Napetostni regulatorji so običajna značilnost mnogih tokokrogov, ki zagotavljajo konstantno, stabilno napetost na občutljivo elektroniko. Kako delujejo, je značilno za številne analogne tokokroge, razumno in elegantno uporabo povratnih informacij, da prilagodite izhod na želeno raven.
Pregled napetosti regulatorja
Ko je potrebna stabilna, zanesljiva napetost, so napetostni regulatorji sestavni deli. Napetostni regulatorji imajo vhodno napetost in ustvarjajo regulirano izhodno napetost ne glede na vhodno napetost na fiksnem nivoju napetosti ali nastavljivem napetostnem nivoju (z izbiro pravih zunanjih komponent). To avtomatsko regulacijo ravni izhodne napetosti obdelujejo različne povratne tehnike, nekatere pa preprosto kot zener diode, druge pa vsebujejo kompleksne povratne topologije, ki lahko izboljšajo zmogljivost, zanesljivost, učinkovitost in dodajajo druge funkcije, kot je povečanje izhodne napetosti nad vhodno napetostjo regulator napetosti.
Kako delujejo regulatorji napetosti
Vzdrževanje fiksne napetosti z neznanim in potencialno hrupnim (ali slabšim) vhodom zahteva povratni signal, ki ve, katere prilagoditve je treba izvesti. Linearni regulatorji uporabljajo tranzistor moči (bodisi BJT ali MOSFET, odvisno od uporabljene komponente) kot spremenljiv upor, ki se obnaša kot prva polovica napajalnega omrežja. Izhodni del razdelilnika napetosti se uporablja kot povratna informacija, da se močni tranzistor sproži ustrezno, da se ohrani konstantna izhodna napetost. Na žalost, ker se tranzistor obnaša kot upor, porabi veliko energije tako, da ga pretvori v toploto, pogosto veliko toplote. Ker je skupna moč, pretvorjena v toploto, enaka padcu napetosti med vhodno napetostjo in izhodno napetostjo, ki jo je treba doseči s tokovno napetostjo, je moč pogasiti moč pogosto zelo visoka in to zahteva dobre heatsinke.
Alternativna oblika linearnega regulatorja je krmilni regulator, kot je Zener dioda. Namesto da deluje kot variabilna zaporedna upornost kot običajen linearni regulator, regulator krmiljenja zagotavlja pot do tal za prekomerno napetost (in tok), ki teče skozi. Na žalost je ta tip regulatorja pogosto še manj učinkovit kot tipični serijski linearni regulator in je praktičen le, če je zelo malo energije potrebna in dobavljena.
Kako delujejo regulatorji preklopnih napetosti
Regulator preklopne napetosti deluje na povsem drugačen princip od linearnih regulatorjev napetosti. Namesto da deluje kot napetostni ali tokovni ponor, ki zagotavlja konstanten izhod, regulator preklopa hrani energijo na določeni ravni in uporablja povratne informacije, s čimer zagotavlja, da se nivo napolnjenosti vzdržuje z minimalnim nihanjem napetosti. Ta tehnika omogoča, da je regulator preklopa veliko učinkovitejši od linearnega regulatorja tako, da tranzistor popolnoma obrne (z minimalno upornostjo) le, če je krogotok za shranjevanje energije potreben poln energije. To zmanjša celotno porabo energije v sistemu do odpornosti tranzistorja med preklopom, saj prehaja od prevodnosti (zelo nizka upornost) do neprevodne (zelo visoke upornosti) in drugih izgub majhnega tokokroga.
Hitreje se preklopi stikalni regulator, manjša poraba energije, ki jo potrebuje za vzdrževanje želene izhodne napetosti, kar pomeni, da se lahko uporabijo manjše komponente. Vendar so stroški hitrejšega preklopa izguba učinkovitosti, saj porabi več časa prehoda med prevajalnim in nepredukcijskim stanjem, kar pomeni, da se zaradi uporovnega segrevanja izgubi več energije.
Drug stranski učinek hitrejšega preklopa je povečanje elektronskega šuma, ki ga ustvari regulator preklopa. Z uporabo različnih tehnik preklopa lahko regulator preklopa odstrani vhodno napetost (buck topologijo), poveča napetost (povišano topologijo) ali oba znižata ali povečata napetost (buck-boost), kot je potrebno, ohranja želeno izhodno napetost zaradi česar so regulatorji preklopa odlična izbira za številne aplikacije na akumulatorje, saj lahko regulator preklaplja ali povečuje vhodno napetost iz baterije, ko se baterija izprazni. To omogoča, da elektronika še naprej deluje dlje od točke, ko bi baterija lahko neposredno napajala pravo napetost za delovanje tokokroga.
