드백 전압 조절기는 실제 출력 전압을 일정한 기준 전압과 비교하여 작동합니다.그 차이는 증폭되어 전압오차를 저감하도록 조정소자를 제어하기 위해 사용된다.이는 음의 피드백 제어 루프를 형성합니다. 개방 루프 게인을 증가시키면 조절 정확도는 높아지지만 안정성은 저하되는 경향이 있습니다(안정성은 스텝 변경 시 진동 또는 링잉을 회피하는 것입니다).또한 안정성과 변화에 대한 반응 속도 사이의 균형도 있을 것이다.출력 전압이 너무 낮은 경우(입력 전압 감소 또는 로드 전류 증가로 인해), 조정 소자는 입력 전압(선형 직렬 레귤레이터 및 벅 스위칭 레귤레이터의 경우)을 덜 떨어뜨리거나 입력 전류를 더 오래 끌도록(부스트 유형 스위칭) 조정 소자에 명령됩니다.힌지 조절기). 출력 전압이 너무 높을 경우 조절 소자는 일반적으로 낮은 전압을 생성하도록 명령됩니다.그러나 많은 레귤레이터는 과전류 보호 기능을 갖추고 있어 출력 전류가 너무 높으면 전류 소싱을 완전히 중지(또는 어떤 방식으로든 전류를 제한)하고 입력 전압이 지정된 범위를 벗어나면 일부 레귤레이터가 셧다운될 수도 있습니다(크로바 회로 참조).

전기 기계식 조절기

간단한 전기 기계식 전압 조절기를 위한 회로 설계
전환용 전기기계 릴레이를 사용하는 전압 안정기
시간 척도의 전압 출력 그래프

전기기계식 레귤레이터에서는 검지 와이어를 감아 전자석을 만드는 것으로 전압조절을 용이하게 할 수 있다.전류에 의해 생성된 자기장은 스프링 장력 또는 중력에 의해 억제된 움직이는 철심을 끌어당깁니다.전압이 증가하면 전류도 증가하여 코일에 의해 생성되는 자기장을 강화하고 코어를 필드 쪽으로 당깁니다.자석은 기계식 전원 스위치에 물리적으로 연결되어 있으며, 이 스위치는 자석이 필드 안으로 이동할 때 열립니다.전압이 감소하면 전류도 감소하여 스프링 장력 또는 코어의 중량을 방출하고 코어를 수축시킵니다.그러면 스위치가 닫히고 전력이 다시 흐를 수 있습니다.

기계식 레귤레이터 설계가 작은 전압 변동에 민감할 경우 솔레노이드 코어의 움직임을 사용하여 셀렉터 스위치를 저항 범위 또는 변압기 권선에 걸쳐 이동하여 출력 전압을 점진적으로 상승 또는 하강시키거나 이동 코일 AC 레귤레이터의 위치를 회전시킬 수 있습니다.

초기 자동차 발전기와 교류 발전기에는 1개, 2개 또는 3개의 릴레이를 사용하는 기계적 전압 조절기와 다양한 저항을 사용하여 발전기의 출력을 6.7 또는 13.4V보다 약간 더 큰 전압으로 안정시켜 엔진의 rpm이나 차량의 전기 시스템의 다양한 부하와 무관하게 배터리를 유지했습니다.릴레이는 회전 기계에서 발생하는 자기장의 강도를 결정하는 회전 기계에서 발생하는 평균 자기장 전류를 제어하여 발전기의 전압 출력을 조절하여 전류 펄스의 폭을 변조하여 rpm당 출력 전압을 결정합니다.앞에서 설명한 펄스 전압을 평활하는 데 캐패시터가 사용되지 않습니다.계자 코일의 큰 인덕턴스는 자기장으로 전달되는 에너지를 철심에 저장하기 때문에 펄스된 계자 전류가 계자만큼 강하게 펄스되지 않습니다.두 유형의 회전 기계 모두 스테이터의 코일에 교류 전류를 유도하는 회전 자기장을 생성합니다.발전기는 구리 세그먼트에서 작동하는 기계적 정류자, 흑연 브러시를 사용하여 전압이 역전될 때 샤프트 각도로 외부 연결을 전환하여 생성된 AC를 DC로 변환합니다.교류발전기는 마모되지 않고 교체가 필요한 정류기를 사용하여 동일한 목표를 달성합니다.

현재 현대 설계에서는 릴레이가 전기 기계식 조절기에서 수행하는 것과 동일한 기능을 수행하기 위해 솔리드 스테이트 기술(트랜지스터)을 사용합니다.

전기 기계식 조절기는 주 전압 안정화를 위해 사용됩니다. 아래의 AC 전압 안정기를 참조하십시오.

자동 전압 조절기

발전기용 전압 조절기

발전소, 선박용 전력 생산 또는 대기 전력 시스템에서 사용되는 발전기에는 발전기의 부하 변화에 따라 전압을 안정시키기 위한 자동 전압 조절기(AVR)가 있습니다.발전기를 위한 최초의 AVR은 전기 기계 시스템이었지만, 현대의 AVR은 솔리드 스테이트 장치를 사용한다.AVR은 제너레이터의 출력 전압을 측정하고, 그 출력을 설정점과 비교하여 제너레이터의 여자 조정에 사용되는 오류 신호를 생성하는 피드백 제어 시스템입니다.발전기의 계자권선 내 여자전류가 증가함에 따라 발전기의 단자전압도 상승한다.AVR은 전력 전자 장치를 사용하여 전류를 제어합니다. 일반적으로 제너레이터 출력의 일부분이 필드 권선에 전류를 공급하는 데 사용됩니다.발전기가 전기 전송 그리드와 같은 다른 소스와 병렬로 연결되어 있는 경우, 여진 변경은 연결된 전력 시스템에 의해 대부분 설정되는 단자 전압보다 발전기에 의해 생성된 무효 전력에 더 큰 영향을 미칩니다.복수의 발전기가 병렬로 접속되어 있는 경우, AVR 시스템에는, 모든 발전기가 같은 [1]역률로 동작하도록 하는 회로가 있습니다.그리드에 연결된 발전소의 AVR에는 갑작스런 부하 손실이나 고장으로 인한 업셋으로부터 전기 그리드를 안정시키는 추가 제어 기능이 있을 수 있습니다.

교류 전압 안정기

코일 회전 AC 전압 조절기

회전 코일 AC 전압 조절기의 기본 설계 원리 및 회로도

이것은 1920년대에 사용된 오래된 유형의 레귤레이터로, 바리오커플러와 마찬가지로 고정 코일과 평행한 축으로 회전할 수 있는 고정 위치 필드 코일 및 제2 필드 코일의 원리를 사용합니다.

가동 코일이 고정 코일에 수직으로 위치하면 가동 코일에 작용하는 자력이 서로 균형을 이루며 전압 출력은 변하지 않습니다.코일을 중심 위치에서 한 방향으로 또는 다른 방향으로 회전시키면 보조 가동 코일의 전압이 증가하거나 감소합니다.

이 유형의 조절기는 서보 제어 메커니즘을 통해 자동화할 수 있으며, 가동 코일 위치를 전진시켜 전압을 증가 또는 감소시킬 수 있습니다.제동기구 또는 고비율 기어는 회전코일을 이동코일에 작용하는 강력한 자력에 대해 제자리에 유지하기 위해 사용된다.

자기 주전원 조절기

전기 기계

전압 안정기 또는 탭 체인저라고 불리는 전기 기계식 조절기도 AC 배전선의 전압을 조절하기 위해 사용되었습니다.이러한 조절기는 서보메카니컬을 사용하여 여러 탭이 있는 자동 트랜스폼에서 적절한 탭을 선택하거나 연속 가변 자동 트랜스폼에서 와이퍼를 움직여 작동합니다.출력 전압이 허용 범위를 벗어나면 서보메카니즘은 탭을 전환하여 변압기의 회전비를 변경하여 2차 전압을 허용 영역으로 이동합니다.제어장치는 컨트롤러가 작동하지 않는 데드밴드를 제공하여 허용 가능한 소량의 차이가 있기 때문에 컨트롤러가 전압("헌팅")을 지속적으로 조정하는 것을 방지합니다.

정전압 변압기

강수지 변압기, 강수지 조절기 또는 정전압 변압기는 전압 조절기로 사용되는 포화 변압기의 한 종류입니다.이러한 변압기는 고전압 공진 권선과 캐패시터로 구성된 탱크 회로를 사용하여 다양한 입력 전류 또는 다양한 부하로 거의 일정한 평균 출력 전압을 생성합니다.이 회로는 마그넷 션트의 한쪽에는 1차 회로 코일이 있고 다른 한쪽에는 2차 회로 코일이 있습니다.이 조절은 2차 부분의 자기 포화도에 기인한다.

강수지 접근법은 탱크 회로의 사각 루프 포화 특성에 의존하여 평균 입력 전압의 변화를 흡수하는 활성 성분이 없기 때문에 매력적이다.포화 변압기는 AC 전원을 안정시키기 위한 단순하고 견고한 방법을 제공합니다.

기존의 강공진 변압기 설계에서는 고조파 함량이 높은 출력이 발생하여 출력 파형이 왜곡되었습니다.최신 장치는 완벽한 사인파를 구성하는 데 사용됩니다.강수지 작용은 전압 조절기가 아닌 플럭스 리미터이지만 고정 공급 주파수를 사용하면 입력 전압이 크게 변동하더라도 평균 출력 전압을 거의 일정하게 유지할 수 있습니다.

강수지 변압기는 정전압 변압기(CVT) 또는 "페로스"라고도 하며 높은 절연과 고유의 단락 보호를 제공하기 때문에 양호한 서지 억제기입니다.

강수지 변압기는 입력전압범위 ±40% 이상의 공칭전압으로 동작할 수 있다.

출력 역률은 절반에서 최대 부하까지 0.96 이상의 범위를 유지합니다.

출력 전압 파형을 재생성하기 때문에 일반적으로 4% 미만인 출력 왜곡은 노치를 비롯한 입력 전압 왜곡과는 무관합니다.

최대 부하에서의 효율은 일반적으로 89% ~93% 범위입니다.그러나 저부하에서는 효율이 60% 이하로 떨어질 수 있습니다.CVT가 모터, 변압기 또는 자석과 같이 중간에서 높은 돌입 전류를 가진 애플리케이션에서 사용되는 경우에도 전류 제한 기능은 핸디캡이 됩니다.이 경우 CVT는 피크 전류를 수용할 수 있도록 크기를 조정해야 합니다.따라서 CVT는 저부하 및 저효율로 동작해야 합니다.

변압기와 콘덴서는 매우 신뢰할 수 있으므로 최소한의 유지보수가 필요합니다.일부 장치에는 다중 캐패시터가 포함되어 있어 장치 성능에 현저한 영향을 주지 않고 검사 사이에 여러 캐패시터가 고장날 수 있습니다.

출력전압은 공급주파수가 1% 변화할 때마다 약 1.2% 변화합니다.예를 들어, 발생기 주파수가 2Hz로 매우 크면 출력 전압 변화가 4%에 불과하며, 이는 대부분의 부하에 거의 영향을 미치지 않습니다.

모든 중성 컴포넌트를 포함하여 감쇠할 필요 없이 100% 단상 스위치 모드 전원 로드를 허용합니다.

입력 전류 왜곡은 100% 이상의 전류 THD로 비선형 부하를 공급하는 경우에도 8% THD 미만으로 유지됩니다.

CVT의 단점은 큰 크기, 들리는 윙윙거리는 소리, 포화상태로 인한 높은 발열량입니다.

상업용

긴 AC 배전선의 전압을 제어하기 위해 사용되는 3상 전압 조절기 뱅크.이 둑은 나무 기둥 구조 위에 세워져 있다.각 레귤레이터의 무게는 약 1200kg이며 정격은 576kVA입니다.

전압 조절기 또는 안정기는 주전원의 전압 변동을 보정하는 데 사용됩니다.대형 레귤레이터는 배전 라인에 영구적으로 설치할 수 있습니다.소형 휴대용 조절기는 민감한 장비와 콘센트 사이에 꽂을 수 있습니다.부하 변화에 대해 일정한 전압을 유지하기 위한 발전기 세트의 자동 전압 조절기.전압 조절기는 부하의 변화를 보상합니다.상용 전압 조절기는 일반적으로 150~240V 또는 90~280V와 같은 다양한 전압 범위에서 작동합니다.

직류 전압 안정기

많은 간단한 DC 전원 공급기는 직렬 또는 션트 조절기를 사용하여 전압을 조절하지만 대부분은 제너 다이오드, 눈사태 파괴 다이오드 또는 전압 조절기 튜브와 같은 션트 조절기를 사용하여 전압 기준을 적용합니다.이들 소자는 각각 지정된 전압에서 전도하기 시작하여 이상적이지 않은 전원에서 접지로 여분의 전류를 전환함으로써 해당 단자 전압을 유지하는 데 필요한 만큼의 전류를 전도합니다(대부분의 경우 초과 에너지를 방산하기 위해 상대적으로 낮은 값의 저항을 통해).전원 공급기는 션트 조절 장치의 안전한 작동 능력 내에 있는 최대 전류만 공급하도록 설계되었습니다.

스태빌라이저가 더 많은 전력을 공급해야 하는 경우 션트 레귤레이터 출력은 전압 안정기로 알려진 전자 장치의 표준 전압 기준을 제공하는 데만 사용됩니다.전압 안정기는 요구 시 훨씬 더 큰 전류를 공급할 수 있는 전자 장치입니다.

액티브 레귤레이터

액티브 레귤레이터는 트랜지스터 또는 오퍼레이션앰프와 같은 액티브(증폭) 컴포넌트를 1개 이상 사용합니다.션트 레귤레이터는 (항상 그렇지는 않지만) 수동적이고 단순하지만 부하에 사용할 수 없는 과도한 전류를 덤프하기 때문에 항상 비효율적입니다.더 많은 전력을 공급해야 할 경우에는 더 정교한 회로가 사용됩니다.일반적으로 이러한 활성 규제 기관은 몇 가지 등급으로 나눌 수 있습니다.

  • 리니어 시리즈 레귤러
  • 스위칭 레귤레이터
  • SCR 규제 기관

리니어 레귤레이터

주요 기사: 리니어 레귤레이터

선형 레귤레이터는 선형 영역에서 작동하는 장치를 기반으로 합니다(반대로 스위칭 레귤레이터는 온/오프 스위치로 작동하도록 강제된 장치를 기반으로 합니다).선형 규제 기관도 두 가지 유형으로 분류됩니다.

  1. 시리즈 레귤레이터
  2. 션트 레귤레이터

과거에는 하나 이상의 진공관이 가변 저항으로 일반적으로 사용되었습니다.현대 설계에서는 집적회로 내에서 하나 이상의 트랜지스터를 대신 사용합니다.선형 설계는 DC 출력에 노이즈가 거의 없는 매우 "깨끗한" 출력을 제공하지만, 대부분의 경우 효율성이 훨씬 떨어지고 스위치드 전원과 같이 입력 전압을 올리거나 반전시킬 수 없습니다.모든 선형 조절기는 출력보다 높은 입력을 요구합니다.입력 전압이 원하는 출력 전압에 근접하면 조절기가 "드롭아웃"됩니다.이러한 현상이 발생하는 출력 전압 차이에 대한 입력을 레귤레이터의 드롭아웃 전압이라고 합니다.Low-Dropout Regulator(LDO; 저드롭아웃 레귤레이터)를 사용하면 입력전압을 크게 낮출 수 있습니다(즉, 기존의 선형 레귤레이터보다 에너지 낭비가 적습니다).

전체 선형 조절기를 집적 회로로 사용할 수 있습니다.이러한 칩은 고정 전압 타입 또는 조정 가능한 전압 타입이 있습니다.집적회로의 예로는 723 범용 레귤레이터 및 78xx/79xx 시리즈가 있습니다.

스위칭 레귤레이터

다음 항목도 참조하십시오.스위치 모드 전원 장치
스위칭 레귤레이터 집적회로 LM2676, 3A 스텝다운 컨버터

스위칭 레귤레이터는 직렬 장치를 빠르게 켜고 끕니다.스위치의 듀티 사이클은 부하로 전송되는 전하량을 설정합니다.이는 선형 조절기와 유사한 피드백 메커니즘에 의해 제어됩니다.직렬 소자는 완전히 전도되거나 꺼지기 때문에 전력이 거의 소산되지 않습니다.이것이 스위칭 설계의 효율을 높입니다.스위칭 레귤레이터는 입력보다 높거나 반대 극성의 출력 전압을 생성할 수도 있습니다.이것은 선형 설계에서는 불가능한 것입니다.스위치드 레귤레이터에서 패스 트랜지스터는 "제어 스위치"로 사용되며 컷오프 또는 포화 상태에서 동작합니다.따라서 패스 디바이스를 통해 전송되는 전력은 정상 전류 흐름이 아닌 이산 펄스입니다.패스 디바이스가 저임피던스 스위치로 동작하기 때문에 효율이 높아집니다.통과 장치가 컷오프 상태이면 전류가 흐르지 않고 전력이 소산되지 않습니다.통과 장치가 포화 상태일 때 통과 장치에 무시해도 될 정도의 전압 강하가 나타나며, 따라서 소량의 평균 전력만 소산되어 부하에 최대 전류를 공급합니다.어느 경우든 패스 장치에서 낭비되는 전력은 매우 적고 거의 모든 전력이 부하로 전달된다.따라서 스위치 모드 전원 장치의 효율은 70~90%의 범위에서 현저하게 높아집니다.

스위치 모드 조절기는 펄스 폭 변조를 사용하여 출력 전압의 평균 값을 제어합니다.반복 펄스 파형의 평균 값은 파형 아래 영역에 따라 달라집니다.듀티 사이클이 변화하면 전압의 평균값도 비례적으로 변화합니다.

리니어 레귤레이터와 마찬가지로 거의 완전한 스위칭 레귤레이터도 집적회로로 사용할 수 있습니다.리니어 레귤레이터와 달리, 일반적으로 에너지 저장 [2][3]요소 역할을 하는 인덕터가 필요합니다.IC 조절기는 기준 전압 소스, 오류 op-amp, 통과 트랜지스터와 단락 전류 제한 및 열 과부하 보호를 결합합니다.

리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터의 비교

정류기를 사용하여 간단한 DC 전원 공급 장치를 만들 수 있습니다.그러나 입력 또는 부하 변화로 인해 어려움을 겪습니다.이를 통해 리니어 레귤레이터(직렬/분사) 회로*의 개발이 시작되었습니다.선형 조절기는 입력 전압 변화를 상쇄하기 위해 저항을 변화시킴으로써 전압을 일정하게 유지합니다.그러나 이 시스템의 효율은 떨어진다.그것들은 무겁고 모든 애플리케이션에 대해 선택될 만큼 유연하지 않습니다.따라서 Switched Mode Power Supply(SMPS; 스위치 모드 전원 장치)가 설계되었습니다.

SMPS는 듀티 사이클이 다양한 고주파 스위치를 사용하여 출력 전압을 유지합니다.스위칭에 의해 발생하는 출력 전압 변동은 LC 필터에 의해 필터링됩니다.스위치드 모드 전원 시스템은 밸브 또는 튜브 카 라디오가 대규모 HT 공급을 필요로 하는 시대에 유래했습니다.예를 들어, 무선은 보통 12 V DC의 자동차 전력 시스템에서 150 V DC를 생성해야 합니다.오늘날 우리는 대부분의 전자제품에서 SMPS 애플리케이션을 볼 수 있습니다.

스위치 모드 전원 장치는 기본적으로 DC-DC 컨버터입니다.입력이 AC인 경우 먼저 입력이 DC 전압으로 정류됩니다.따라서 SMPS에는 입력에 따라 2단계(DC-AC, AC-DC) 또는 3단계(AC-DC, DC-AC, AC-DC)가 있습니다.

두 가지 유형의 규제 기관에는 서로 다른 장점이 있습니다.

  • 리니어 레귤레이터는 낮은 출력 노이즈(및 낮은 RFI 방사 노이즈)가 필요한 경우에 최적
  • 입력 및 출력 장애에 대한 신속한 대응이 필요한 경우 선형 조절기가 최적
  • 저전력 레벨에서는, 리니어 레귤레이터가 저렴해, 프린트 기판의 공간도 적게 차지합니다.
  • 스위칭 레귤레이터는 전력 효율이 중요한 경우(노트북 컴퓨터 등)에 최적입니다.단, 스위칭 회로의 복잡성과 접점 캐패시턴스 충전 전류가 높은 경우, 소수의 경우(5V 마이크로프로세서 등)에는 리니어 레귤레이터가 효율적입니다.스위칭 레귤레이터 대기 전류)
  • 스위칭 레귤레이터는 전원장치만 DC전압이고 높은 출력전압이 필요한 경우에 필요합니다.
  • 몇 와트 이상의 전력 레벨에서는 스위칭 레귤레이터가 저렴합니다(예를 들어 발생하는 열 제거 비용 절감).

SCR 규제 기관

AC 전원 회로에서 전원을 공급받는 레귤레이터는 직렬 장치로 실리콘 제어 정류기(SCR)를 사용할 수 있습니다.출력 전압이 원하는 값보다 낮을 때마다 SCR이 트리거되어 AC 주전압이 0을 통과할 때까지(반주기 종료) 로드로 전기가 흐를 수 있습니다.SCR 레귤레이터는 매우 효율적이며 매우 단순하다는 장점이 있지만, 지속적인 반주기 전도를 종료할 수 없기 때문에 빠르게 변화하는 부하에 대응하여 매우 정확한 전압 조절을 할 수 없습니다.다른 대안으로 SCR 션트 레귤레이터가 있습니다. 이 레귤레이터는 레귤레이터 출력을 트리거로 사용합니다.직렬 및 션트 설계 모두 노이즈가 있지만 장치의 저항이 낮기 때문에 강력합니다.

조합 또는 하이브리드 규제 기관

많은 전원 장치에서는 여러 가지 조정 방법을 연속적으로 사용합니다.예를 들어 스위칭 레귤레이터로부터의 출력은 리니어 레귤레이터에 의해 더욱 조정될 수 있다.스위칭 레귤레이터는 광범위한 입력 전압을 받아 최종적으로 원하는 출력보다 약간 높은(어느 정도 노이즈가 있는) 전압을 효율적으로 생성합니다.그 다음에 정확히 원하는 전압을 생성하고 스위칭 레귤레이터에 의해 발생하는 거의 모든 노이즈를 제거하는 선형 레귤레이터가 이어집니다.다른 설계에서는 SCR 조절기를 "사전 조절기"로 사용할 수 있으며, 그 다음에 다른 유형의 조절기를 사용할 수 있습니다.가변전압의 정확한 출력전원을 효율적으로 작성하는 방법은 멀티탭 변압기와 조정 가능한 선형 포스트 레귤레이터를 조합하는 것입니다.

선형 조절기의 예

트랜지스터 레귤레이터

가장 간단한 경우, 이미터 팔로어라고도 하는 공통 컬렉터 앰프가 전압 기준에 직접 연결된 조절 트랜지스터의 베이스와 함께 사용됩니다.

Voltage stabiliser transistor, IEC symbols.svg

간이 트랜지스터 레귤레이터는 U가 U를 충분한out 여유만큼 초과하고 트랜지스터의 파워핸들링 용량이 초과하지 않는 한in 전원전압in U의 변화 및 부하L R의 변화에 대해 비교적 일정한 출력전압out U를 제공한다.

스태빌라이저의 출력전압은 제너다이오드전압에서 트랜지스터의 베이스에미터전압(UZ - UBE)을 뺀 값입니다.여기서BE U는 부하전류에 따라 실리콘 트랜지스터의 경우 보통 약 0.7V입니다.부하에 의해 끌어오는 전류가 증가하는 등 외부적인 이유로 출력 전압이 떨어지면(콜렉터-이미터 전압이 감소하여 KVL이 관찰됨), 트랜지스터의 베이스-이미터 전압(UBE)이 증가하여 트랜지스터를 더욱 켜고 더 많은 전류를 공급하여 부하 전압을 다시 증가시킵니다.

R은v 제너 다이오드와 트랜지스터 모두에 바이어스 전류를 제공합니다.부하 전류가 최대일 때 다이오드의 전류는 최소입니다.회로 설계자는 R 전체에서v 허용 가능한 최소 전압을 선택해야 합니다.이 전압 요건이 높을수록 필요한 입력in 전압 U가 높아지기 때문에 레귤레이터의 효율이 낮아집니다.한편, R의 값이v 작을수록 다이오드의 전력 소산이 증가하고 레귤레이터 [4]특성이 저하됩니다.

R은 다음과 같이 지정됩니다v.

어디에

최소R V는 R에 걸쳐v 유지되는 최소 전압이다.
최소D I는 제너 다이오드를 통해 유지되는 최소 전류입니다.
maxL I는 최대 설계 부하 전류입니다.
h는FE 트랜지스터의 순방향B 전류 [4]게인C(I/I)입니다.

OP 앰프가 있는 조절기

OP 앰프를 사용하면 출력 전압의 안정성을 크게 높일 수 있습니다.

Voltage stabiliser OA, IEC symbols.svg

이 경우 반전 입력의 전압이 비반전 입력의 전압 기준 출력 아래로 떨어지면 연산증폭기가 더 많은 전류로 트랜지스터를 구동합니다.분압기(R1, R2 및 R3)를 사용하면 U와in U 사이에서z 임의 출력 전압을 선택할 수 있습니다.

규제사양

출력 전압은 지정된 한계 내에서만 일정하게 유지할 수 있습니다.규정은 다음 두 가지 측정으로 지정됩니다.

  • 부하 조절은 부하 전류의 특정 변화에 대한 출력 전압의 변화입니다(예: "일반적으로 15mV, 특정 온도 및 입력 전압에서 5mA와 1.4A 사이의 부하 전류의 경우 최대 100mV").
  • 라인 조절 또는 입력 조절은 입력(공급) 전압 변화에 따라 출력 전압이 변화하는 정도(예: "일반적으로 13mV/V") 또는 지정된 입력 전압 범위 전체에 걸쳐 출력 전압이 변화하는 정도(예: "90~260V, 50~60Hz 사이의 입력 전압의 경우 2% 추가 또는 마이너스)입니다.).

기타 중요한 파라미터는 다음과 같습니다.

  • 출력 전압의 온도 계수는 온도에 따른 변화입니다(아마도 주어진 온도 범위에서 평균).
  • 전압 조절기의 초기 정확도(또는 단순히 "전압 정확도")는 온도나 출력 정확도에 대한 에이징 효과를 고려하지 않고 고정 조절기의 출력 전압 오류를 반영합니다.
  • 드롭아웃 전압은 레귤레이터가 지정된 전류를 공급할 수 있는 입력 전압과 출력 전압 사이의 최소 차이입니다.전압 레귤레이터가 더 이상 조절을 유지하지 않는 입출력 차이는 드롭아웃 전압입니다.입력 전압이 추가로 감소하면 출력 전압이 감소합니다.이 값은 부하 전류 및 접점 온도에 따라 달라집니다.
  • 돌입 전류 또는 입력 서지 전류 또는 스위치 온 서지는 처음 전원을 켤 때 전기 장치에 의해 끌어오는 최대 순간 입력 전류입니다.돌입 전류는 보통 0.5초 또는 몇 밀리초 동안 지속되지만, 종종 매우 높기 때문에 특히 돌입 전류 보호가 없는 경우 컴포넌트를 점차(수개월 또는 수년에 걸쳐) 열화 및 연소시킬 수 있기 때문에 위험합니다.자동 전압 조절기의 교류 변압기 또는 전기 모터는 처음 통전되거나 전원을 켤 때 입력 파형의 몇 사이클 동안 일반적인 최대 부하 전류의 몇 배에 해당하는 전류를 소비하고 출력할 수 있습니다.또한 전력 변환기는 입력 캐패시턴스의 충전 전류 때문에 정상 상태 전류보다 훨씬 높은 돌입 전류를 갖는 경우가 많습니다.
  • 절대 최대 정격은 레귤레이터 구성요소에 대해 정의되며, 사용할 수 있는 연속 및 피크 출력 전류(때로는 내부적으로 제한됨), 최대 입력 전압, 특정 온도에서의 최대 전력 소산 등을 지정합니다.
  • 출력 노이즈(열백색 노이즈) 및 출력 동적 임피던스는 그래프 대 주파수로 지정할 수 있으며 출력 리플 노이즈('험' 또는 스위치 모드 '해시' 노이즈)는 피크 대 피크 또는 RMS 전압 또는 스펙트럼으로 지정할 수 있습니다.
  • 레귤레이터 회로의 대기 전류는 부하가 연결되지 않은 상태에서 일반적으로 입력 전류로 측정되며 비효율의 원인이 됩니다(놀랍게도 일부 선형 레귤레이터는 스위치 모드 설계보다 매우 낮은 전류 부하에서 더 효율적입니다).
  • 과도 응답은 부하 전류(부하 과도라고 함) 또는 입력 전압(라인 과도라고 함)의 급격한 변화가 발생할 때 조절기가 반응하는 것입니다.일부 규제기관은 진동하거나 응답 시간이 느리기 때문에 경우에 따라서는 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.이 값은 안정적인 상황 정의이므로 규제 매개변수와 다릅니다.과도 응답은 변경 시 규제자의 동작을 나타냅니다.이 데이터는 일반적으로 레귤레이터의 기술 문서에 제공되며 출력 캐패시턴스에 따라 달라집니다.
  • 미러 이미지 삽입 보호는 입력 단자가 저전압, 무전압 또는 접지 상태일 때 일반적으로 레귤레이터의 최대 입력 전압보다 높지 않은 전압이 출력 핀에 인가될 때 사용하도록 레귤레이터가 설계되었음을 의미합니다.일부 규제 당국은 이 상황을 지속적으로 견딜 수 있습니다.다른 사용자는 60초(일반적으로 데이터 시트에 지정됨)와 같이 제한된 시간 동안만 관리할 수 있습니다.예를 들어 3개의 단자 레귤레이터가 PCB에 잘못 장착되어 있고 출력 단자가 규제되지 않은 DC 입력에 연결되어 있고 입력이 부하에 연결되어 있는 경우 이 상황이 발생할 수 있습니다.미러 이미지 삽입 보호는 배터리 충전 회로에서 조절기 회로를 사용할 때, 외부 전원이 차단되거나 켜지지 않고 출력 단자가 배터리 전압을 유지하는 경우에도 중요합니다.

참고 항목

레퍼런스

  1. ^ 도널드 G.Fink, H. Wayne Beatty, 전기공학자를 위한 표준 핸드북 제11판, 맥그로힐, 1978, ISBN0-07-020974-X, 7-30페이지
  2. ^ Texas Instruments LM2825 Integrated Power Supply 1 A DC-DC Converter, retrieved 2010-09-19
  3. ^ Linear Technology μModule Regulators, retrieved 2011-03-08
  4. ^ a b Alley, Charles; Atwood, Kenneth (1973). Electronic Engineering. New York and London: John Wiley & Sons. p. 534. ISBN 0-471-02450-3.

추가 정보

Wikimedia Commons에는 전압 조절기와 관련된 미디어가 있습니다.
  • 리니어 & 스위칭 전압 레귤레이터 핸드북, 온반도체, 118페이지, 2002년, HB206/D.(PDF 다운로드 무료)