Frage:
Warum haben Spannungsregler-ICs ein großes Welligkeitsunterdrückungsverhältnis?
Iwatani Naofumi
2020-08-27 14:11:44 UTC
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Der Spannungsregler LM7805 hat eine Welligkeitsunterdrückung von 73 dB (Minimum 62 dB). Mein Lehrbuch sagt, dass dies einen enormen Vorteil bietet, da wir keine sperrigen verwenden müssen LC-Filter im Netzteil, um die Welligkeit zu minimieren.

Ich verstehe nicht, wie dieser IC die Welligkeit so stark reduzieren kann.

Ein Beispiel der internen Schaltung des LM7805:

enter image description here

Ich sehe keinen Block, der wie ein Filterkondensator für die Eingangsspannung wirkt, um diese Welligkeit so stark zu reduzieren.

Warum haben Spannungsregler-ICs ein so großes Welligkeitsunterdrückungsverhältnis?

Weil sie Spannungsregler sind.Der Hinweis ist im Namen LOL.Sie müssen sich mit Sachen auf Vin beschäftigen und trotzdem die Ausgabe regulieren.
verwandte Frage mit einem diametral entgegengesetzten Standpunkt: [Sind alle Linearregler schlecht darin, Eingangswelligkeiten zu filtern?] (https://electronics.stackexchange.com/q/477664/7036)
Fragen Sie * warum * oder * wie *?Die bisherigen Antworten sind auf diese beiden unterschiedlichen Fragen.
Eher wie "wie"
Fünf antworten:
#1
+36
Bimpelrekkie
2020-08-27 14:39:01 UTC
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Sehen wir uns das Datenblatt an, um weitere Details zu dieser Welligkeitsunterdrückung zu sehen:

enter image description here

Beachten Sie, wie "f = 120 Hz" steht, was bedeutet, dass diese Welligkeitsunterdrückung bei 120 Hz gemessen wird, was eine ziemlich niedrige Frequenz ist.

Die Schaltung im LM7805 (und vielen anderen Spannungsreglern) läuft auf Folgendes hinaus:

enter image description here

Quelle

Eine stabile referenzspannung wird mit der Zenerdiode \ $ V_Z \ $ span> erzeugt (im LM7805 wird eine " Bandlückenschaltung" verwendet) hat die gleiche Funktion).

Diese Referenzspannungsschaltung muss ebenfalls eine sehr gute Welligkeitsunterdrückung aufweisen. Jede Welligkeit der Referenzspannung tritt auch am Ausgang auf. In der Praxis ist dies normalerweise kein Problem, da Referenzspannungsschaltungen mit ausreichender Welligkeitsunterdrückung hergestellt werden können.

Ein Operationsverstärker (der als Fehlerverstärker verwendet wird) vergleicht die Ausgangsspannung (tatsächlich eine heruntergeteilte Version der Ausgangsspannung, \ $ R_1 \ $ span> und \ $ R_2 \ $ span> sind ein Spannungsteiler).

Der Ausgang des Operationsverstärkers steuert einen Transistor Q2.

Wenn der opamp schnell genug ist, kann er den Transistor Q2 so gut steuern, dass er schnell genug ist, um auf die Spannungsänderungen (Welligkeit!) bei \ $ V_i \ $ zu reagieren span>. Es reagiert so, dass bei \ $ V_o \ $ span> so wenig von der Welligkeit übrig bleibt, wie die Schleife verwalten kann. Im Wesentlichen kompensiert die Schleife für die Welligkeit, indem Q2 so gesteuert wird, dass die Welligkeit rejected ist.

Wenn Sie die richtige Schleifenanalyse durchführen würden, würden Sie feststellen, dass die Welligkeitsunterdrückung von der excess-Schleifenverstärkung innerhalb der Schleife abhängt. Weitere Informationen finden Sie unter Lesen Sie.

Mit einem Operationsverstärker, der sowohl schnell genug ist als auch eine hohe Verstärkung aufweist (für 120 Hz ist dies kein Problem, die Verstärkung ist ziemlich hoch), können wir eine ziemlich hohe Welligkeitsunterdrückung erzielen.

Bei (viel) höheren Frequenzen als 120 Hz, wie zum Beispiel bei 1 MHz, ist der Operationsverstärker nicht schnell genug und hat weniger Verstärkung, was weniger Welligkeitsunterdrückung bedeutet.Zum Glück können wir dann Kondensatoren verwenden, um uns zu helfen.Für 1 MHz können diese Kondensatoren einen relativ kleinen Wert (einige uF) haben, so dass Größe und Kosten weniger ein Problem darstellen.Auch diese Kondensatoren werden häufig benötigt, um stability des Spannungsreglers zu gewährleisten. Ohne die Eingangs- und Ausgangskondensatoren könnte der Spannungsregler oscillate erzeugen und eine neue Welligkeit erzeugen!

Ja, Datenblätter zeigen normalerweise den Schaltplan auf Transistorebene, damit Sie wissen, was im Inneren vor sich geht. Sie abstrahieren normalerweise keine Dinge wie interne Operationsverstärker, sodass aus dem Datenblatt nicht immer ersichtlich ist, dass eine Reihe dieser Transistoren effektiv eine Operation aufbauen-Ampere.
Was ist die Verwendung von R1 und R2?
R1 und R2 stellen die Ausgangsspannung relativ zur Referenzspannung ein (was nützlich ist, weil es einfach ist, Widerstände in willkürlichen Werten herzustellen, während es nicht so einfach ist, Referenzen mit aribitären Spannungen herzustellen).
Was Sie beachten müssen, ist, dass einige Regulierungsbehörden einen schlechten Einbruch in die Ablehnung haben können.Eine Frequenz, die zu hoch ist, um von der Rückkopplung effektiv zurückgewiesen zu werden, aber zu niedrig, um von den Eingangs- und Ausgangskondensatoren effektiv zurückgewiesen zu werden.Dies ist besonders wahrscheinlich ein Problem bei Reglern mit geringem Stromverbrauch.
#2
+7
Spehro Pefhany
2020-08-27 14:41:13 UTC
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Der Regler verfügt intern über keinen Energiespeicher (sozusagen). Er misst die Leistung vom externen Speicherkondensator zum Ausgang.Daher darf die Welligkeitsspannung "Täler" unter den ungünstigsten Bedingungen niemals zu nahe an die Ausfallspannung des Reglers heranreichen.

Im Gegensatz zu einem idealen LC-Filter bedeutet dies, dass im Regler immer dann Strom verbraucht wird, wenn die Spannung höher als das Minimum ist.

Stellen Sie sich vor, die Stadt gibt Ihnen Wasser mit 60-70 PSI, aber Sie benötigen 50 PSI +/- 1 PSI.Sie können Ihr Ventil jederzeit so steuern, dass 50 PSI erreicht werden, vorausgesetzt, der Einlasswasserdruck liegt über 50 PSI, um die Verluste in Ihrem Ventil und Ihren Rohren auszugleichen.

#3
+6
jusaca
2020-08-27 16:05:42 UTC
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Weil Filter mit Kondensatoren die Spitzen und Einbrüche puffern, um die Eingangsspannung zu glätten und die mittlere Spannung zu erzeugen.Dies erfordert einen großen Energiespeicher.

Regler schneiden einfach den Welligkeitsteil ab und geben eine glatte Spannung aus, wobei ein Wert unter dem niedrigsten Wert der Einbrüche der Eingangsspannung liegt. enter image description here

#4
+5
Justme
2020-08-27 14:33:01 UTC
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Dies ist, was Regler tun, idealerweise unabhängig von der Eingangsspannung (solange sie innerhalb der Grenzwerte liegt), gibt sie eine feste Ausgangsspannung aus.

Sie erzeugen eine interne Referenzspannung, die sich selbst bei Änderung der Eingangsspannung nicht wesentlich ändert. Dann gibt es einen Rückkopplungsmechanismus, der die Ausgangsspannung mit der Referenz vergleicht und die Ausgangsspannung ziemlich stabil hält.

Ja, es ist ein Regelkreis.Und solange es schneller als die Welligkeit ist, können Sie die Welligkeit bis zu einem gewissen Grad ausgleichen.
#5
+2
schnedan
2020-08-27 17:18:16 UTC
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Aus Sicht der Regelkreise ist davon auszugehen, dass die meisten, wenn nicht alle Spannungsregler eine Art PI (D) -Regler verwenden.Es ist auch nicht erforderlich, dass unser Regler Änderungen des Referenzwerts folgen kann, da die Referenz const ist.Was die Hersteller tun werden, um das Design zu verbessern, ist die Optimierung des PI (D) -Reglers für eine verbesserte Fehlerunterdrückung (dies führt normalerweise auch zu einer schlechteren Fähigkeit, Änderungen des Referenzwerts zu folgen).Es sind Methoden bekannt, wie das geht.

Aber wie Sie hier sehen können: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller#Response_to_disturbances

Selbst einfache PI (D) beinhalten viel Wissen ... zu viel, um hier tiefer zu gehen



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