Modul în care funcționează regulatoarele de tensiune

Regulatoarele de tensiune sunt o caracteristică comună în multe circuite pentru a se asigura că o tensiune constantă și stabilă este furnizată electronicii sensibile. Modul în care funcționează este tipic pentru multe circuite analogice, utilizarea judicioasă și elegantă a feedback-ului pentru a regla ieșirea la un nivel dorit.

Regulator de tensiune

Atunci când este necesară o tensiune constantă și fiabilă, regulatoarele de tensiune sunt componentele go-to. Regulatoarele de tensiune iau o tensiune de intrare și creează o tensiune de ieșire regulată, indiferent de tensiunea de intrare, fie la un nivel de tensiune fixă, fie la un nivel de tensiune reglabil (prin selectarea componentelor externe potrivite). Această reglare automată a nivelului de tensiune de ieșire este tratată prin diverse tehnici de feedback, unele fiind la fel de simple ca o diodă zener, în timp ce altele includ topologii de feedback complexe care pot îmbunătăți performanța, fiabilitatea, eficiența și pot adăuga alte caracteristici, cum ar fi creșterea tensiunii de ieșire deasupra tensiunii de intrare regulatorul de tensiune.

Modul de funcționare a regulatoarelor de tensiune liniare

Menținerea unei tensiuni fixe cu o intrare necunoscută și potențial zgomotoasă (sau mai rea) necesită un semnal de feedback pentru a ști ce ajustări trebuie făcute. Regulatoarele liniare utilizează un tranzistor de putere (fie BJT, fie MOSFET în funcție de componenta utilizată) ca rezistor variabil care se comportă ca prima jumătate a unei rețele de divizoare de tensiune. Ieșirea separatorului de tensiune este utilizată ca reacție pentru a acționa tranzistorul de putere în mod corespunzător pentru a menține o tensiune de ieșire constantă. Din nefericire, deoarece tranzistorul se comportă ca un rezistor, acesta consumă o mulțime de energie prin transformarea lui în căldură, adesea o mulțime de căldură. Deoarece puterea totală convertită la căldură este egală cu scăderea de tensiune dintre tensiunea de intrare și tensiunea de ieșire în raport cu curentul furnizat, puterea disipată poate fi adesea foarte ridicată și necesită radiatoare bune.

O altă formă de regulator liniar este un regulator de șunt, cum ar fi o diodă Zener . Mai degrabă decât să acționeze ca o serie de rezistență variabilă, așa cum o face regulatorul liniar tipic, un regulator de șuntare oferă o cale către sol pentru depășirea tensiunii (și a curentului) în exces. Din nefericire, acest tip de regulator este adesea chiar mai puțin eficient decât un regulator liniar liniar tipic și este practic doar atunci când este necesară și furnizată o cantitate foarte mică de energie.

Modul în care funcționează regulatoarele de tensiune de comutare

Un regulator de tensiune de comutare funcționează pe un principiu complet diferit de regulatoarele de tensiune liniare. În loc să acționeze ca chiuveta de tensiune sau curent pentru a furniza o ieșire constantă, un regulator de comutare stochează energia la un nivel definit și utilizează feedback-ul pentru a se asigura că nivelul de încărcare este menținut cu un minim de tensiune. Această tehnică permite ca regulatorul de comutare să fie mult mai eficient ca regulatorul liniar prin rotirea completă a tranzistorului (cu rezistență minimă) numai atunci când circuitul de stocare a energiei necesită o explozie de energie. Acest lucru reduce puterea totală pierdută în sistem la rezistența tranzistorului în timpul comutării, deoarece trece de la conducție (rezistență foarte mică) la pierderi neconductoare (rezistență foarte mare) și alte pierderi de circuit mic.

Cu cât un regulator de comutare este mai rapid, cu atât este mai mică capacitatea de stocare a energiei necesară pentru a menține tensiunea de ieșire dorită, ceea ce înseamnă că pot fi utilizate componente mai mici. Cu toate acestea, costul unei comutări mai rapide este o pierdere a eficienței, deoarece se petrece mai mult timp între tranziția între starea de conducere și cea de conducere, ceea ce înseamnă că se pierde mai multă putere datorită încălzirii rezistive.

Un alt efect secundar al comutării rapide este creșterea zgomotului electronic generat de regulatorul de comutare. Prin utilizarea diferitelor tehnici de comutare, un regulator de comutare poate demola tensiunea de intrare (topologie buck), poate intensifica tensiunea (topologie boost), sau ambele să coboare sau să intensifice tensiunea (buck boost), după cum este necesar, să mențină tensiunea de ieșire dorită care fac regulatoarele de comutare o alegere excelentă pentru multe aplicații alimentate de la baterie, deoarece regulatorul de comutare poate intensifica sau amplifica tensiunea de intrare de la baterie, pe măsură ce bateria se descarcă. Acest lucru permite electronicii să continue să funcționeze dincolo de punctul în care bateria ar putea furniza direct tensiunea corectă pentru funcționarea circuitului.