ما در این مقاله قصد داریم تا درباره رگولاتور سوئیچینگ صحبت کرده و انواع رگولاتور سوئیچینگ را به شما معرفی نماییم. همچنین درباره انواع آیسی رگولاتور سوئیچینگ به مختصر توضیح دهیم.
رگولاتورها توانایی تامین ولتاژ خروجی ثابت را دارند که از ولتاژ ورودی بالاتر یا کمتر بوده و برای تامین برق قطعات در طرحهایی با ولتاژهای مختلف استفاده می شوند. رگولاتورها همچنین به عنوان منبع تغذیه سنتی نیز مورد استقاده قرار می گیرند.
رگولاتورهای سوئیچینگ می توانند ولتاژ اعمال شده را افزایش یا کاهش دهند. این نوع رگولاتورها با تنظیم ولتاژ از طریق فرایند OFF/ON نمودن به یک ترانزیستور دست پیدا می کنند. ترانزیستورها کنترل ولتاژ موجود در خروجی رگولاتور را بر عهده دارند. رگولاتورهای سوئیچینگ نسبت به مدل های خطی گرانتر و کارآمدتر می باشند.
انواع رگولاتور سوئیچینگ چیست؟
رگولاتور سوئیچینگ یک نوع رگولاتور بوده که با استفاده از تکنولوژی سوئیچینگ، ولتاژ خروجی را تنظیم و کنترل می کنند. این رگولاتورها معمولاً برای کاهش انرژی اتلافی و افزایش کارایی استفاده می شوند.
یک رگولاتور سوئیچینگ از قطعات زیر تشکیل شده است:
- انکودر: تبدیل تغییرات حرکتی به سیگنال الکتریکی
- خازن SMD: نصب و لحیم کاری بر روی سطح مدار با استفاده از تکنولوژی PCB
- مقاومت SMD: نصب بر روی مدار چاپی
- ترانزیستور: کنترل جریان الکتریکی یا تقویت سیگنال های الکتریکی
- دیود: عبور جریان الکتریکی از یک جهت و مسدود کردن جریان از طرف دیگر
بیشتر بخوانید :آشنایی با قطعات smd .
این قطعات با همکاری و تنظیم مناسب، ولتاژ خروجی را در محدوده ای خاص نگه داشته و به تناسب با نیازهای بار تغییر می دهند.
از انواع رگولاتور سوئیچینگ می توان به سه مدل باک، بوست و باک بوست اشاره کرد. در ادامه درباره هر کدام ازاین مدلهای رگولاتور سوئیچینگ توضیح مختصری می دهیم.
- رگولاتورهای سوئیچینگ باک
رگولاتورهای باک یا کاهنده که به آنها مبدل های باک نیز می گویند از محبوب ترین رگولاتورها بوده که می توانند ولتاژ اعمال شده در ورودی را به خروجی کاهش دهند به عبارتی دیگر ولتاژ نامی ورودی آن ها از ولتاژ نامی خروجی شان بیشتر می باشد.
خروجی رگلاتور سوئیچینگ باک به دلیل OFF/ON شدن مانند ترانزیستور عمل می کند به عبارتی دیگر مقدار ولتاژ تابعی از سیکل کاری ترانزیستور می باشد. از این رگولاتورها زمانی که کاهش ولتاژ تغذیه بین یک مرحله از طراحی تا مرحله دیگر باشد، استفاده می کنند.
- رگولاتورهای سوئیچینگ بوست
رگولاتورهای بوست یا مبدل های تقویتی عکس رگولاتورهای باک عمل می کنند یعنی این رگولاتورها ولتاژ بالای ورودی را در خروجی تحویل می دهند. تفاوت رگولاتورهای بوست با باک در چینش اجزای آن ها می باشد.
- رگولاتورهای سوئچینگ باک بوست
رگولاتورهای باک بوست تنظیم کننده افزایش سرمایه بوده که اثر تقویتی و باک را برای ولتاژهای ورودی به وجود می آورند. مبدل باک بوست یک نوع ولتاژ خروجی منفی ( معکوس) تولید کرده که بر اساس سیکل کاری، بیشتر یا کمتر از ولتاژهای ورودی می باشند.
استفاده از انواع رگولاتور سوئیچینگ به آنچه در طراحی نیاز دارید، بستگی خواهد داشت.
انواع آی سی رگولاتور سوئیچینگ چیست؟
انواع آی سیهای رگولاتور سوئیچینگ متنوع هستند و به تناسب نیازهای مختلف طراحی شده اند. برخی از انواع آیسی رگولاتور سوئیچینگ عبارتند از:
آی سی رگولاتور بوست Boost: این نوع آی سی برای افزایش ولتاژ ورودی به ولتاژ خروجی استفاده می شود.
آی سی رگولاتور باک Buck: برعکس آی سی بوست، این آی سی برای کاهش ولتاژ ورودی به ولتاژ خروجی مورد استفاده قرار می گیرد.
آی سی رگولاتور بوست-باک Buck-Boost: این نوع آی سی امکان تنظیم ولتاژ خروجی در حالت های افزایشی (بوست) و کاهشی (باک) را فراهم می کند.
آی سی رگولاتور تبدیل آنالوگ به دیجیتال ADC: برخی از رگولاتورهای سوئیچینگ دیجیتال هستند و می توانند به عنوان تبدیل کننده آنالوگ به دیجیتال نیز عمل نمایند.
آی سی رگولاتور لینیر Linear: این نوع رگولاتورها نسبت به بقیه رگولاتورهای سوئیچینگ انرژی کمتری دارند و معمولاً برای کاربردهای حساس به نویز مورد استفاده قرار می گیرند.
هر کدام از این انواع آیسی رگولاتور سوئیچینگ مزایا و محدودیت های خود را داشته و انتخاب آن به نیازهای خاص طراحی و کاربرد شان بستگی دارد.ما با ارائه خدمات فروش آی سی های کمیاب، به شما در انتخاب و تهیه رگولاتور سوئیچینگ مورد نیازتان کمک می‌کنیم.
نحوه عملکرد رگولاتور سوییچینگ چه گونه است؟
رگولاتور سوئیچینگ به عنوان یک دستگاه الکترونیکی استفاده می شود تا ولتاژ خروجی یک منبع تغذیه را با دقت تنظیم کند. عملکرد این نوع رگولاتور بر اساس اصل کار ترانزیستورهای سوئیچینگ است. در اینجا چند مرحله اصلی عملکرد رگولاتور سوئیچینگ ذکر شده است:
افزایش و کاهش ولتاژ (Boost/Step-down): رگولاتورهای سوئیچینگ می توانند ولتاژ ورودی را به ولتاژ خروجی مطابق با نیاز بار افزایش (boost) یا کاهش (step-down) دهند. این کار با استفاده از ترانزیستورهای سوئیچینگ انجام می شود.
سوئیچینگ ترانزیستورها: ترانزیستورهای قدرت با سوئیچینگ فرکانس بالا به عنوان کلیدها (سوئیچ‌ها) عمل می کنند. وقتی کلیدها باز می شوند، جریان از تغییرات در میدان مغناطیسی سلف و انواع خازن به دست می آید.
تبدیل به DC
فاز باز (On): وقتی کلیدها باز هستند، جریان از ولتاژ ورودی به خازنها و سلفها رفته و انرژی در این عناصر ذخیره می شود.
فاز بسته (Off): وقتی کلیدها بسته می شوند، انرژی ذخیره شده در خازنها و سلفها به بار منتقل شده و ولتاژ خروجی تنظیم می شود.
تنظیم ولتاژ خروجی: با تنظیم دوره کار و زمان بندی سوئیچینگ، ولتاژ خروجی را می توان با دقت تنظیم کرد. این تنظیمات به معماری و کنترلرهای خاص مدار رگولاتور مانند میکروکنترلر Arm بستگی دارد.
حفاظت و کنترل: رگولاتورهای سوئیچینگ معمولاً دارای محافظهایی برای حفاظت از جریان و ولتاژ اضافی، نظارت بر دما و حفاظت در مقابل خطاهای ورودی می باشند.
ترانزیستورها در رگولاتور سوئیچینگ
ترانزیستور چیست؟ ترانزیستور یک عنصر الکترونیکی فعال است که به منظور تقویت یا کنترل جریان الکتریکی در یک مدار الکتریکی استفاده می شود. این دستگاه بر اساس اثر ترانزیستور بیپولار (BJT) یا اثر میدانی (FET) ساخته می شود.
ترانزیستورها در رگولاتور سوئیچینگ به عنوان قسمت اصلی مسئول کنترل و تنظیم ولتاژ و جریان ورودی و خروجی عمل می کنند. این رگولاتورها از ترانزیستورهای قدرت برای کنترل چرخه کارکرد سوئیچینگ (کوتاه شدن و قطع شدن سریع جریان) استفاده می نمایند. از انواع ترانزیستور در رگولاتورها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
ترانزیستورهای MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor): ترانزیستور ماسفت چیست؟ این ترانزیستورها به عنوان سوئیچهای اصلی در مدار سوئیچینگ رگولاتورها به کار می روند. آنها به سرعت می توانند راه ورودی را باز یا بسته کنند و این امکان را به رگولاتور می دهند که به سرعت ولتاژ و جریان را تنظیم کند.
ترانزیستورهای BJT (Bipolar Junction Transistor): نوعی از ترانزیستورها هستند که از دو جوش ناهمسان NPN یا PNPتشکیل شده اند. این ترانزیستورها به عنوان یک عنصر الکترونیکی فعال استفاده می شوند و دارای سه لایه نیمه هادی Collector، Base و Emitter می باشند. در NPN BJT و PNP BJT سه لایه به شرح زیر عمل می کنند:
- Collector (C) : جریان از این لایه عبور می کند.
- Base (B): کنترل جریان بین Collector و Emitter را انجام می دهد.
- Emitter (E): جریان از این لایه خارج می شود.
ترانزیستور FET: این ترانزیستورها در دو نوع با سه قطبیت وجود دارند که عبارتند از:
- JFET (Junction FET): با تشکیل یک تقاطع جوش
- MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET): با لایه اکسید فلز
- سه قطبیت
- Source (S): منبع جریان ورودی
- Gate (G): انجام کنترل جریان بین Source و Drain
- Drain (D): خروج جریان از این لایه
در برخی مواقع از ترانزیستور bjt نیز برای کنترل جریان ولتاژ ورودی استفاده می کنند. این ترانزیستورها معمولاً در مراحل کنترلی سیستم سوئیچینگ قرار می گیرند.
استفاده از ترانزیستورها در رگولاتورهای سوئیچینگ باعث بهبود کارایی، افزایش سرعت تنظیم و البته کاهش اتلاف انرژی می شود که این امور در بسیاری از منابع تغذیه الکترونیکی مانند موبایل و دستگاه های الکترونیکی کاربرد دارند.
آداپتور سوئیچینگ
آداپتورهای سوئیچینگ یک نوع منبع تغذیه هستند که از ترانزیستورها در رگولاتور سوئیچینگ برای تنظیم ولتاژ و جریان خروجی خود استفاده می‌کنند. آداپتور سوئیچینگ – منبع تغذیه به طور گسترده در دستگاه های الکترونیکی مانند لپ تاپ‌ها، تلفن های همراه، دوربین ها و دستگاه های دیگر استفاده می شوند. ویژگی های آداپتورهای سوئیچینگ عبارتند از:
- کارایی بالا: این آداپتورها به دلیل استفاده از تکنولوژی سوئیچینگ، کارایی بالاتری نسبت به آداپتورهای خطی دارند و انرژی کمتری را از بین می برند.
- اندازه و وزن کمتر: به دلیل اندازه کوچکتر و وزن سبک تر نسبت به آداپتورهای خطی برای استفاده در دستگاه های قابل حمل، ایده آل هستند.
- قابلیت تنظیم ولتاژ خروجی: آداپتورهای سوئیچینگ معمولاً دارای ولتاژ خروجی قابل تنظیم هستند که این امکان را به کاربر می دهد تا ولتاژ مورد نظر خود را انتخاب کند.
- کاهش گرمای تولید شده: این آداپتورها به دلیل کاربری بهتر انرژی، گرمای کمتری تولید می کنند که در مواردی که خنک کننده اضافی نیاز نیست، مزیت دارد.
- آداپتورهای سوئیچینگ به دلیل مزایای ذکر شده، انتخاب شایعی برای استفاده در دستگاه های متنوع الکترونیکی و قطعات الکترونیک می باشند.
نتیجه گیری
ما در این نوشته درباره رگولاتور سوئیچینگ صحبت کردیم و درباره انواع رگولاتورهای سوئیچینگ و انواع آیسی رگولاتور سوئیچینگ نیز اطلاعاتی را ارائه دادیم و بیان کردیم که ترانزیستورها در رگولاتورهای سوئیچینگ به عنوان سوئیچ ها عمل می کنند و از اهمیت به سزایی در تکنولوژی قطعات برد الکترونیکی برخوردارند.