전류 조절기 : 건설, 작업 및 설계 유형

설계에서 전압을 조절해야하는 상황과 마찬가지로 회로의 특정 부분에 공급되는 전류를 조절해야하는 시나리오가 있습니다. 일반적으로 전압 조정의 주요 원인 중 하나 인 변환 (한 전압 레벨에서 다른 전압 레벨로 변경)과 달리 전류 조정은 일반적으로 부하 저항 또는 입력 전압의 변화에 관계없이 공급되는 전류를 일정하게 유지하는 것입니다. 정전류 공급 을 위해 사용되는 회로 (통합 여부)를 (정전류 조정기)라고 하며 전력 전자 장치에서 매우 일반적으로 사용됩니다.

전류 레귤레이터는 수년에 걸쳐 여러 애플리케이션에 등장했지만 최근까지 전자 설계 대화에서 가장 인기있는 주제 중 하나가 아닐 것입니다. 현재 레귤레이터는 다른 애플리케이션 중에서도 LED 조명의 중요한 애플리케이션으로 인해 일종의 유비쿼터스 상태를 달성했습니다.

오늘 기사에서는 이러한 전류 조정기를 살펴보고 그이면의 작동 원리, 설계, 유형 및 응용 분야를 검토 할 것 입니다.

전류 레귤레이터의 작동 원리

전류 레귤레이터의 작동은 전압 레귤레이터의 작동과 유사하지만 주요 차이점은 조정하는 매개 변수와 출력을 공급하기 위해 변경되는 양입니다. 전압 레귤레이터에서 전류는 필요한 전압 레벨을 달성하기 위해 변경되는 반면, 전류 레귤레이터는 일반적으로 필요한 전류 출력을 달성하기 위해 전압 / 저항의 변화를 포함합니다. 따라서 가능하지만 일반적으로 회로에서 전압과 전류를 동시에 조절하는 것은 어렵습니다.

전류 레귤레이터의 작동 방식을 이해하려면 옴 법칙을 간략히 살펴 봐야합니다.

V = IR 또는 I = V / R

즉, 출력에서 일정한 전류 흐름을 유지하려면이 두 속성 (전압 및 저항)을 회로에서 일정하게 유지하거나 하나에 변화가있을 때 다른 하나의 값이 그에 따라 조정되도록 조정해야합니다. 동일한 출력 전류. 따라서 전류 조정에는 회로의 전압 또는 저항을 조정 하거나 연결된 부하의 요구 사항 / 영향에 관계없이 저항 및 전압 값이 변경되지 않도록하는 것이 포함됩니다.

현재 레귤레이터 작동

전류 레귤레이터가 작동하는 방식을 올바르게 설명하기 위해 아래 회로도를 고려해 보겠습니다.

위 회로의 가변 저항은 전류 조정기의 동작을 나타내는 데 사용됩니다. 가변 저항이 자동화되어 있고 자체 저항을 자동 조정할 수 있다고 가정합니다. 회로에 전원이 공급되면 가변 저항은 부하 저항 또는 전압 공급의 변화로 인한 전류 변화를 보상하기 위해 저항을 조정합니다. 기본 전기 등급에서 기본적으로 저항 (+ 커패시턴스 / 인덕턴스) 인 부하가 증가하면 전류의 효과적인 강하가 발생하고 그 반대의 경우도 마찬가지임을 기억해야합니다. 따라서 전류 강하가 아닌 회로의 부하가 증가하면 (저항 증가) 가변 저항은 증가 된 저항을 보상하고 동일한 전류 흐름을 보장하기 위해 자체 저항을 감소시킵니다. 같은 방식으로 부하 저항이 감소하면가변 저항은 감소를 보상하기 위해 자체 저항을 증가시켜 출력 전류 값을 유지합니다.

전류 조절의 또 다른 접근 방식은 기본 전기 법칙에 따라 전류가 가장 적은 저항으로 경로를 통해 흐르도록 부하와 병렬로 충분히 높은 저항을 연결하는 것입니다. 고값 저항기를 통해 흐르는 전류의 "무시할 수있는"양.

이러한 변화는 일부 전류 조정기가 전압을 변화시켜 출력에서 전류를 유지하므로 전압에도 영향을 미칩니다. 따라서 전류가 조절되는 동일한 출력에서 전압을 조절하는 것은 거의 불가능합니다.

현재 레귤레이터 설계

전류 조정기는 일반적으로 MAX1818 및 LM317과 같은 IC 기반 전압 조정기를 사용하거나 트랜지스터 및 제너 다이오드와 같은 jellybean 수동 및 능동 구성 요소를 사용하여 구현됩니다.

전압 조정기를 사용하여 전류 조정기 설계

IC 기반 전압 조정기를 사용하는 전류 조정기 설계의 경우이 기술은 일반적으로 일정한 부하 저항을 갖도록 전압 조정기를 설정하는 것과 관련이 있으며 선형 조정기의 출력과 접지 사이의 전압이 일반적으로 단단하기 때문에 일반적으로 선형 전압 조정기가 사용됩니다. 따라서 고정 된 저항을 단자 사이에 삽입하여 고정 전류가 부하로 흐를 수 있습니다. 이를 기반으로 한 디자인의 좋은 예는 Budge Ing In 2016의 EDN 간행물 중 하나에 게시되었습니다.

사용 된 회로는 LDO 선형 레귤레이터 MAX1818 을 사용하여 하이 사이드 정전류 레귤레이션 된 전원을 생성합니다. 전원 (위 이미지 참조)은 RLOAD에 I = 1.5V / ROUT과 같은 정전류를 공급하도록 설계되었습니다. 1.5V는 MAX1818 의 사전 설정된 출력 전압 이지만 외부 저항 분배기를 사용하여 변경할 수 있습니다.

설계의 최적 성능을 보장하기 위해 MAX1818의 입력 단자 전압은 데이터 시트에 규정 된 작동 범위이므로 최대 2.5V 여야하며 5.5v를 초과해서는 안됩니다. 이 조건을 충족하려면 IN과 GND 사이에서 2.5V ~ 5.5V를 허용하는 ROUT 값을 선택하십시오. 예를 들어 5V VCC에서 부하가 100Ω이라고 말하면 장치는 60Ω 이상의 ROUT에서 올바르게 작동합니다.이 값은 1.5V / 60Ω = 25mA의 최대 프로그래밍 가능 전류를 허용하기 때문입니다. 그러면 장치의 전압은 허용되는 최소값과 같습니다: 5V-(25mA × 100Ω) = 2.5V.

LM317과 같은 다른 선형 레귤레이터도 유사한 설계 프로세스에서 사용할 수 있지만 MAX1818과 같은 IC가 다른 IC에 비해 갖는 주요 이점 중 하나는 전류 조절에서 매우 중요 할 수있는 열 셧다운을 통합한다는 것 입니다. 높은 전류 요구 사항이있는 부하가 연결되면 IC가 뜨거워지는 경향이 있습니다.

들어 LM317 기반 정전류 회로 아래 고려;

LM317은 레귤레이터가 출력 핀과 조정 핀 사이의 전압이 1.25v가 될 때까지 레귤레이터가 전압을 계속 조정하도록 설계되었습니다. 따라서 일반적으로 전압 레귤레이터 상황에서 구현할 때 분배기가 사용됩니다. 하지만 전류 레귤레이터로 사용하는 경우에는 전압이 일정하기 때문에 전류를 일정하게 만들기 위해 Vout과 ADJ 핀 사이에 저항을 직렬로 삽입하기 만하면되기 때문에 실제로 작업이 매우 쉬워집니다. 위의 회로에 표시된대로. 따라서 출력 전류를 다음과 같이 고정 된 값으로 설정할 수 있습니다.

나는 = 1.25 / R

R의 값이 출력 전류 값의 결정 요인입니다.

가변 전류 레귤레이터를 생성하려면 아래 이미지와 같이 가변 저항을 다른 저항과 함께 회로에 추가 하여 조정 가능한 핀에 분배기를 생성하기 만하면됩니다.

회로의 작동은 이전과 동일하지만 전위차계의 노브를 돌려 저항 을 변경 함으로써 회로에서 전류를 조정할 수 있다는 점이 다릅니다. R 양단의 전압은 다음과 같습니다.

V = (1 + R1 / R2) x 1.25

이것은 R 양단의 전류가 다음과 같이 주어진다는 것을 의미합니다.

I _R = (1.25 / R) x (1+ R1 / R2).

이것은 회로에 I = 1.25 / R 및 (1.25 / R) x (1 + R1 / R2)의 전류 범위를 제공합니다.

설정된 전류에 따라 다릅니다. 저항 R의 와트 정격이 저항 R을 통해 흐르는 전류의 양을 견딜 수 있는지 확인하십시오.

LDO를 전류 레귤레이터로 사용하는 장점과 단점

다음은 선형 전압 조정기 접근 방식을 선택할 때 얻을 수 있는 몇 가지 이점 입니다.

레귤레이터 IC는 과도한 전류 요구 사항이있는 부하가 연결될 때 유용 할 수있는 과열 보호 기능을 통합합니다.
레귤레이터 IC는 큰 입력 전압에 대해 더 큰 내성을 가지고 있으며 높은 전력 손실을 지원합니다.
레귤레이터 IC 접근 방식은 더 높은 전류가 필요하고 전력 트랜지스터가 연결된 경우를 제외하고 대부분의 경우 저항을 몇 개만 추가하여 더 적은 양의 부품을 사용합니다. 즉, 전압 및 전류 조정에 동일한 IC를 사용할 수 있습니다.
구성 요소 수의 감소는 구현 비용 및 설계 시간의 감소를 의미 할 수 있습니다.

단점:

반대로 레귤레이터 IC 접근 방식에 설명 된 구성 은 레귤레이터에서 부하로 조정 된 출력 전압뿐 아니라 대기 전류 의 흐름을 허용합니다. 이로 인해 특정 응용 프로그램에서 허용되지 않는 오류가 발생합니다. 그러나 대기 전류가 매우 낮은 레귤레이터를 선택하면이를 줄일 수 있습니다.

레귤레이터 IC 접근 방식의 또 다른 단점은 설계의 유연성 부족입니다.

전압 조정기 IC를 사용하는 것 외에도 전류 조정기는 트랜지스터, opamp, 필요한 저항이있는 제너 다이오드를 포함한 젤리 빈 부품을 사용하여 설계 할 수도 있습니다. 제너 다이오드는 전압 조절에 사용되는 제너 다이오드를 기억하는 것처럼 회로에 사용됩니다. 이러한 부품을 사용하는 전류 조정기의 설계는 일반적으로 기존 회로에 쉽게 통합 할 수 있으므로 가장 유연합니다.

트랜지스터를 사용한 전류 레귤레이터

이 섹션에서는 두 가지 디자인을 고려할 것입니다. 첫 번째는 트랜지스터 만 사용하는 반면 두 번째는 연산 증폭기와 전력 트랜지스터의 혼합 기능을 제공합니다.

트랜지스터가있는 경우 아래 회로를 고려하십시오.

위의 회로에 설명 된 전류 조정기는 가장 간단한 전류 조정기 설계 중 하나입니다. 그것은 인 로우 사이드 전류 레귤레이터; 나는 지상 전에 부하 후에 연결했습니다. 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 제어 트랜지스터 (2N5551), 파워 트랜지스터 (TIP41) 및 션트 저항 (R).본질적으로 낮은 값의 저항 인 션트는 부하를 통해 흐르는 전류를 측정하는 데 사용됩니다. 회로가 켜지면 션트에서 전압 강하가 기록됩니다. 부하 저항 RL 값이 높을수록 션트에서 전압 강하가 높아집니다. 션트 양단의 전압 강하는 제어 트랜지스터에 대한 트리거 역할을하여 션트 양단의 전압 강하가 높을수록 트랜지스터가 전력 트랜지스터의베이스에 적용되는 바이어스 전압을 더 많이 전도하고 조절하여 저항 R1은 바이어스 저항으로 작동합니다.

다른 회로와 마찬가지로 가변 저항을 션트 저항에 병렬로 추가하여 제어 트랜지스터의베이스에 적용되는 전압의 양을 변경하여 전류 레벨을 변경할 수 있습니다.

연산 증폭기를 사용하는 전류 레귤레이터

두 번째 설계 경로의 경우 아래 회로를 고려하십시오.

이 회로는 연산 증폭기를 기반으로하며 트랜지스터가있는 예와 마찬가지로 전류 감지를 위해 션트 저항을 사용합니다. 션트 양단의 전압 강하는 연산 증폭기에 입력되어 제너 다이오드 ZD1에 의해 설정된 기준 전압과 비교됩니다. 연산 증폭기는 출력 전압을 조정하여 두 입력 전압의 불일치 (높음 또는 낮음)를 보상합니다. 연산 증폭기의 출력 전압은 고전력 FET에 연결되며 적용된 전압에 따라 전도가 발생합니다.

이 설계와 첫 번째 설계의 주요 차이점은 제너 다이오드로 구현 된 기준 전압입니다. 이 두 디자인은 모두 선형 적이며 높은 부하에서 많은 양의 열이 발생하므로 열을 방출하기 위해 방열판을 연결해야합니다.

장점과 단점

이 디자인 접근 방식의 가장 큰 장점은 디자이너에게 제공하는 유연성입니다. 레귤레이터 IC 기반 접근 방식을 특징 짓는 내부 회로와 관련된 제한없이 맛볼 수 있도록 부품을 선택하고 디자인을 구성 할 수 있습니다.

반면에,이 접근 방식은 레귤레이터 기반 IC 접근 방식과 비교할 때 더 지루하고 시간이 많이 걸리며 더 많은 부품이 필요하고 부피가 크며 실패하기 쉬우 며 더 많은 비용이 드는 경향이 있습니다.

전류 레귤레이터의 적용

정전류 레귤레이터는 전원 공급 회로에서 배터리 충전 회로, LED 드라이버 및 적용된 부하에 관계없이 고정 전류를 조정해야하는 기타 애플리케이션에 이르기까지 모든 종류의 장치에서 애플리케이션을 찾습니다.

이 기사는 여기까지입니다! 한두 가지를 배웠기를 바랍니다.

다음 시간까지!