Zener-Diode Shunt-Regler 4 Schritte
Jede Schaltung benötigt eine Stromquelle, aber verschiedene Schaltungen haben unterschiedliche Leistungsanforderungen. Für die meisten Kleinelektronik, ist der Stromverbrauch (oder zumindest könnte mit besserem Design sein) sehr gering. Für die Zeiten, wenn Sie nur eine genaue Spannungspegel nicht viel Strom benötigen, ist das einfachste Mittel, um die Versorgungsspannung der Regulierung durch eine Zener-Diode verwendet.
In diesem Instructable, werde ich eine typische Spannungsregelschaltung mit der Zener-Diode Shunt-Regler-Schaltung und zeigt Ihnen die richtige Art und Weise der Auswahl der perfekten Komponenten für Ihre Schaltung Bedürfnisse vergleichen. Korrekte Verwendung dieser Schaltung kann Zeit und Geld sparen, aber es ist für alle Ausführungen nicht gut geeignet. Also diese Brettchen packen und lassen Sie uns zu den Business-Kleid!
Schritt 1: Zener-Diode Basics
Falls Sie nicht wissen, ist eine Diode, eine spezielle Art von elektrischer Komponente, die in eine Richtung frei Stromfluss ermöglicht, aber blockiert mich aus in umgekehrter Richtung fließt - im Wasser Analogie wäre die Diode ein Einwegventil sein, nur so dass Wasser in einer bestimmten Richtung zu fließen. Eine typische Diode einen Spannungsabfall von etwa 0,7 V hat, wenn sie vorwärts vorgespannt ist.
Alle Dioden haben eine „Rückwärts-Durchbruchspannung“, die an die Diode in umgekehrter Richtung angelegt, wenn Strom verursachen wird rückwärts durch das Bauteil zu fließen, in der Regel ihn im Prozess zerstört werden. Dieser Wert ist in der Regel in die Hunderte bis Tausende von Volt. Eine Zener-Diode (ähnlich einer „Avalanche-Diode“) ist eine spezielle Unterklasse von Dioden, die in die umgekehrte Richtung zu fließen erlaubt Strom, wenn die angelegte Spannung über einem bestimmten Niveau ist, ohne das Bauteil zu beschädigen. Natürlich gibt es Einschränkungen auf den Spannungspegel und / oder Stromfluss, aber das sind Dinge, die der Konstrukteur berücksichtigen müssen.
Einige gemeinsame Zener-Diode Durchbruchspannungen sind: 1,8, 3,3, 5,1, 7,5 und 12,6, was sie ideal für den Einsatz in vielen kleinen Schaltungen zu machen.
Schritt 2: Linear Voltage Regulator Übersicht
Für 95% der kleinen Schaltungen wird die Spannungsregelung durch einen linearen Dropout-Regler ausgeführt. Die gemeinsame 78xx Serie ist sehr beliebt aufgrund der breiten Palette an Regelwerten durch die dargestellten „xx“. Zum Beispiel kann eine 7805 Regulierungsbehörde wird 5V. A 7812 Regulierungsbehörde wird Ausgang 12V. Diese sind alle DC-Werte. Es gibt zwei Hauptprobleme, wenn es darum geht, diese Regulierungsbehörden zu verwenden:
- Sie sind nicht sehr effizient - die Überspannung als Wärme verschwendet wird.
- Sie erfordern eine bestimmte Bereich Eingangsspannung für den Betrieb.
Es gibt einige Regula LDO für „low drop-out“, also die Eingabe nicht, dass sein muss viel höher als der Ausgang. Diese sind schön, weil ein Standard-7805-Regler eine Dropout-Spannung von 2 V hat, das heißt, Sie müssen mindestens 7 V am Eingang für den ordnungsgemäßen Betrieb, aber sie können viel mehr kosten. Der Strom Ineffizienz ist ein bisschen ein Problem. Zum Beispiel, wenn Sie eine Versorgung mit 12 V DC muss 3,3 V DC mit einer Last Zeichnung 1A heruntergeregelt Die Leistung in ist etwa 12W, während die Leistung aus 3.3W, was bedeutet es ein Verlust von 8.7W ist. Das ist nur 27,5% effizient! Es ist aus diesem Grunde, dass die DC-DC-Schaltregler für Anwendungen eingesetzt werden, wenn größere Mengen an Energie benötigt werden und Stromleitungsrauschen (von der Schaltfrequenz) ist kein Problem. Dies ist komplizierter zu gestalten und auch viel mehr kosten.
Zusätzlich zu diesen Bedenken, müssen die meisten Regler einen Kondensator sowohl an der Eingangs- und Ausgangsspannung für die einwandfreien Betrieb zu stabilisieren. Die gute Sache über diese Art des Reglers ist, dass es sollte perfekt funktionieren (ohne zusätzliche Gegenleistung) nur so lange, wie die Versorgungsspannung bleibt innerhalb des Betriebsbereiches und der Ausgangsstrom funktioniert das Maximum überschreiten.
Schritt 3: Der Zener-Diode Shunt-Regler
Wenn Sie wissen, die Höhe der Versorgungsspannung und Sie haben eine kleine Last, eine Zener-Diode als Regler verwendet, kann eine gute Option sein; jedoch ohne geeignete Komponenten, kann diese Schaltung weit sein ineffizienter als ein linearer Regler.
Da die Zener-Diode in der Schaltung unter einer Vorspannung in Sperrichtung gelegt wird, wird es ermöglichen, Strom durch sie fließen kann, solange die Versorgungsspannung oberhalb der Durchbruchspannung der Diode ist. Der Vorwiderstand ist an Ort und Stelle zu verbrennen die Überspannung ab. Wiederum wird diese Energie als Wärme in dem Widerstand verschwendet. Der Grund, warum diese Schaltung mehr ineffizient sein kann, ist die Tatsache, dass der Strom wird immer so lange durch den Widerstand fließen, wenn die Versorgungsspannung über der Diodendurchbruchsspannung ist, auch ohne einen angeschlossenen Last.
Der Wert des Widerstandes bestimmt, den Strom. Beispielsweise unsere früheren Nummern einer 12V-Versorgung und eine 3,3 V-Zener-Diode verwendet wird, wird über den Widerstand 8.7V fällt gelassen werden. Der richtige Wert Widerstand ermöglicht gerade genug Strom zu übergeben ist notwendig, um die Lastschaltung und ein klein wenig von der Zener-Diode verbraucht anzutreiben. Wenn keine Last angeschlossen ist, dann wird der gesamte Strom durch die Diode verbraucht werden.
Es ist aus diesem Grunde, dass der maximalen Leistungsbedarf der Last zu wissen, sehr vorteilhaft ist. Betrachten wir eine Mikrocontroller-Schaltung, die eine LED bei 20 mA blinkt. Der maximale Stromverbrauch des Mikrocontrollers wird davon abhängen, wie schnell es läuft, unter anderem, konnte aber leicht weniger als 100 uA. Nur zur Sicherheit, werden wir sagen, wir brauchen 30 mA von Strom an die gesamte Schaltung geliefert.
Um den notwendigen Vorwiderstand herauszufinden, subtrahieren die Ausgangsspannung von der Versorgungsspannung und teilen sie durch den gewünschten Strom: (12 V - 3,3 V) / 30mA = 290Ω. Die andere Sache, hier zu prüfen, ist die Verlustleistung. Der Widerstand wird 8.7V bei 30mA fallen, 0.261W Leistung abzuführen. Ein 0.5W Widerstand verwendet werden. Wenn keine Last angeschlossen ist, wird die Zener-Diode des gesamten 30mA ableitenden 0.099W Strom verbrauchen. A 0.2W oder größer Diode verwendet werden. Auch bei unserem Beispiel Last der meiste Strom verbrauchen angebracht ist, wird die Zener-Diode, wenn die LED nicht leuchtet wird Aus diesem Grund ist diese Schaltung sehr ineffizient sein kann.
Also, um herauszufinden, welche Teile in dieser Schaltung zu verwenden:
Praktische Überlegungen
Vielleicht fragen Sie sich, angesichts der Tatsache, dass diese Schaltung so ineffizient sein kann, wenn (und warum) sollten wir es nutzen? Die Antwort ist ziemlich einfach. Diese Schaltung kann verwendet werden, wenn die Last ein ziemlich kontinuierlichen Wert (nicht drastische Veränderungen wie die Stromversorgung eine blinkende LED) ist und nicht zu groß ist, da die Komponenten nicht sehr viel Strom verarbeiten kann. Es kann ein paar Chips verwendet werden, um die Macht, die einen geregelten Spannungspegel niedriger als die Versorgung benötigen. Diese Chips können dann größere Lasten steuern (wie Motoren oder LEDs) direkt an der Quelle über die Transistoren (BJT oder MOSFET).
Wenn aufladbare Batterien verwendet wurden, würde die 4.8V Versorgungs den Widerstand in den Stromkreis, unverändert durch die Zener-Diode durchlaufen. Die Stromaufnahme durch das & mgr; C würde den Spannungsabfall über den Widerstand bestimmen, aber es ist eine vernachlässigbare Menge. Wenn normale Batterien verwendet wurden, würde die 6V Versorgung durch die Zener-Diode 5,1 V heruntergeregelt. Es gibt noch andere offensichtliche Lösungen, aber ich habe das Gefühl, keine neuen Teile wie Bestellung, da ich ein paar Zener-Dioden und viele Widerstände auf der Hand hatte.
Schließlich kann diese Schaltung verwendet werden, wenn Platz- oder Kosten ein sehr großer Faktor in der Gestaltung ist. Ein Widerstand und die Zenerdiode wird viel weniger als ein Regler und ein paar Kondensatoren kosten, und sie werden viel weniger Platz auf einer Leiterplatte aufzunehmen. Wir hoffen, dass diese Informationen, die Sie in die richtige Richtung, wenn es darum geht, Ihre Schaltung der Stromversorgung zu entwerfen!
Angenommen, Sie sind einen Superkondensator Lade wo „VBat“ in Ihrer Schaltung befindet und die Spannung über den Kondensator ist nur zur Zeit 2V und Sie haben eine 3,3 V Zener-Diode und Widerstand mit dem Kondensator angebracht, wie in Ihrer Schaltung und wollen gezeigt beginnen Dumping die Überspannung, wenn der Kondensator die 3,3 V-Zener-Spannung erreicht. Meine Frage ist, gibt es einen kleinen Strom, der den Widerstand und die Zener-Diode fließt, selbst wenn die Zener-Spannung nicht erreicht wurde? Was passiert, wenn Sie einen 2V geschmeidig an die 3,3 V Zener-Diode anschließen, wie gezeigt? Wie viel Energie verloren geht?
Wie meine Schaltung, wird es immer aktuell sein durch R1 fließt, aber in Ihrer Schaltung würde es oft sehr minimal sein. In ähnlicher Weise wird es immer Strom durch die Diode fließt durch, auch wenn es Wert nicht erreicht wird - es ist Leckstrom genannt, und Sie würden ein Datenblatt für einen tatsächlichen Wert beraten haben, aber ich habe es im Bereich Mikro von pico gesehen Ampere.
Wie für die Kappe tatsächlich Lade, würde die Diode zwecklos. Kondensatoren speichert so viel Potential, wie sie können (und explodieren, wenn Sie über ihrem Nennwert gehen). Wenn die Kappe 2V hat, und Sie verbinden Sie es mit einer 3,3V Linie, wird es sofort Strom ziehen, bis es auch 3,3V ist. Sie können berechnen, wie lange dies dauert, wenn Sie die Spannungsdifferenz (3,3 -2) kennen, die Kapazität (Farad), Linie / Lastwiderstand und möglicherweise die maximale Entladungsrate der Quelle VCC.
Wenn Sie dann die Kappe auf eine 5V Quelle anschließen, wird es mehr Strom ziehen, bis sie 5 V erreicht. Es wird nicht mehr als 5 V gehen, denn die ganze Potential dieses verfügbar ist. Allerdings haben die Schaltung ich einen Nullstrombezugs gezeigt ist für die Bereitstellung oder Source-Spannungen regeln, und es ist ein guter Trick, wenn Ihre Quelle jeder zwischen einem akzeptablen Potential und etwas ein bisschen zu hoch (wie 4 Akkus bei 1,2 V variieren vs 4 Alkali-Batterien bei 1,5 V je.). Diese Schaltung wird zum Laden irgendwelcher Art nicht gemeint.
Schließlich würde eine 2V Quelle zu einer 3,3 V Zener-Diode verbindet im Wesentlichen keine Wirkung, mit Ausnahme des kleinen Leckstrom früher ich darüber gesprochen.
Danke für den Artikel. Ich bin den Aufbau einer Windmühle Generator und einen Laderegler für einen maximalen Eingangs von 15V bewertet. Ich mag den Controller im Fall von Spannungsspitzen aus dem gerneator Motor über 15V schützen. Beigefügt ist eine mögliche Ausführung kam ich mit den Informationen oben. Ich hatte gehofft, Sie könnten mir sagen, ob es wie gewünscht funktionieren würde. (Würden alle Spannung über 15 V Kurzschluss an Masse?).
Anmerkung * Ich habe nicht den Gesamtwiderstand Äquivalent der Last oder Strommesswerte ermittelt. Hoffentlich über mindestens 1A. Vielen Dank!
Ihre Nutzung dieser Art der Diode generall eine Avalance Diode statt Zener genannt, aber es ist im Grunde das gleiche. Werfen Sie einen Blick auf dieser Seite für weitere Informationen:
Es scheint mir, wie Sie die Diode „zeigen“ zu Boden haben. Das bedeutet, dass alle aktuellen kurzschließen würde direkt an Masse. Um die Diode als clipper zu verwenden, muss es zu „Punkt“ auf der Spannung. Denken Sie daran, nur eine Diode Stromfluss in Richtung läßt es zeigen wird, wenn der Spannungspegel überschreitet seine „Durchbruchspannung.“ Wir können das ausnutzen, indem er Zeners mit niedrigem Durchbruch Leveln nur zu höheren Spannungen passieren zu lassen.
Es ist eine Gemeinschaft von Electrical Engineers und sie werden gerne Ihnen mit Rat und Richtung bieten. Seien Sie nur gewarnt werden, wenn Sie nicht Wort sehr gut es tun, könnten sie ein bisschen unhöflich zu sein scheinen. es ist nur die Integrität des Anblicks zu schützen. Werfen Sie einen Blick auf ein paar anderen Fragen (oder die über Seite lesen), um zu sehen, was ich meine.
Danke dafür. Es ist sehr gut gemacht und hilfreich. Ich war mit der Idee, eine Zener-Diode als Shunt zur Verwendung der Spannung in einer Schaltung auf einem gewünschten Pegel zu klemmen, jedoch keinen Gedanken an disapating Überschuss Eingangsleistung mit einem Vorwiderstand gegeben hatte.