Vysvetlenie troch rôznych typov regulátorov napätia
Keď je potrebné stabilné a spoľahlivé napätie , regulátory napätia sú komponentou go-to. Prijímajú vstupné napätie a vytvárajú regulované výstupné napätie bez ohľadu na vstupné napätie buď na úrovni pevného napätia alebo nastaviteľnej úrovne napätia (výberom správnych externých komponentov).
Táto automatická regulácia úrovne výstupného napätia je spracovaná rôznymi spätnoväzobnými technikami, niektoré sú tak jednoduché ako Zenerova 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.
Typy regulátorov napätia
Existuje niekoľko typov regulátorov napätia, ktoré sa pohybujú od veľmi cenovo dostupných až po veľmi efektívne. Najvhodnejším a často najjednoduchším typom regulátora napätia na použitie sú lineárne regulátory napätia.
Lineárne regulátory sa dodávajú v niekoľkých typoch, sú veľmi kompaktné a často sa používajú v systémoch s nízkym napätím a nízkym výkonom.
Spínacie regulátory sú oveľa efektívnejšie než lineárne regulátory napätia, ale sú ťažšie pracovať a drahšie.
Lineárne regulátory
Jedným z najzákladnejších spôsobov regulácie napätia a zabezpečenia stabilného napätia pre elektroniku je použitie štandardného 3-pólového lineárneho regulátora napätia, ako napríklad LM7805, ktorý poskytuje výkon 5 V 1 amp so vstupným napätím až do 36 voltov ( v závislosti od modelu).
Lineárne regulátory pracujú nastavením efektívneho sériového odporu regulátora na základe spätnoväzobného napätia, ktoré sa v podstate stáva obvodom rozdeľovača napätia. To umožňuje, aby regulátor vypustil efektívne konštantné napätie bez ohľadu na to, aké prúdové zaťaženie je na ňom umiestnené, až do jeho aktuálnej kapacity.
Jedným z veľkých nedostatkov pre lineárne regulátory napätia je veľký minimálny pokles napätia napäťového regulátora, čo je 2,0 voltov na štandardnom lineárnom regulátore napätia LM7805. To znamená, že pre dosiahnutie stabilného výstupu 5 voltov je potrebný aspoň 7 voltový vstup. Tento pokles napätia zohráva veľkú úlohu v napätí rozptýlenom lineárnym regulátorom, ktorý by musel odvádzať minimálne 2 watty, ak by dodával 1 amp zaťaženie (2 voltové poklesy napätia 1 ampér).
Rozptyl výkonu sa zhoršuje, tým väčší je rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím. Napríklad napriek tomu, že 7voltový zdroj regulovaný na 5 voltov dodávajúci 1 zosilňovač by rozptýlil 2 watty cez lineárny regulátor, 10voltový zdroj regulovaný na 5 voltov prinášajúci rovnaký prúd by rozptýlil 5 wattov, takže regulátor bol len 50% účinný ,
Spínacie regulátory
Lineárne regulátory sú skvelé riešenia pre nízkonapäťové a nízkonapäťové aplikácie, kde je rozdiel napätia medzi vstupom a výstupom nízky a nie je potrebná veľa energie. Najväčšou dolnou stranou voči lineárnym regulátorom je, že sú veľmi neefektívne, čo je miesto, kde vstupujú do prevádzky spínacie regulátory.
Ak je potrebná vysoká účinnosť alebo sa očakáva široké spektrum vstupného napätia, vrátane vstupných napätí pod požadované výstupné napätie, spínací regulátor sa stane najlepšou voľbou. Spínacie regulátory napätia majú účinnosť 85% alebo lepšiu v porovnaní s účinnosťou lineárneho regulátora napätia, ktoré sú často pod 50%.
Spínacie regulátory všeobecne vyžadujú dodatočné komponenty nad lineárnymi regulátormi a hodnoty komponentov majú oveľa väčší vplyv na celkovú výkonnosť spínacích regulátorov než na lineárne regulátory.
Existuje tiež viac návrhových úloh pri používaní spínacích regulátorov efektívne bez kompromisu výkonu alebo správania zvyšku okruhu v dôsledku elektronického šumu, ktorý regulátor môže generovať.
Zenerové diódy
Jeden z najjednoduchších spôsobov regulácie napätia je pomocou Zenerovej diódy. Zatiaľ čo lineárny regulátor je celkom základná zložka s niekoľkými ďalšími komponentmi potrebnými na prácu a veľmi málo zložitou konštrukciou, zenerová dióda môže v niektorých prípadoch poskytovať adekvátnu reguláciu napätia iba s jednou zložkou.
Vzhľadom na to, že Zenerova dióda preruší všetky nadmerné napätia nad svojim hraničným prahom napätia na zem, môže byť použitá ako veľmi jednoduchý regulátor napätia s výstupným napätím vytiahnutým cez vodiče zenerovej diódy.
Bohužiaľ, Zeners sú často veľmi obmedzené vo svojej schopnosti zvládnuť výkon, ktorý obmedzuje, kde môžu byť použité ako regulátory napätia len na aplikácie s veľmi nízkym výkonom. Pri použití Zenerových diód týmto spôsobom je najlepšie obmedziť dostupnú energiu, ktorá môže prúdiť cez Zener strategickým výberom rezistora správnej veľkosti.