Kiedy powinienem użyć regulatora napięcia vs dzielnika napięcia?

29

Kiedy użyjesz regulatora napięcia w stosunku do dzielnika napięcia rezystora? Czy są zastosowania, w których dzielnik rezystorów jest szczególnie zły?

voltage-regulator voltage-divider

— Pete
źródło

Wyjście dzielnika nie jest „sztywne”, ponieważ zmienia się ono w wyniku działania efektu Reffective x Iout, który zmienia się w miarę zmian prądu. W większości przypadków rozprasza również znaczną energię. Alternatywą jest rezystor plus zener, który jest swego rodzaju regulatorem, bardziej spokojnym i z tymi samymi problemami rozpraszania.

— Russell McMahon,

45

Te dwa typy obwodów mają bardzo różne zastosowania.

Dzielnik rezystorowy jest zwykle stosowany do skalowania napięcia, dzięki czemu można go łatwiej wykryć / wykryć / przeanalizować.

Załóżmy na przykład, że chcesz monitorować napięcie akumulatora. Napięcie może wzrosnąć nawet do 15 V. Używasz konwertera analogowo-cyfrowego mikrokontrolera („ADC”), który wykorzystuje napięcie odniesienia 3,3 V. W takim przypadku możesz podzielić napięcie przez 5, co da ci do 3,0 V na wejściu ADC.

Istnieje kilka wad. Jednym z nich jest to, że przez rezystory zawsze płynie prąd. Jest to ważne w obwodach o ograniczonej mocy (zasilanych bateryjnie). Drugi problem polega na tym, że dzielnik nie może pobierać żadnego znaczącego prądu. Jeśli zaczniesz pobierać prąd, zmienia to współczynnik podziału, a rzeczy nie idą zgodnie z planem :) Tak naprawdę jest on używany tylko do sterowania połączeniami o wysokiej impedancji.

Z drugiej strony regulator napięcia ma na celu zapewnienie stałego napięcia niezależnie od jego wejścia. Właśnie tego chcesz użyć do zasilania innych obwodów.

Jeśli chodzi o tworzenie wielu szyn napięciowych: W tym przykładzie załóżmy, że używasz regulatorów przełączających o wydajności 80%. Powiedz, że masz 9 V i chcesz wytworzyć 5 V i 3,3 V. Jeśli użyjesz regulatorów równolegle, podpinając każdy do 9 V, wówczas obie szyny będą wydajne w 80%. Jeśli jednak utworzysz napięcie 5 V, a następnie użyjesz go do wytworzenia 3,3 V, wówczas Twoja wydajność 3,3 V wynosi (0,8 * 0,8) = tylko 64%. Topologia ma znaczenie!

Z drugiej strony regulatory liniowe są oceniane inaczej. Po prostu obniżają napięcie wyjściowe dla dowolnego prądu. Różnica mocy jest marnowana na ciepło. Jeśli masz 10 V na wejściu i 5 V na wyjściu, są one w 50% wydajne.

Mają jednak swoje zalety! Są mniejsze, tańsze i mniej skomplikowane. Są elektrycznie ciche i zapewniają płynne napięcie wyjściowe. A jeśli nie ma dużej różnicy między napięciami wejściowymi i wyjściowymi, wówczas wydajność może przewyższyć zasilanie przełączające.

Istnieją układy scalone, które zapewniają wiele regulatorów. Linear Tech, Maxim Integrated, Texas Instruments, wszystkie mają dobry wybór. Na przykład LTC3553 zapewnia połączenie ładowarki baterii litowej, przełączającego regulatora buck i regulatora liniowego. Mają smaki z ładowarką lub bez, niektóre z dwoma przełącznikami i bez linii, niektóre z wieloma liniami ...

Jeden z moich obecnych produktów wykorzystuje baterię 3,7 V i potrzebuje 3,3 V i 2,5 V. Dla mnie najbardziej efektywny był liniowy dla 3.3V i przełącznik dla 2.5V (zasilany z akumulatora, a nie z szyny 3.3V). Użyłem LTC3553.

Będziesz chciał spędzić trochę czasu na narzędziach wyboru produktów w swojej witrynie.

Powodzenia!

— bitsmack
źródło

Myślę, że warto wspomnieć, że twoja dyskusja na temat wydajności z wieloma szynami zasilającymi dotyczy tylko regulatorów przełączających, a nie regulatorów liniowych.

— Joe Hass

„dzielnik nie może pobierać żadnego znaczącego prądu” Dlaczego tak jest?

— kmort

1

@kmort Wyobraź sobie, że dzielisz 10 V na 5 V. Do wykonania podziału używasz dwóch rezystorów 500 omów. Więc teraz masz 10 (V) / 1000 (Ohm) = 10mA przepływający przez dzielnik. Teraz dodaj swój ładunek. Obciążenie to przebiega równolegle z dolnym rezystorem, który wypacza obliczenia dzielnika rezystora i zmienia stosunek napięcia. Jeśli twoje obciążenie jest stałe, możesz obliczyć skorygowane wartości dzielnika. Dobrą zasadą jest rysowanie mniej niż 10% od środkowego węzła dzielnika, aby nie zaburzać proporcji. Ale teraz używasz 10-krotności wymaganego prądu właśnie przez dzielnik!

— bitsmack

@bitsmack Tak, ma sens. Powinienem był pomyśleć o tym trochę więcej. Dzięki za pomoc. :-)

— kmort

@kmort Cieszę się, że pomogę :)

— bitsmack

12

Ponieważ dzielnik napięcia nie reguluje , nie chce się stosować dzielnika napięcia, gdy chce się regulować napięcie.

Regulator napięcia będzie w jego granicach utrzymania napięcia wyjściowego na stałej wartości, tak jak napięcie wejściowe i prąd obciążenia różny.

Dzielnik napięcia nie będzie to zrobić. Rozważ równanie dzielnika napięcia:

v_{O U T.} = v_{ja N.} \frac{R_{2)}}{R_{1} + R_{2)}} - {ja}_{O U T.} \cdot R_{1} | | R_{2)}

$v_{OUT} = v_{IN}\frac{R_2}{R_1 + R_2} - i_{OUT}\cdot R_1||R_2$

$v_{IN}$ $i_{OUT}$

Istnieje jednak wiele zastosowań dzielników napięcia, np. Tłumienie , ale regulacja napięcia nie jest jedną z nich.

— Alfred Centauri
źródło

7

Dzielnik napięcia jest szczególnie zły w dostarczaniu stałego napięcia do obciążenia zmiennego lub o niskiej impedancji. Zmienne obciążenia są dość powszechne i obejmują większość obwodów cyfrowych na naszej planecie.

Stałe obciążenia o wysokiej impedancji mogą mieć dzielnik napięcia przed nimi. Jest tak w przypadku zastosowania ADC do pomiaru lub komparatora do ogrodzenia znacznie większego napięcia lub w sensie wejściowym regulatora napięcia.

— Ignacio Vazquez-Abrams
źródło

Więc jeśli mam płytę, na której muszę zasilać logikę 5 V i 3,3 V, prawdopodobnie lepiej jest po prostu mieć dwa regulatory po jednym dla każdego napięcia, zamiast próbować wyłączyć 3,3 V z dzielnika napięcia rezystora?

— Pete

Idealnie byłoby mieć jeden regulator napięcia, który zapewniłby oba napięcia, ale posiadanie dwóch regulatorów jest lepsze niż posiadanie dowolnej liczby dzielników napięcia do wykonania tego samego zadania.

— Ignacio Vazquez-Abrams

Czy masz przykład pod ręką numeru części, który może zapewnić podwójne napięcie?

— Pete

Nie.

— Ignacio Vazquez-Abrams

@Pete Ha! Na wypadek, gdybyś nie zauważył, „Nope” Ignacio jest linkiem do wyszukiwarki produktów TI :)

— bitsmack

3

Dzielniki napięcia zwykle nie są używane do generowania napięcia zasilania, ponieważ nie zapewniają regulacji. Wiele obciążeń i tak zmienia napięcie wyjściowe, na przykład obciążenie rezystancyjne względem ziemi jest zasadniczo równoległe do R2.

Dzielniki napięcia są zwykle stosowane do zapewnienia napięcia na wejściu o wysokiej impedancji. W takim przypadku impedancja może być zasadniczo taka sama jak rezystancja. Posiadanie rezystora 10 M równolegle z R2 nie ma na to większego wpływu, pod warunkiem, że sam R2 jest o rząd wielkości mniejszy, jak powiedzmy 10k. Oczywiście użycie rezystorów o niskiej wartości do dzielnika również zwiększa przepływ prądu przez niego, więc powodują problemy z urządzeniami zasilanymi bateryjnie.

Typowym przykładem dzielnika napięcia na wejście o wysokiej impedancji jest podział wysokiego napięcia na zakres, który może zmierzyć przetwornik ADC. Powiedz, że twój ADC ma napięcie odniesienia 1V i chcesz z nim zmierzyć akumulator 3.6V. Możesz użyć dzielnika 4: 1, aby zmniejszyć tę wartość, aby była mniejsza niż 1 V i mierzona przez ADC.

Innym częstym przykładem jest zapewnienie wtórnego napięcia odniesienia. Załóżmy, że masz zasilanie 3,6 V i potrzebujesz napięcia odniesienia 1,8 V (połowa napięcia zasilania, np. Do polaryzacji sygnału AC z przesunięciem DC). Zamiast zawracać sobie głowę drogim układem odniesienia napięcia, możesz po prostu użyć dzielnika napięcia, aby zmniejszyć napięcie zasilania o połowę i podać je do bufora wzmacniacza operacyjnego. Wzmacniacz operacyjny ma wejście o wysokiej impedancji, a wyjście można wykorzystać do polaryzacji.

Regulator może dostarczyć pewną ilość prądu do obciążenia, przy czym napięcie jest kontrolowane najlepiej, jak to możliwe, dlatego jest odpowiednie dla napięć zasilania i tym podobnych.

— użytkownik
źródło