راهنمای انتخاب آی سی رگولاتور مناسب

احتمالاً بیش از 90٪ محصولات الکترونیک به رگولاتور ولتاژ نیاز دارند و این مساله آنها را به یکی از متداول ترین قطعات الکترونیکی تبدیل می‌کند. حتی در بسیاری از مدارات، احتمال اینکه چند رگولاتور ولتاژ مورد نیاز باشد، وجود دارد. در ادامه قصد داریم شما را با مهمترین نکات کلیدی در مورد انتخاب آیسی رگولاتور آشنا کنیم.

نکات مهم در انتخاب رگولاتور مناسب

اولین قدم در انتخاب رگولاتور ولتاژ مناسب، تعیین ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی و حداکثر جریان بار است. این سه مشخصه به شما کمک می‌کنند تا شروع به جستجو کنید و به شما کمک می کنند تا نوع تنظیم کننده مورد نیاز خود را بیابید.

تنظیم کننده‌های ولتاژ را می توان به دو دسته بندی اصلی تقسیم کرد:

رگولاتورهای کاهنده (Step-down): ولتاژی کمتر از ولتاژ ورودی را در خروجی تولید می‌کند.

رگولاتورهای افزاینده (Step-up): ولتاژی بیشتر از ولتاژ ورودی را در خروجی تولید می‌کند.

دانستن ولتاژهای ورودی و خروجی به شما کمک می‌کند تا به راحتی تصمیم بگیرید که رگولاتور شما در کدام گروه قرار می گیرد.

رگولاتورهای ولتاژی که به ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی نیاز دارند، رایج ترین نوع تنظیم کننده ولتاژ هستند. مثلاً 5 ولت را وارد می‌کنید و 3.3 ولت خروجی می‌گیرید.

دو نوع کلی رگولاتور وجود دارد که باید در انتخاب آن را در نظر بگیرید:

رگولاتورهای خطی: این رگولاتورها ساده، ارزان و بدون نویز هستند، اما ممکن است راندمان پایینی داشته باشند. رگولاتورهای خطی فقط قادر به پایین آوردن ولتاژ هستند.

رگولاتورهای سوئیچینگ: این رگولاتورها دارای راندمان و توان بالا، اما پیچیده‌تر و گران‌تر و دارای نویز بیشتر در خروجی هستند. از رگولاتورهای سوئیچینگ می‌توان برای کاهش یا افزایش ولتاژ استفاده کرد.

اگر به ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی نیاز دارید، ابتدا با بررسی رگولاتورهای خطی شروع کنید.

رگولاتورهای خطی بسیار ارزانتر و ساده‌تر از رگولاتورهای سوئیچینگ هستند، بنابراین آنها معمولاً انتخاب اول شما هستند. تنها مواقعی که نمی‌توانید از رگولاتور خطی استفاده کنید، زمانی است که اتلاف توان بسیار زیاد باشد یا نیاز به افزایش ولتاژ داشته باشید.

محاسبه توان تلف شده در رگولاتورهای خطی

نقطه ضعف اصلی رگولاتورهای خطی، پتانسیل آنها در تلف کردن زیاد انرژی است. این موضوع می‌تواند باعث تخلیه سریع باتری، داغ شدن بیش از حد یا آسیب به محصول شود.

اگر محصول شما با باتری کار می کند، استفاده از رگولاتور خطی باعث می‌شود که انرژی آن به صورت گرما هدر برود و باتری سریع‌تر خالی ‌شود. همچنین اگر محصول شما با برق کار می کند ولی هنوز مقدار زیادی گرما تولید می‌کند، می‌تواند مشکلات دیگری را در طراحی شما ایجاد کند.

هنگام استفاده از رگولاتور خطی، برای فهمیدن اینکه چه مقدار توان توسط رگولاتور تلف می شود، از فرمول زیر استفاده کنید.

(معادله اول) توان تلفاتی = (ولتاژ ورودی – ولتاژ خروجی) x جریان بار

می‌توانیم فرض کنیم که جریان خروجی (که جریان بار نیز نامیده می شود) تقریباً با جریان ورودی برای تنظیم کننده های خطی یکسان است.

همانطور که در رابطه 1 مشاهده می شود، اگر یک تفاضل ولتاژ بزرگ (Vin – Vout) و یا یک جریان بار بالا داشته باشید، رگولاتور شما مقادیر زیادی توان را تلف می کند.

هنگام انتخاب یک رگولاتور خطی، اطمینان از اینکه ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی و جریان بار مطابق با مشخصات رگولاتور هستند، کافی نیست.

به عنوان مثال، فرض کنید که یک تنظیم کننده خطی دارید که تا 15 ولت و 1 آمپر جریان را پشتیبانی می‌کند. شما فکر می کنید، “خوب، اگر اینطور است، من می توانم 12 ولت در ورودی قرار دهم، 3.3 ولت در خروجی بگیرم و از آن 1 آمپر جریان بگیرم، درست است؟”

اشتباه! شما باید مطمئن شوید که رگولاتور خطی حتی می تواند آن مقدار تلفات را تحمل کند. راه انجام این کار تعیین میزان گرم شدن رگولاتور بر اساس توانی است که باید تلف کند.

برای انجام این کار، ابتدا با استفاده از معادله 1، مقدار توانی که قرار است توسط رگولاتور خطی تلف شود را محاسبه کنید.

دوم، در برگه داده رگولاتور در قسمت ویژگی های حرارتی، پارامتری به نام “Theta-JA” وجود دارد که واحد آن درجه سانتی گراد بر وات است. این مشخصه نشان‌دهنده مقدار گرم شدن رگولاتور به ازای هر وات تلفات است.

به سادگی اتلاف توان محاسبه شده را در Theta-JA ضرب کنید و به شما می گوید که تنظیم کننده خطی تحت آن مقدار توان چقدر گرم می شود:

توان تلفات X Theta-JA = دمای بالاتر از محیط

فرض کنید تنظیم کننده شما دارای مشخصات Theta-JA 50 درجه سانتی گراد بر وات است. این بدان معناست که:

• به ازای 1 وات تلفات، 50 درجه سانتیگراد گرم می شود.
• به ازای 2 وات تلفات 100 درجه سانتیگراد گرم می شود.

فرض کنید شما محاسبه می‌کنید که تحت شرایط شما، رگولاتور دارای 2 وات تلفات است. شما این مقدار را در Theta-JA ضرب می کنید و مشخص می کنید که 100 درجه سانتیگراد گرم می شود.

در اینجا، مهم است که فراموش نکنید دمای هوای محیط را به آن اضافه کنید. دمای اتاق معمولاً 25 درجه سانتیگراد است. بنابراین، شما باید 25 درجه سانتیگراد را به 100 درجه سانتیگراد اضافه کنید. اکنون دمای رگولاتور شما تا 125 درجه سانتیگراد بالا می‌رود.

125 درجه سانتیگراد حداکثر دمایی است که اکثر قطعات الکترونیکی می‌توانند تحمل کنند، بنابراین هرگز نمی‌خواهید از 125 درجه سانتیگراد تجاوز کنید.

شما معمولاً تا زمانی که به دمای 170 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد نرسیده‌اید، به محصول خود آسیب نرسانده‌اید. خوشبختانه اکثر رگولاتورهای امروزی دارای یک حفاظت حرارتی هستند که در حدود 150 درجه سانتیگراد فعال می‌شود، بنابراین قبل از ایجاد هرگونه آسیبی رگولاتور خاموش می‌شود.

با این حال، برخی از رگولاتورها محافظت حرارتی ندارند، بنابراین می توانید با اتلاف بیش از حد انرژی به آنها آسیب بزنید.

نکته دیگری که باید در نظر گرفت این است که دمای هوا ممکن است همیشه 25 درجه سانتیگراد نباشد. فرض کنید، رگولاتور شما هنوز در هنگام بارگیری 100 درجه سانتیگراد گرم می شود، اما اکنون دمای محیط 50 درجه سانتیگراد است (مثلاً در یک ماشین بسته در یک روز گرم تابستان).

اکنون دمای 50 درجه سانتیگراد به اضافه 100 درجه سانتیگراد دارید و در هنگام بارگیری تا 150 درجه سانتیگراد می رسید. شما از حداکثر دمای تعیین شده فراتر رفته اید و دقیقاً در آستانه شروع خاموش شدن حرارتی هستید. واضح است که این چیزی است که شما می‌خواهید از آن اجتناب کنید. کارکردن یک رگولاتور به گونه ای که به طور منظم از دمای مشخص شده 125 درجه سانتیگراد تجاوز کند، ممکن است باعث آسیب فوری نشود، اما می‌تواند طول عمر قطعه را کاهش دهد.

رگولاتورهای لو دراپ (LDO)

در برخی موارد، رگولاتورهای خطی می‌توانند بسیار کارآمد باشند و توان بسیار کمی را تلف کنند. این زمانی اتفاق می‌افتد که آنها با ولتاژ بسیار کم تفاضل ولتاژ ورودی نسبت به خروجی کار می‌کنند. به عنوان مثال، اگر Vin – Vout فقط 300 میلی ولت باشد، حتی با جریان بار 3 آمپر، اتلاف توان تنها 0.9 وات است که به اندازه کافی مقدار پایینی است که توسط اکثر رگولاتورها قابل کنترل است.

حداقل تفاضل بین Vin-Vout که یک رگولاتور خطی می تواند کار کند، ولتاژ دراپ نامیده می شود. اگر اختلاف بین Vin و Vout کمتر از ولتاژ دراپ باشد، رگولاتور در حالت تثبیت قرار نمی‌گیرد.

یک رگولاتور در این حالت به سادگی مانند یک مقاومت کوچک از ورودی به خروجی عمل می‌کند. و بدان معنی است که خروجی اساساً فقط با منبع ورودی ردیابی می‌شود و در واقع هیچ تثبیتی انجام نمی‌شود.

به عنوان مثال، اگر نویز در منبع ورودی خود دارید، معمولاً توسط یک رگولاتور خطی فیلتر می‌شود. با این حال، این فیلتر کردن در این حالت انجام نمی‌گیرد، بنابراین تمام نویز منبع ورودی مستقیماً به ولتاژ خروجی وارد می شود.

دلیل مفید بودن رگولاتورهای لو دراپ این است که به شما اجازه می دهند رگولاتور را با اتلاف انرژی بسیار کمی راه اندازی کنید.

بسیاری از رگولاتورهای خطی قدیمی ولتاژهای دراپ بسیار بالایی دارند. به عنوان مثال، رگولاتورهای سری محبوب 7800 دارای مشخصات ولتاژ خروجی 2 ولت هستند. این بدان معناست که ولتاژ ورودی باید حداقل 2 ولت بیشتر از ولتاژ خروجی باشد.

در حالی که 2 ولت زیاد به نظر نمی‌رسد، اما اگر 1 آمپر جریان را از این رگولاتور عبور دهیم 2 وات توان هدر می‌رود. یک LDO که تنها با 200 میلی ولت دراپ ولتاژ کار می کند، می تواند 10 برابر جریان را برای اتلاف توان مشابه یک رگولاتور خطی که با دیفرانسیل 2 ولت کار می کند، حمل کند.

خلاصه ای از رگولاتورهای خطی

تنظیم کننده های خطی مفید هستند اگر:

• تفاضل بین ولتاژ ورودی و خروجی کوچک باشد.
• جریان بار کم باشد.
• شما به یک ولتاژ خروجی بسیار تمیز نیاز داشته باشید.
• شما باید طراحی را تا حد امکان ساده و ارزان نگه دارید.

اگر قصد خرید آی سی رگولاتور اورجینال و باکیفیت از یک فروشگاه اینترنتی معتبر دارید، می‌توانید به لیون الکترونیک مراجعه کنید و با خیال راحت خرید خود را انجام دهید.