در قسمت قبل رگولاتور رو تعریف کردیم و اصطلاحات پرکاربرد اونم بررسی کردیم. الان می خوایم در مورد تقسیم بندی های رایج رگولاتورها با هم صحبت کنیم.
تقسیم بندی رگولاتور ها
یه تقسیم بندی رایج بر اساس نوع توپولوژی رگولاتور هاست که به چهار دسته تقسیم میشن:
- رگولاتور های افزاینده مثل xl6009
- رگولاتورهای کاهنده مثل lm2596
- رگولاتورهای افزاینده/کاهنده مثل ltc3780
- و رگولاتور های اینورتر مثل lm7905
یه تقسیم بندی دیگه بر اساس نوع خروجیه که به دو دسته
- ثابت مثل lm 7812
- و متغیر مثل lm317
دسته بندی میشه.
از اون جایی که رگولاتور ها یه ورودی و خروجی دارن می تونیم تقسیم بندیمون رو بر اساس متناوب یا مستقیم بودن این دو هم انجام بدیم که به این ترتیب ما
- Ac/Dc
- Dc/Dc
خواهیم داشت.
دو نوع دیگه ینی Ac/Ac و Dc/Ac رو هم داریم که کلا داستانشون فرق داره، برای همین جزو دسته بندی ها به حساب نمیاریم.
انواع دیگه تقسیم بندی مثل تعداد خروجی ها یا مثبت و منفی بودن خروجی هم هست که خیلی کاربردی نیست.
و در نهایت یه تقسیم بندی دیگه هم داریم که بر اساس سازوکار خود رگولاتوره و به دو دسته
- خطی
- سوئیچینگ
تقسیم میشه.
تا اینجا ما تعریف واضحی از رگولاتور رو یاد گرفتیم،اصطلاحات پرکاربرد رگولاتور ها رو بیان کردیم و انواع تقسیم بندی های رگولاتور رو یاد گرفتیم. به عنوان حسن ختام میخوام در مورد رگولاتورهای سوئیچینگ و خطی یه مقدار بیشتر توضیح بدم.
این قسمت رو کسایی که میخوان دستگاه های الکترونیکی طراحی کنن خیلی خوب و با دقت بخونن.
قسمت های اصلی رگولاتور
رگولاتور ها اصولا سه قسمت اصلی دارن:
- قطعات کنترل
- مدار کنترل
- ولتاژ رفرنس یا مدار نمونه بردار
رگولاتورهای خطی یه نوع رگولاتور هستن که سه تا پایه دارن و قطعات کنترلی اونا از نوع مقاومت هست. همون طور که می دونیم مقاومت تولید گرما میکنه و دمای قطعه مون بالا میره، برای همین برای آسیب ندیدن این نوع رگولاتور ها توصیه اکید میشه که هیت سینک گذاشته بشه (هیت سینک محاسبات پیچیده و تخصصی داره که خارج از بحثمونه)
با توجه به نکاتی که گفتم، پایه های رگولاتور خطی مثل lm7805 یکیش ورودی ولتاژه، یکیش خروجی ولتاژ و یکی هم زمین یا GND.
معایب رگولاتور های خطی
از اونجا که drop out این رگولاتور ها زیاده:
- اولا راندمان پایینی دارن
- دوما تولید گرما می کنن و نیاز به هیت سینک دارن
- سوما فقط از نوع کاهنده هستن
- چهارم اینکه اصولا برای کارهای صنعتی با نویز محیطی بالا مناسب نیستن
مزایای رگولاتور های خطی
اما با وجود این معایب حسن های مهمی هم دارن:
- اولا چون قطعات کنترلیشون مقاومته عملا خودشون مولد نویز نیستن و بسیار برای میکروکنترلرها عالی هستن.
(مثلا یکی از عواملی که خصوصا روی میکروهای avr نویز میندازه استفاده از منبع تغذیه سوئیچینگ با فرکانس بین 2 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتزه) - دوما همه رگولاتور ها برای راه اندازی و کارایی بهتر نیاز به یه سری قطعات جانبی دارن که رگولاتور های خطی قطعات خیلی کمی (معمولا دو تا خازن) نیاز دارن.
- سوما چون قطعات زیادی برای راه اندازی نیاز ندارن، هزینه ساخت و طراحی مدارشون خیلی کمتره.
دسته بندی رگولاتور های خطی
این رگولاتورها رو میشه به روش های زیر دسته بندی کرد:
- بر اساس خروجی مثبت و منفی
- بر اساس ثابت و متغیر بودن
- بر اساس تعداد خروجی
- و براساس drop out که به دو نوع استاندارد مثل lm7805 و LDO مثل ams1117 تقسیم میشن
همون طور که در قسمت اصطلاحات گفتم اگه drop out ما کم باشه LDO و اگه زیاد باشه میشه استاندارد.
مطلب پیشنهادی:
دنیای ولتاژها از نگاه رگولاتور ها
رگولاتور سوئیچینگ
قبل از اینکه این قسمت رو بگم، قدیما یه بازی ای بود به نام balance که توی اون ما باید مواظب یه گوی می بودیم که تو مسیر مستقیم خودش بره و اگه بالا یا پایین میرفت باید یه دکمه رو یه مدت زمانی نگه میداشتیم تا توی مسیر خودش بمونه، مدت زمانی که باید دکمه رو فشار می دادیم بسته به اون شرایط متفاوت بود.
توی رگولاتورهای سوئیچینگ هم همینطوره؛ فرض کنید قراره ولتاژ خروجی ما 5 ولت باشه. تا زمانی که ولتاژ ورودی ما حدود 5 ولته کلید خاموشه اما وقتی ولتاژ کمتر یا بیشتر از 5 ولت بشه قطعات کنترلی ما عمل کلید زنی رو انجام میدن تا ولتاژ ما همون حدود 5 ولت با یه ضریب خطایی بمونه. این عمل کلیدزنی با ماسفت ها و Bjt ها انجام میشه.
مزایای رگولاتور سوئیچینگ
با توجه به اینکه ما اینجا مقاومتی داخل قطعات کنترلیمون نداریم پس:
- اولا افزایش گرمای زیاد رو نداریم
- دوما هیت سینک نیاز نداریم
- و مهم تر که سوما راندمان بالایی خواهیم داشت
- چهارما این نوع رگولاتورها می تونن در هر 4 نوع توپولوژی ینی افزاینده،کاهنده،افزاینده/کاهنده و اینورتر باشن.
معایب رگولاتور های سوئیچینگ
اما از طرفی معایب مهمی هم دارن:
- اولا چون به صورت کلیدزنی (سوئیچینگ) هستن نویز تولید می کنن
- دوما برای راه اندازی و کارایی نیاز به قطعات زیادی (حداقل 2 مقاومت و دو خازن) نیاز دارن.
- و در نتیجه سوما به فضای بیشتری برای طراحی و دانش بالاتری نیاز دارن پ.
دسته بندی رگولاتور های سوئیچینگ
رگولاتور های سوئیچینگ هم مثل رگولاتور های خطی چندین مدل دسته بندی دارن اما مهم ترینشون
بر اساس میزان drop out شونه که به دوسته
- Active یا synchtonous و
- Nonsynchronous یا diode rectification
تقسیم میشن
رگولاتور های active ساخت سخت تر و گرون تری دارن اما در عوضش drop out کمتری دارن و کاربرد اصلی شون برای باطری ها و وسایل حساسه.
توی رگولاتور های Nonsynchronous طراحی ساده تره اما drop out بیشتری دارن و توی دستگاه های صنعتی بدون باطری کاربردی تر هستن.
خب ما تا اینجا رگولاتور رو تعریف کردیم، مهم ترین اصطلاحات اونو بررسی کردیم، تقسیم بندی هاشونو گفتیم و نوع مهم و کابردی تقسیم بندی ینی رگولاتور های خطی و سوئیچینگ رو با هم بررسی کردیم.
ملاک های انتخاب رگولاتور
از اینجای کار به بحث شیرین ملاک های انتخاب رگولاتور وارد میشیم که دو تا خبر براتون دارم:
خبر بد اینه که تو هیچ سایت و کتابی هیچ اطلاعاتی در مورد انتخاب رگولاتورها به صورت دسته بندی و تخصصی بیان نشده و اکثرا مثل سایت های زیر فقط چند تا نکته کلی رو گفتن:
how do i pick the best voltage regulator for my circuit
back to basics choosing the perfect regulator
خبر خوبم اینه که در ادامه جزوه بهترین روش های ملاک انتخاب رگولاتور رو قراره یاد بگیرید. اما قبل از اینکه شروع کنم به توضیح یه سوال دارم: شما وقتی می خواید یه خونه یا ماشین بخرید به چه چیزایی دقت می کنید؟
طبیعتا اولین پارامتر قیمته، پارامتر بعدی ویژگی ها و شرایط اونه و پارامتر بعدی هم ابعاد و ظاهر
کل ملاک انتخاب رگولاتورها رو میشه با فرمول قوا یاد گرفت!!! قـ.ـو.ا ینی:
قیمت
ویژگی ها
ابعاد و ظاهر
این سه ملاک انتخاب رگولاتور رو در ادامه قراره به صورت کامل با هم بررسی کنیم.
قیمت
یادمه یه زمانی یه سری گوشی فروش ها قیمت خود گوشی رو از بقیه گوشی فروشی ها 100 تومن، 200 تومن پایین تر میدادن!!! اما به جاش یه سری هزینه الکی مثل نصب نرم افزار و آنتی ویروس می گرفتن و یه سری هزینه های منطقی دیگه مثل قاب رو گرون تر از بقیه می گرفتن. اینجوری چند برابر حالت عادی سود می کردن!!! برای همین باید مجموع قیمت گوشی و متعلقات یه مغازه رو با مغازه دیگه مقایسه می کردیم تا بتونیم بهترین خرید رو داشته باشیم.
همین قضیه در مورد رگولاتورها هم هست. اگه ما صرفا به قیمت خود رگولاتور نگاه کنیم ممکنه فریب ارزونی یه رگولاتور رو بخوریم و بعدا با محاسبه هزینه قطعات راه انداز و مورد نیازش و میزان PCB مورد نیاز بفهمیم که نه تنها سود نکردیم بلکه خیلی بدم ضرر کردیم!!!
جالبه بدونید این نکته رو خیلی از افراد با تجربه بازار الکترونیک رعایت نمی کنن!!!
برای همین باید ملاکتون از نظر قیمت برای انتخاب یه رگولاتور سه مورد باشه:
- قیمت خود رگولاتور
- قیمت و تعداد قطعات راه انداز
- و میزان PCB مورد نیاز
و اما فرض کنید برای یه طراحی بورد میخواید رگولاتور انتخاب کنید. برای پروژه شما دو تا رگولاتور مناسب وجود داره:
رگولاتور اول 1500 هست و رگولاتور دوم 2700. به نظرتون کدوم بهتره؟
اگه جواب شما رگولاتور اول هست حتما برید و بخش قیمت رو دوباره مطالعه کنید!
و اما جواب درست اینه که بپرسید هر کدوم از این رگولاتور ها برای راه اندازی به چه تعداد قطعه،با چه قیمتهایی نیاز دارن و حداقل PCB مورد نیاز برای طراحی چه قدره؟
ممکنه رگولاتور اول دو تا خازن تانتالیوم بخواد که هر کدوم 3000 تومنه اما رگولاتور دوم دو تا خازن عادی بخواد که هر کدم 100 تومنه ینی در مجموع رگولاتور اول میشه 7500 و رگولاتور دوم میشه 2900!!!
زیبا نیست؟!
یادمه یکی از تولیدکننده ها سر اینکه هزینه طراحی کمتر بده یه پروژه صنعتی رو داده بود به یه طراح دیگه. بعد از چند ماه دوباره بهم زنگ زد و بعد از کلی صغری کبری چیدن گفت که اون طراح محترم چه بلاهایی سر ایشون آورده!!!
یه نکته هم بگم که طراحی مدار خازن تانتال با خازن های عادی متفاوته. مثلا ترک بین خازن تانتال و رگولاتور باید بین 4 تا 12 میلی متر باشه.
در قسمت بعد، ادامه ملاک ها را بررسی خواهیم کرد.
منبع:سیسوگ
