Voltage Regulators - 1

Zener Voltage Regulator Design

Zener diode ကို voltage regulator နဲ႔ voltage reference တို႔မွာ အသံုးမ်ားပါတယ္။ zener diode ကို အသံုးျပဳတဲ့အခါ reverse biased ေပးၿပီးသံုးရပါတယ္။ zener diode ဟာ breakdown ျဖစ္ေနခ်ိန္မွာ သူ႔ရဲ႕ volt ဟာ ေတာ္ေတာ္ေလးတည္ၿငိမ္ပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ zener diode တလံုးကို အသံုးျပဳမယ္ဆိုရင္ diode ကို breakdown ျဖစ္ေအာင္ လုပ္ထားရပါတယ္။ breakdown ျဖစ္တယ္ဆိုတိုင္း diode ပ်က္တာမဟုတ္ပါဘူး။ သူခံႏိုင္တဲ့ power ကို ကန္႔သတ္ေပးထားရင္ မပ်က္ပါဘူး။ ဒါေၾကာင့္ zener diode တလံုးကို သံုးေတာ့မယ္ဆိုရင္

- zener breakdown volt Vz
- power dissipation Pd

တို႔ကိုသိထားရပါမယ္။Vz ကိုေတာ့ E24 series နဲ႔ ထုတ္ေလ့ရွိပါတယ္။

ပုံ(၁) - Zener Diode Characteristics

Zener Regulator circuit ကိုၾကည့္ပါ ပုံ(၂)။ Vi ဟာ input volt ျဖစ္ၿပီး Vz က zener volt ျဖစ္ပါတယ္။ R1 က zener မပ်က္ေအာင္ current သတ္မွတ္ေပးတဲ့ current limiter ျဖစ္ၿပီး RL ကေတာ့ load resistor ပါတယ္။ I1 က R1 ကိုျဖတ္စီးတဲ့ input current ျဖစ္ၿပီး IL က load current နဲ႔ Iz ကေတာ့ zener diode ထဲစီးတဲ့ current ျဖစ္ပါတယ္။ဒီေနရာ မွာ KCL ေရးၾကည့္ရင္

l1= lz + IL --------------- ( 1 ) 

နဲ KVL ေရးၾကည့္ရင္

I1 = ( Vi - Vz )/ R1 ---------------( 2 )

ရပါမယ္။ eq 1 နဲ႔ 2 ကို ေပါင္းေရးရင္

R1 = ( Vi - Vz )/( Iz + IL ) -----------------( 3 )

ရပါတယ္။ဒါဟာ zener voltage regulator အတြက္ အေျခခံ ပံုေသနည္းပါ။ design လုပ္တဲ့ အခါ အစြန္း၂ ခုကို စဥ္းစားရပါမယ္။ ပထမတခုက zener ပ်က္သြားေလာက္ေအာင္ current မစီးေစဘို႔နဲ႔ ဒုတိယအခ်က္က zener current zero ျဖစ္မသြားဘို႔ပါဘဲ။ zener current zero ျဖစ္သြားရင္ dry ျဖစ္သြားတယ္လို႔ေျပာေလ့ရွိၿပီး zener off ျဖစ္သြားတဲ့အတြက္ လိုခ်င္တဲ့ volt ရမွာမဟုတ္ပါ။ ဒါေၾကာင့္ zener ထဲစီးမဲ့ current minimum နဲ႔ maximum ကို သတ္မွတ္ေပးဘို႔လိုပါတယ္။ zener တလံုးရဲ႕ အမ်ားဆံုး ခံႏိုင္မဲ့ current ကို zener volt နဲ႔ power dissipation မွ တြက္ယူႏိုင္ပါတယ္။

Izmax = Pd/Vz------------------ ( 4 )

design လုပ္တဲ့အခါ အဲဒီ current ရဲ႕ 10% နဲ႔ 90% ၾကားမွာရွိေအာင္လုပ္ႏိုင္ပါတယ္။

ပုံ(၂) - Zener Regulator Circuit

Zener မပ်က္ေအာင္ျပဳလုပ္ျခင္း။

zener current ဟာ 0.9Izmax ထက္မေက်ာ္ေစရပါ။ IL မေျပာင္းရင္ Vi မ်ားလာေလ Iz မ်ားလာေလ ျဖစ္တဲ့အတြက္ အဆိုးဆံုးအေျခအေနကိုခံႏိုင္ေစဘို႔ဆိုရင္ ျဖစ္ႏိုင္တဲ့ input volt အမ်ားဆံုးတန္ဘိုးကိုသိထားရပါမယ္ Vimax လို႔ ထားပါ။ တခါ Vi မေျပာင္းရင္ IL ေပၚလိုက္ၿပီး Iz ေျပာင္းပါတယ္။IL နဲေလ Iz မ်ားေလပါ။အဆိုးဆံုးအေျခအေနကိုခံႏိုင္ဘို႔ဆိုရင္ ကိုယ္သံုးမဲ့ အနဲဆံုး load current ကို သိရပါမယ္။ ILmin လို႔ထားပါ။ ဒါေၾကာင့္ အဆိုးတကာ့အဆိုးဆံုးအေျခအေနကို ခံႏိုင္ရန္ R1 ရဲ႕တန္ဘိုးဟာ

R1 = ( Vimax - Vz )/( 0.9Izmax - ILmin ) ----------------- ( 5 )

ျဖစ္ရပါမယ္။

Dry မျဖစ္ေအာင္ျပဳလုပ္ျခင္း။

Zener regulator တမွာ zener current zero ျဖစ္သြားရင္ အလုပ္မလုပ္ေတာ့ပါ။ Vi နဲလာရင္ Zener current က်လာၿပီး load current မ်ားလာရင္လည္း zener current က်လာပါမယ္။ ဒါေၾကာင့္ ကိုယ္သံုးမဲ့ေနရာမွာ input volt အနဲဆံုး Vimin ရွိလည္းသိထားရမဲ့အျပင္ ကိုယ္သံုးမဲ့ load current အမ်ားဆံုးတန္ဘိုး ILmax ကိုလည္း သိထားရပါမယ္။ အဆိုးဆံုးအေျခအေနမွာ အလုပ္လုပ္ေစဘို႔ဆိုရင R1 ရဲ႕တန္ဘိုးဟာ

R1 = ( Vimin - Vz )/( 0.1Izmax - ILmax ) ------------------( 6 )

ျဖစ္ရပါမယ္။

eq 5 နဲ႔ eq 6 ကို ညီမွ်ခင္ခ်ၿပီး ရွင္လိုက္ရင္ Izmax ရပါမယ္။ Izmax တန္ဘိုးကို eq 5 သို႔ eq 6 မွာ အစားထိုးရင္ R1 တန္ဘိုးရႏိုငပါတယ္။ Vz နဲ Izmax ေျမႇက္ရင္ သံုရမယ့္ zener ရဲ႕ power ကို သိပါမယ္။ တခုသတိထားရမွာက zener ရဲ႕ power 1W ထက္ေက်ာ္ရင္ ဝယ္ရခက္တဲ့အတြက္ Transistor , op-amp မ်ားနဲ႔တြဲၿပီး power ျမႇင့္ေပးရပါမယ္။

အတိုခ်ဳပ္ေျပာရရင္ zener voltage regulator တခု design လုပ္ဘို႔ အတြက္ သိထားရမွာက ...
၁။ လိုခ်င္တဲ့ volt ( Vz )
၂။ input volt အမ်ားဆံုး နဲ႔ အနဲဆံုးတန္ဘိုး
၃။ သံုးမယ့္ load current အနဲဆံုးနဲ႔ အမ်ားဆံုးတန္ဘိုး

တြက္ထုတ္ရမွာက
၁။ R1 တန္ဘိုး
၂။ သံုးရမယ့္ zener diode ရဲ႕ power dissipation ျဖစ္ပါတယ္။