Jännitteen säätimet

Mikä on jännitteensäädin?

Jännitteensäätimet ovat hyödyllisiä virransyötön vakauttamiseksi Arduino kaltaisissa projekteissa, varsinkin kun käytät Arduino akuista. Buck-muuntimet voivat esimerkiksi alentaa syöttöjännitettä antureille, jotka vaativat pienemmän jännitteen kuin Arduino pystyy syöttämään. Boost-muuntimet ovat hyödyllisiä tilanteissa, joissa käytettävissä oleva akun jännite on pienempi kuin tarvitaan, ja varmistavat, että projekti jatkuu vakaasti.

Lineaariset jännitteensäätimet

käytä jännitteenjakajaa tehon säätämiseen. Ne ovat yksinkertaisia, halpoja ja helppokäyttöisiä, mutta ne eivät ole yhtä tehokkaita kuin muun tyyppiset jännitesäätimet, koska niillä on taipumus haihduttaa paljon tehoa lämpönä. Jotkut suositut lineaarisen jännitesäätimen IC:t ovat LM7805, LM7812 ja LM317.

Kytkentäjännitesäätimet

Näitä kutsutaan myös kytkentävirtalähteiksi (SMPS), ja ne toimivat kytkemällä transistorin nopeasti päälle ja pois päältä säätelemään lähtöä. Ne ovat tehokkaampia kuin lineaariset jännitesäätimet, mutta ovat monimutkaisempia ja voivat aiheuttaa sähkömagneettisia häiriöitä (EMI). Joitakin suosittuja kytkentäjännitesäätimen IC:itä ovat LM2675, LM2575 ja LM3478.

Buck- ja Boost-muuntimet

Buck-muunnin

Buck-muunnin, joka tunnetaan myös nimellä step-down-muunnin, on eräänlainen DC-DC-muunnin, joka alentaa tulojännitettä pienemmäksi lähtöjännitteeksi. Tämä on hyödyllistä sovelluksissa, joissa syöttöjännite on suurempi kuin komponenteille tarvitaan. Jos sinulla on esimerkiksi akku, joka tuottaa 12 volttia, mutta laitteesi tarvitsee vain 5 volttia, buck-muunnin voi tehokkaasti pienentää tätä jännitettä.

Boost Converter

Toisin kuin buck-muunnin, tehostusmuunnin nostaa DC-tulojännitteen korkeammaksi DC-lähtöjännitteeksi. Tätä käytetään, kun käytettävissä oleva tulojännite on pienempi kuin tarvitaan. Käytännön esimerkki olisi tehostusmuuntimen käyttö litiumioniakun 3,7 voltin lisäämiseksi USB laitteiden lataamiseen tarvittavaan 5 volttiin. Boost-muuntimet ovat tärkeitä kannettavassa elektroniikassa, jossa tarvitaan suurempaa jännitettä kuin akku pystyy syöttämään.

Buck-Boost Converter

Buck-boost-muunnin yhdistää sekä buck- että boost-muuntimien ominaisuudet, jolloin se voi joko alentaa tulojännitettä tai nostaa sitä tiettyyn lähtöjännitteeseen. Tämä on erityisen hyödyllistä, kun tulojännite vaihtelee, kuten akkujen tapauksessa. Otetaan esimerkiksi 4 AA-paristoa, joiden jännite voi olla 4V ja 6,5V välillä, kun taas Arduino tarvitsee täsmälleen 5V toimiakseen kunnolla. Buck-boost-muunnin varmistaa, että Arduino saa aina oikean jännitteen akun tasosta riippumatta.e

Mitä minun tulee huomioida jännitteensäädintä valittaessa?

On tärkeää valita sovellukseesi sopiva jännitesäädin ja tarkistaa huolellisesti valmistajan tekniset tiedot varmistaaksesi, että se toimii odotetulla tavalla piirisi erityisissä olosuhteissa.

Jännitteensäätimiä käytettäessä on huomioitava muutama seikka, mukaan lukien:

1. Tulojännitealue: Varmista, että jännitesäätimen tulojännitealue sopii sovellukseesi. Tulojännitteen on oltava valmistajan määrittelemällä toiminta-alueella oikean toiminnan varmistamiseksi ja jännitesäätimen vaurioitumisen välttämiseksi.
2. Lähtöjännitealue: Tarkista lähtöjännitealue varmistaaksesi, että se sopii sovellukseesi.
3. Kuormavirta: Varmista, että kuormitusvirta (piirin läpi kulkevan virran määrä) ei ylitä jännitesäätimen enimmäisarvoa. Maksimikuormitusvirran ylittäminen voi aiheuttaa jännitesäätimen ylikuumenemisen ja epäonnistumisen.
4. Lämpötila-alue: Ota huomioon lämpötila-alue, jolla jännitesäädin voi toimia. Monilla jännitteensäätimillä on määritetty käyttölämpötila-alue, ja tämän alueen ulkopuolella käyttö voi johtaa huonoon suorituskykyyn tai vikaan.
5. Tehokkuus: Huomaa, että jännitesäätimillä voi olla erilaisia hyötysuhteita, mikä tarkoittaa, kuinka paljon energiaa menee hukkaan lämpönä säätöprosessin aikana.
6. Melu: Jotkut jännitesäätimet voivat aiheuttaa kohinaa tai aaltoilua lähtöjännitteeseen. Tämä voi olla ongelma herkille elektronisille laitteille. Yleensä swtching-säätimet tuottavat enemmän aaltoilua lineaarisina jännitesäätiminä.
7. Suojausominaisuudet: Joissakin jännitteensäätimissä on sisäänrakennetut suojaominaisuudet, kuten lämpösuoja, ylivirtasuoja ja ylijännitesuoja.
8. Asennus: Varmista, että jännitesäädin on asennettu oikein ja että se on jäähdytetty ylikuumenemisen välttämiseksi. Koska kytkinsäätimet ovat tehokkaampia, niillä on yleensä vähemmän ongelmia ylikuumenemisen kanssa.

Mikä on matalan pudotusjännitteen säädin?

Low dropout voltage regulator (LDO) on eräänlainen jännitesäädin, joka voi tarjota vakaan lähtöjännitteen suhteellisen pienellä jännite-erolla (eli "dropout voltage") tulon ja lähdön välillä. Tämä tekee niistä erityisen hyödyllisiä sovelluksissa, joissa tulojännite on lähellä haluttua lähtöjännitettä tai joissa tarvitaan tarkkaa lähtöjännitettä.

LDO:t ovat tyypillisesti lineaarisia säätimiä, mikä tarkoittaa, että ne toimivat säätämällä päästötransistorin läpi kulkevaa virtaa ohjaamaan lähtöjännitettä. Koska päästötransistori toimii lineaarisella alueellaan, lähtöjännite on suoraan verrannollinen tulojännitteeseen. Tulon ja lähdön välinen jännite-ero johtuu päästötransistorin jännitehäviöstä ja muista säätimen sisäisistä häviöistä.

LDO:illa on tyypillisesti noin 100 mV - 2 V pudotusjännite, minkä vuoksi niitä pidetään matalana, mikä mahdollistaa vakaan lähtöjännitteen, vaikka tulojännite on vain hieman korkeampi kuin haluttu lähtöjännite.