Zener diode Shunt régulateur 4 étapes
Chaque circuit a besoin d'une source d'énergie, mais différents circuits ont des exigences différentes de puissance. Pour la plupart des petits appareils électroniques à grande échelle, la consommation d'énergie est (ou est au moins pourrait être une meilleure conception) très faible. Pour les moments où vous n'avez pas besoin de beaucoup de puissance, juste un niveau de tension précis, les moyens les plus simples de régulation de la tension d'alimentation est à l'aide d'une diode Zener.
Dans ce Instructable, je comparerai un circuit de régulation de tension typique avec le circuit de régulateur shunt diode Zener et vous montrer la bonne façon de choisir les composants parfaits pour vos besoins de circuit. L'utilisation correcte de ce circuit peut gagner du temps et de l'argent, mais il ne convient pas pour tous les modèles. Alors prenez les planches à pain et nous allons robe d'affaires!
Étape 1: Principes de base Zener diode
Si vous ne savez pas, une diode est un type de composant électrique qui permet la circulation du courant librement dans une direction, mais bloque de circuler dans le sens inverse - dans l'analogie de l'eau, la diode serait une valve à sens unique, seulement permettant à l'eau de circuler dans une direction spécifique. Une diode typique aura une chute de tension d'environ 0,7 V en polarisation directe.
Toutes les diodes ont une « tension de claquage inverse », qui si elle est appliquée à la diode dans le sens inverse provoque un courant de circuler vers l'arrière à travers le composant, détruisant typiquement dans le processus. Cette valeur est généralement dans les centaines de milliers de volts. est une sous-classe particulière de diodes qui permettent au courant de circuler dans le sens inverse si la tension appliquée est supérieure à un certain niveau, sans endommager le composant A diode Zener (similaire à un « Avalanche Diode »). Bien sûr, il y a des limites au niveau de tension et / ou le flux de courant, mais ce sont des choses que l'ingénieur de conception doit prendre en considération.
Certaines tensions de claquage de diodes Zener commune sont: 1,8, 3,3, 5,1, 7,5 et 12,6, ce qui les rend idéales pour une utilisation dans de nombreux petits circuits.
Étape 2: Vue d'ensemble du régulateur linéaire de tension
Pour 95% des petits circuits, la régulation de la tension est réalisée par une baisse linéaire sur le régulateur. La série 78XX est très populaire en raison de la large gamme de valeurs de régulation représentées par le « xx ». Par exemple, une sortie volonté du régulateur 7805 5V. Une sortie de la volonté du régulateur 7812 12V. Ce sont toutes les valeurs DC. Il y a deux principaux problèmes en ce qui concerne l'utilisation de ces régulateurs:
- Ils ne sont pas très efficaces - que la tension excédentaire est perdue sous forme de chaleur.
- Ils ont besoin d'une tension pour le fonctionnement d'entrée de gamme spécifique.
Il y a des régulateurs LDO appelés pour « abandon bas », qui signifie l'entrée ne doit pas être beaucoup plus élevé que la sortie. Ce sont bien, car un régulateur 7805 standard a une chute hors tension de 2V, ce qui signifie que vous avez besoin d'au moins 7 V à l'entrée pour un bon fonctionnement, mais ils peuvent coûter beaucoup plus. L'inefficacité de puissance est un peu plus d'un problème. Par exemple, si vous avez une alimentation en courant continu régulé 12V courant continu jusqu'à 3,3V avec un dessin de charge 1A, La puissance est d'environ 12W alors que la puissance de sortie est 3.3W, ce qui signifie qu'il ya une perte de 8.7W. C'est seulement 27,5% efficace! Il est pour cette raison que les régulateurs de commutation DC-DC sont utilisés pour des applications lorsque de plus grandes quantités d'énergie sont nécessaires et le bruit de ligne électrique (à partir de la fréquence de commutation) ne sont pas un problème. Ce sont plus complexes à concevoir et coûtent aussi beaucoup plus.
En plus de ces préoccupations, la plupart des régulateurs ont besoin d'un condensateur à l'entrée et la sortie pour stabiliser la tension pour le bon fonctionnement. La bonne chose sur l'utilisation de ce type de régulateur est qu'il devrait fonctionner parfaitement (sans contrepartie supplémentaire) juste tant que la tension d'alimentation reste dans la plage de fonctionnement et le courant de sortie ne dépasse pas le maximum.
Étape 3: La diode Zener Régulateur Shunt
Lorsque vous connaissez le niveau de la tension d'alimentation et vous avez une petite charge, en utilisant une diode Zener comme régulateur peut être une bonne option; cependant, sans composants appropriés, ce circuit peut être beaucoup plus inefficace d'un régulateur linéaire.
Etant donné que la diode Zener est placée dans le circuit sous une polarisation inverse, elle permettra au courant de circuler à travers elle aussi longtemps que la tension d'alimentation est supérieure à la tension de claquage de la diode. La résistance de la série est en place pour brûler la tension excessive. Encore une fois, cette énergie est perdue sous forme de chaleur dans la résistance. La raison pour laquelle ce circuit peut être plus inefficace est le fait que le courant sera toujours circule à travers la résistance tant que la tension d'alimentation est supérieure à la tension de claquage de diode, même sans une charge attachée.
La valeur de la résistance détermine le courant. Par exemple, en utilisant nos numéros précédents d'une alimentation en 12V et une diode Zener 3.3V, 8.7V sera abandonné à travers la résistance. La résistance de valeur correcte permettra juste assez courant de passer comme il est nécessaire pour alimenter le circuit de charge, plus un petit peu consommé par la diode Zener. Si aucune charge est fixée, le courant entier sera consommée par la diode.
Il est pour cette raison que la connaissance des exigences de puissance maximale de la charge sont très bénéfiques. Considérons un circuit de micro-contrôleur qui clignote une LED à 20mA. La consommation maximale du microcontrôleur dépendra de la vitesse à laquelle il est en cours d'exécution, entre autres, mais pourrait facilement être inférieure à 100uA. Juste pour des raisons de sécurité, nous allons dire que nous devons 30mA du courant fourni à l'ensemble du circuit.
Pour déterminer la résistance série est nécessaire, soustraire la tension de sortie à partir de la tension d'alimentation et le diviser par le courant désiré: (12V - 3,3 V) / 30mA = 290Ω. L'autre chose à considérer ici est la dissipation de puissance. La résistance baissera 8.7V à 30mA, dissipant 0.261W du pouvoir. Une résistance 0.5W doit être utilisé. Si aucune charge est fixée, la diode Zener consommera toute 30mA dissipant 0.099W du pouvoir. Une 0.2W ou plus diode doit être utilisé. Même avec notre charge exemple ci-joint, la diode Zener consommera plus de courant lorsque la LED est de ne pas allumé Voilà pourquoi ce circuit peut être très inefficace.
Alors, pour savoir quelles sont les parties à utiliser dans ce circuit:
Considérations pratiques
On peut se demander, compte tenu du fait que ce circuit peut être si inefficace, quand (et pourquoi) devrions-nous l'utiliser? La réponse est plutôt simple. Ce circuit peut être utilisé lorsque la charge est une valeur assez continue (pas de changements drastiques comme la mise sous tension d'un clignotement de la LED) et est pas trop grand car les composants ne peuvent pas gérer très courant. Il peut être utilisé pour alimenter quelques puces qui ont besoin d'un niveau de tension régulée inférieure à l'offre. Ces puces peuvent alors contrôler de plus grandes charges (comme les moteurs ou LED) directement reliés à la source par l'intermédiaire de transistors (BJT ou MOSFET).
Si les piles rechargeables ont été utilisés, l'approvisionnement en 4.8V passerait à travers la résistance dans le circuit, pas modifiée par la diode Zener. Le tirage courant par le uC déterminerait la chute de tension aux bornes de la résistance, mais il est une quantité négligeable. Si les piles régulières ont été utilisées, l'approvisionnement en 6V serait réglementé jusqu'à 5.1V par la diode Zener. Il existe d'autres solutions évidentes, mais je ne me sentais pas comme commander des nouvelles pièces que j'avais quelques diodes Zener et beaucoup de résistances à portée de main.
Enfin, ce circuit peut être utilisé si l'espace ou le coût est un facteur énorme dans la conception. Une diode de résistance et Zener va coûter beaucoup moins d'un régulateur et un couple de condensateurs, et ils prennent beaucoup moins de place sur une carte de circuit imprimé. Il faut espérer que ces informations vous diriger dans la bonne direction en ce qui concerne la conception de l'alimentation de votre circuit!
Dites que vous chargez un super condensateur où « VBat » se trouve dans votre circuit et la tension aux bornes du condensateur est juste 2V actuellement et vous avez une diode Zener 3.3V et résistance attachée au condensateur comme indiqué dans votre circuit et que vous souhaitez commencer le dumping la tension en excès lorsque le condensateur atteint la tension de Zener de 3,3V. Ma question est là un petit courant qui circule à travers la résistance et la diode Zener même lorsque la tension Zener n'a pas été atteint? Qu'est-ce qui se passe quand vous accrochez un souple 2V à la diode Zener 3.3V comme le montre? Combien de puissance est perdue?
Comme mon circuit, il y aura toujours du courant traversant R1, mais dans votre circuit, il serait souvent très minime. De même, il y aura toujours le courant circulant à travers la diode, même si sa valeur est pas atteint - il est appelé courant de fuite, et vous auriez à consulter une fiche technique pour une valeur réelle, mais je l'ai vu aller de pico à micro ampère.
En ce qui concerne la charge en fait le bouchon, la diode ne servirait à rien. Les condensateurs stockent autant de potentiel qu'ils peuvent (et exploser si vous allez au-dessus de leur valeur nominale). Si le bouchon a 2V, et vous attacher à une ligne de 3.3V, il attirera immédiatement courant jusqu'à ce qu'il soit également 3.3V. Vous pouvez calculer combien de temps cela prend si vous connaissez la différence de tension (3,3 -2), la capacité (farads), ligne / résistance à la charge, et peut-être le taux de décharge maximum de votre CCV source.
Si vous connectez ensuite le bouchon à une source 5V, il attirera plus de courant jusqu'à ce qu'il atteigne 5 V. Il ne sera pas aller au-dessus 5V, parce que c'est tout le potentiel dont il dispose. Cependant, le circuit que je l'ai montré est pour fournir une référence sans courant ou de régulation des tensions de source, et il est un bon truc quand votre source pourrait varier entre un potentiel acceptable et quelque chose d'un peu trop élevé (comme 4 piles rechargeables à 1.2V chaque vs 4 piles alcalines à 1,5 V chacun.). Ce circuit est pas destiné à des fins de charge de toute nature.
Enfin, la connexion d'une source 2V à une diode Zener 3.3V aurait pratiquement aucun effet, à l'exception du petit courant de fuite, j'ai parlé plus tôt.
Merci pour l'article. Je construis un générateur de moulin à vent et ont un contrôleur de charge nominale pour une entrée maximum de 15V. Je veux protéger le contrôleur en cas de pointes de tension du moteur de gerneator ci-dessus 15V. Ci-joint est une conception possible, je suis venu avec l'aide des informations ci-dessus. J'espérais que vous pourriez me dire si cela fonctionnerait comme on le souhaite. (Est-ce que toutes les tension au-dessus 15V court à la terre?).
Note * Je n'ai pas déterminé la résistance totale équivalente de la charge ou de valeurs mesurées actuelles. Si tout va bien au-dessus d'au moins 1A. Merci!
L'utilisation de ce type de diode est appelée generall une diode Avalance au lieu de Zener, mais il est fondamentalement la même chose. Jetez un oeil sur cette page pour plus d'informations:
Il me semble que vous avez la diode « pointage » à la terre. Cela signifie que tout le courant serait court directement à la masse. Pour utiliser la diode comme une tondeuse, il faut « point » à la tension. Rappelez-vous, une diode ne laisse passer que le flux de courant dans le sens qu'il pointe à moins que le niveau de tension est supérieure à sa « tension de claquage. » Nous pouvons exploiter qu'en utilisant Zeners avec un faible niveau de ventilation pour ne permettre que des tensions plus élevées de passer.
C'est une communauté des ingénieurs en électricité et ils offrent un plaisir de vous des conseils et la direction. Il faut également savoir, si vous ne le faites pas mot très bien, ils pourraient sembler un peu rude. son juste pour protéger l'intégrité de la vue. Jetez un oeil à quelques questions (ou lire la page A propos) pour voir ce que je veux dire.
Merci pour ça. Il est très bien fait et utile. Je connaissais l'idée d'utiliser une diode Zener comme dérivation pour bloquer la tension dans un circuit à un niveau souhaité, mais avait donné aucune pensée à disapating puissance d'entrée excédentaire avec une résistance de chute.