Regulátory napätia sú bežnou funkciou v mnohých obvodoch, aby sa zabezpečilo, že sa citlivej elektronike dodáva stabilné a stabilné napätie. Ako fungujú, je typické pre mnoho analógových obvodov, rozumné a elegantné využitie spätnej väzby na nastavenie výstupu na požadovanú úroveň.
Prehľad regulátorov napätia
Keď je potrebné stabilné a spoľahlivé napätie, regulátory napätia sú komponenty typu go-to. Regulátory napätia majú vstupné napätie a vytvárajú regulované výstupné napätie bez ohľadu na vstupné napätie buď na úrovni pevného napätia alebo na nastaviteľnej úrovni napätia (výberom správnych externých komponentov). Táto automatická regulácia úrovne výstupného napätia je spracovaná rôznymi technikami spätnej väzby, niektoré sú tak jednoduché ako zenerová dióda, zatiaľ čo iné zahŕňajú komplexné topológie spätnej väzby, ktoré môžu zlepšiť výkon, spoľahlivosť, účinnosť a pridať ďalšie funkcie, ako je zvýšenie výstupného napätia nad vstupné napätie regulátor napätia.
Ako fungujú regulátory lineárneho napätia
Udržanie pevného napätia s neznámym a potenciálne hlučným (alebo horším) vstupom vyžaduje spätnoväzbový signál, aby ste vedeli, aké úpravy je potrebné vykonať. Lineárne regulátory používajú výkonový tranzistor (buď BJT, alebo MOSFET v závislosti od použitého komponentu) ako variabilný odpor, ktorý sa správa ako prvá polovica siete rozdeľovača napätia. Výstup rozdeľovača napätia sa používa ako spätná väzba na riadenie výkonového tranzistora vhodným spôsobom na udržanie konštantného výstupného napätia. Bohužiaľ, keďže sa tranzistor správa ako odpor, stráca veľa energie tým, že ho premení na teplo, často veľa tepla. Pretože celkový výkon premenený na teplo sa rovná poklesu napätia medzi vstupným napätím a výstupným napätím v čase dodávanom prúde, môže byť rozptýlený výkon často veľmi vysoký a vyžadovať dobré chladiče.
Alternatívnou formou lineárneho regulátora je regulátor skratu, ako napríklad Zenerova dióda . Namiesto toho, aby pôsobil ako premenný sériový odpor, ako to robí typický lineárny regulátor, regulátor šmýkadla poskytuje cestu k zemi, aby prúdila nadmerné napätie (a prúd). Bohužiaľ, tento typ regulátora je často oveľa menej účinný ako typický radový lineárny regulátor a je praktický len vtedy, keď je potrebná a dodávaná veľmi málo energie.
Ako pracujú prepínacie regulátory napätia
Spínací regulátor napätia pracuje na úplne inej základnej ako lineárne regulátory napätia. Namiesto pôsobenia napätia alebo prúdu na zachovanie konštantného výkonu spínací regulátor ukladá energiu na definovanú úroveň a využíva spätnú väzbu, aby sa zabezpečila udržiavanie úrovne nabitia s minimálnym zvlhčovaním napätia. Táto technika umožňuje, aby spínací regulátor bol oveľa efektívnejší, že lineárny regulátor úplne otáčal tranzistor (s minimálnym odporom) len vtedy, keď obvod na uskladnenie energie potrebuje prasknutie energie. Tým sa znižuje celkový zbytočný výkon v systéme voči odporu tranzistora počas prepínania, pretože prechádza z vedenia (veľmi nízkeho odporu) na nevodivé (veľmi vysoké odporové) a iné malé straty obvodu.
Čím rýchlejšie spína regulátor spínača, tým menšia kapacita pamäte je potrebná na udržanie požadovaného výstupného napätia, čo znamená, že je možné použiť menšie komponenty. Náklady na rýchlejšie prepínanie sú však straty efektívnosti, pretože sa stráca čas prechodu medzi vodivými a nevodivými stavmi, čo znamená, že v dôsledku odporového vykurovania dôjde k strate väčšieho výkonu.
Ďalším vedľajším efektom rýchleho prepínania je zvýšenie elektronického šumu generovaného spínacím regulátorom. Pomocou rôznych spínacích techník môže spínací regulátor odstrániť vstupné napätie (topológiu buck), zosilniť napätie (boost topológia) alebo obidva stupne znižovať alebo zvyšovať napätie (buck boost) podľa potreby udržiavať požadované výstupné napätie ktoré robia spínacie regulátory skvelou voľbou pre mnohé aplikácie napájané batériou, pretože spínací regulátor môže zvýšiť alebo zvýšiť vstupné napätie z batérie pri vybití batérie. To umožňuje, že elektronika bude aj naďalej fungovať ďaleko od miesta, kde by batéria mohla priamo napájať správne napätie pre okruh.