เมื่อไหร่ที่ฉันจะใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้ากับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า?

29

เมื่อใดที่คุณจะใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้ากับตัวแบ่งแรงดันตัวต้านทาน มีการใช้งานใดที่ตัวแบ่งความต้านทานไม่ดีเป็นพิเศษหรือไม่?

voltage-regulator voltage-divider

— พีท
แหล่งที่มา

Divider output ไม่ได้ "แข็ง" เนื่องจากมันแตกต่างกันไปตามเอาท์พุทโดย Reffective x Iout ซึ่งเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงปัจจุบัน นอกจากนี้ยังกระจายพลังงานที่สำคัญในกรณีส่วนใหญ่ อีกทางเลือกหนึ่งคือตัวต้านทานบวกซีเนอร์ซึ่งเป็นตัวควบคุมชนิดแปลก ๆ ยังคงมากขึ้นและมีปัญหาการกระจายตัวที่เหมือนกัน

— รัสเซลแม็คมาฮอน

45

วงจรทั้งสองประเภทนี้มีการใช้งานที่แตกต่างกันมาก

ตัวแบ่งความต้านทานโดยทั่วไปจะใช้ในการปรับขนาดแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้สามารถตรวจจับ / ตรวจจับ / วิเคราะห์ได้ง่ายขึ้น

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณต้องการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าอาจสูงถึง 15V คุณกำลังใช้ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์ ("ADC") ซึ่งใช้ 3.3V สำหรับการอ้างอิง ในกรณีนี้คุณอาจเลือกที่จะหารแรงดันไฟฟ้า 5 ซึ่งจะให้สูงถึง 3.0V ที่อินพุตของ ADC

มีข้อบกพร่องสองสามประการ หนึ่งคือว่ามีกระแสไหลผ่านตัวต้านทานเสมอ สิ่งนี้มีความสำคัญในวงจรที่ใช้พลังงาน จำกัด (ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่) ปัญหาที่สองคือตัวแบ่งไม่สามารถหาแหล่งกระแสที่สำคัญได้ หากคุณเริ่มการวาดปัจจุบันมันจะเปลี่ยนอัตราส่วนตัวแบ่งและสิ่งต่าง ๆ ไม่เป็นไปตามแผนที่วางไว้ :) ดังนั้นจริงๆแล้วมันใช้เพื่อขับเคลื่อนการเชื่อมต่อที่มีความต้านทานสูงเท่านั้น

ในทางกลับกันเครื่องควบคุมแรงดันไฟฟ้าถูกออกแบบมาเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าคงที่โดยไม่คำนึงถึงอินพุต นี่คือสิ่งที่คุณต้องการใช้เพื่อให้พลังงานแก่วงจรอื่น ๆ

สำหรับการสร้างรางแรงดันไฟฟ้าหลายตัว: สำหรับตัวอย่างนี้สมมติว่าคุณกำลังใช้ตัวควบคุมการสลับที่มีประสิทธิภาพ 80% สมมติว่าคุณมี 9V และต้องการผลิต 5V และ 3.3V หากคุณใช้อุปกรณ์ควบคุมในแบบคู่ขนานให้เชื่อมต่อแต่ละตัวสูงถึง 9V ดังนั้นรางทั้งสองจะมีประสิทธิภาพ 80% อย่างไรก็ตามหากคุณสร้าง 5V แล้วใช้เพื่อสร้าง 3.3V ประสิทธิภาพ 3.3V ของคุณคือ (0.8 * 0.8) = มีประสิทธิภาพ 64% เท่านั้น โทโพโลยีสำคัญ!

ในขณะที่หน่วยงานกำกับดูแลเชิงเส้นจะได้รับการประเมินต่างกัน พวกเขาเพียงแค่ลดแรงดันเอาต์พุตสำหรับกระแสใดก็ตาม ความแตกต่างของพลังงานสูญเปล่าเช่นความร้อน หากคุณมี 10V และ 5V จากนั้นแสดงว่ามีประสิทธิภาพ 50%

พวกเขามีประโยชน์อย่างไร! พวกเขามีขนาดเล็กราคาไม่แพงและซับซ้อนน้อยกว่า พวกมันเงียบด้วยไฟฟ้าและสร้างแรงดันเอาต์พุตที่ราบรื่น และหากไม่มีความแตกต่างกันมากระหว่างแรงดันไฟฟ้าอินพุตและเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพจะสูงขึ้น

มีไอซีที่ให้การควบคุมหลายอย่าง Linear Tech, Maxim Integrated, Texas Instruments ล้วนมีตัวเลือกที่ดี ยกตัวอย่างเช่น LTC3553 จัดให้มีการรวมกันของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมเครื่องปรับความดันสวิตชิ่งและตัวควบคุมเชิงเส้น พวกเขามีรสชาติที่มีหรือไม่มีที่ชาร์จบางคนที่มีสองสวิตช์และไม่มี linears บางคนที่มีหลายเส้น ...

หนึ่งในผลิตภัณฑ์ปัจจุบันของฉันใช้แบตเตอรี่ 3.7V และต้องการ 3.3V และ 2.5V มันมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับฉันที่จะเป็นเส้นตรงสำหรับ 3.3V และสวิตช์สำหรับ 2.5V (ป้อนโดยแบตเตอรี่ไม่ใช่ราง 3.3V) ฉันใช้ LTC3553

คุณจะต้องการใช้เวลากับเครื่องมือเลือกผลิตภัณฑ์ของเว็บไซต์นั้น ๆ

โชคดี!

— bitsmack
แหล่งที่มา

ฉันคิดว่ามันคุ้มค่าที่จะกล่าวถึงว่าการพูดคุยเกี่ยวกับประสิทธิภาพของคุณกับรางจ่ายไฟหลาย ๆ อันนั้นใช้เฉพาะกับหน่วยงานกำกับดูแลแบบสวิตช์และไม่ใช่หน่วยงานกำกับดูแลเชิงเส้น

— Joe Hass

"ตัวแบ่งไม่สามารถระบุแหล่งที่มาที่สำคัญในปัจจุบัน" เหตุใดจึงเป็นเช่นนี้

— kmort

1

@kmort ลองคิดดูว่าคุณกำลังแบ่ง 10V ลงไปที่ 5V คุณใช้ตัวต้านทาน 500-Ohm สองตัวเพื่อทำการหาร ตอนนี้คุณมี 10 (V) / 1000 (Ohm) = 10mA ไหลผ่านตัวแบ่ง ตอนนี้เพิ่มโหลดของคุณ โหลดนี้จะขนานกับตัวต้านทานด้านล่างซึ่งจะทำการคำนวณตัวหารตัวต้านทานและทำการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนแรงดัน หากภาระของคุณได้รับการแก้ไขแล้วคุณสามารถคำนวณค่าตัวแบ่งที่ปรับได้ กฎง่ายๆคือการดึงน้อยกว่า 10% จากโหนดกลางของตัวแบ่งดังนั้นคุณไม่รบกวนอัตราส่วนมาก แต่ตอนนี้คุณกำลังใช้ 10 เท่าของกระแสที่คุณต้องการผ่านตัวแบ่ง!

— bitsmack

@ bitmack ใช่มันสมเหตุสมผลดี ฉันควรคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้อีกเล็กน้อย ขอบคุณสำหรับความช่วยเหลือของคุณ. :-)

— kmort

@kmort ดีใจที่ได้ช่วย :)

— bitsmack

12

เนื่องจากตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าไม่ได้ควบคุมใครจะไม่ต้องการใช้ตัวแบ่งแรงดันเมื่อต้องการแรงดันไฟฟ้าที่มีการควบคุม

เครื่องควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะรักษาแรงดันเอาท์พุทไว้ที่ค่าคงที่แม้ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเข้าและกระแสโหลดแตกต่างกัน

แบ่งแรงดันจะไม่ทำเช่นนี้ พิจารณาสมการตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า:

v_{O U T} = v_{I N} \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}} - i_{O U T} \cdot R_{1} | | R_{2}

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

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

อย่างไรก็ตามมีการใช้งานมากมายสำหรับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเช่นการลดทอนแต่การควบคุมแรงดันไฟฟ้าไม่ใช่หนึ่งในนั้น

— อัลเฟรดเซ็นทอรี
แหล่งที่มา

7

ตัวแบ่งแรงดันไม่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ให้แรงดันไฟฟ้าคงที่กับโหลดตัวแปรหรือความต้านทานต่ำ โหลดที่เปลี่ยนแปลงได้นั้นค่อนข้างทั่วไปและรวมวงจรดิจิตอลส่วนใหญ่บนโลกด้วย

โหลดที่มีความต้านทานสูงและคงที่สามารถมีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าไว้ด้านหน้า ในกรณีนี้เมื่อใช้ ADC ในการวัดหรือตัวเปรียบเทียบเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่กว่ามากหรือในอินพุตความรู้สึกของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

— Ignacio Vazquez-Abrams
แหล่งที่มา

ดังนั้นถ้าฉันมีบอร์ดที่ฉันต้องใช้กำลังทั้ง 5v และ 3.3v ลอจิกน่าจะดีกว่าที่จะมีสองตัวควบคุมหนึ่งตัวสำหรับแต่ละแรงดันแทนที่จะพยายามใช้ 3.3v กับตัวต้านทานแรงดันตัวต้านทาน

— Pete

โดยหลักการแล้วคุณจะมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าหนึ่งตัวที่จะให้แรงดันทั้งสองอย่าง แต่การมีตัวควบคุมสองตัวนั้นดีกว่าการมีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจำนวนหนึ่งเพื่อทำงานเดียวกัน

— Ignacio Vazquez-Abrams

คุณมีตัวอย่างของหมายเลขชิ้นส่วนในมือที่สามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าคู่ได้หรือไม่?

— Pete

Nope

— Ignacio Vazquez-Abrams

@ Pete Ha! ในกรณีที่คุณไม่ได้สังเกตเห็น "Nope" ของ Ignacio เป็นลิงก์ไปยังโปรแกรมค้นหาผลิตภัณฑ์ของ TI :)

— bitsmack

3

มักจะไม่ใช้ตัวแบ่งแรงดันเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากไม่มีกฎข้อบังคับ โหลดจำนวนมากจะเปลี่ยนแรงดันเอาท์พุทของพวกเขาอยู่แล้วตัวอย่างเช่นโหลดตัวต้านทานไปยังกราวด์เป็นหลักควบคู่กับ R2

มักจะใช้ตัวแบ่งแรงดันเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าเข้ากับอินพุตอิมพีแดนซ์สูง ในกรณีนี้คุณสามารถคิดได้ว่าอิมพีแดนซ์นั้นเหมือนกับความต้านทาน การมีตัวต้านทาน 10M แบบขนานพร้อมกับ R2 จะไม่ส่งผลกระทบมากนักตราบใดที่ R2 นั้นมีขนาดต่ำกว่าเช่น 10k แน่นอนว่าการใช้ตัวต้านทานค่าต่ำสำหรับตัวแบ่งยังเพิ่มการไหลของกระแสผ่านมันด้วยดังนั้นจึงทำให้เกิดปัญหาสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

ตัวอย่างทั่วไปของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเป็นอินพุตความต้านทานสูงคือการแบ่งแรงดันไฟฟ้าสูงถึงช่วงที่ ADC สามารถวัดได้ สมมติว่า ADC ของคุณมีข้อมูลอ้างอิง 1V และคุณต้องการวัดแบตเตอรี่ 3.6V ด้วย คุณอาจใช้ตัวแบ่ง 4: 1 เพื่อลดขนาดลงดังนั้นมันจึงน้อยกว่า 1V และวัดได้โดย ADC

อีกตัวอย่างทั่วไปคือการจัดให้มีแรงดันอ้างอิงรอง สมมติว่าคุณมีแหล่งจ่าย 3.6V และต้องการการอ้างอิง 1.8V (ครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าเช่นสำหรับ biasing สัญญาณ AC ที่มี DC offset) แทนที่จะรบกวนกับ IC อ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่มีราคาแพงคุณสามารถใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อลดแรงดันของแหล่งจ่ายและป้อนให้กับบัฟเฟอร์ op-amp ลดลงครึ่งหนึ่ง op-amp มีอินพุตความต้านทานสูงและสามารถใช้เอาต์พุตสำหรับการให้น้ำหนักได้

เครื่องปรับความดันสามารถให้กระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่งเข้ากับโหลดโดยมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายและอื่น ๆ

— ผู้ใช้งาน
แหล่งที่มา