O explicație a trei tipuri diferite de regulatoare de tensiune
Atunci când este necesară o tensiune constantă și fiabilă, regulatoarele de tensiune sunt componenta go-to. Ei 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 diferite 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.
Tipuri de regulatoare de tensiune
Există o serie de tipuri de regulatoare de tensiune care variază de la foarte accesibile la foarte eficiente. Cel mai accesibil și adesea cel mai simplu tip de regulator de tensiune de utilizat sunt regulatoarele de tensiune liniare.
Regulatorii liniari vin în câteva tipuri, sunt foarte compacți și folosiți adesea în sisteme de joasă tensiune și de putere redusă.
Regulatoarele de comutare sunt mult mai eficiente decât regulatoarele de tensiune liniare, dar acestea sunt mai greu de manevrat și mai scumpe.
Regulatoare liniare
Una dintre modalitățile cele mai de bază pentru reglarea tensiunii și asigurarea unei tensiuni stabile pentru electronică este utilizarea unui regulator standard de tensiune cu 3 pini, cum ar fi LM7805, care oferă o ieșire de 5 volți 1 amp, cu o tensiune de intrare de până la 36 volți în funcție de model).
Regulatoarele liniare funcționează prin reglarea rezistenței seriale efective a regulatorului pe baza unei tensiuni de reacție, devenind, în esență, un circuit de divizare a tensiunii. Acest lucru permite ca regulatorul să emită o tensiune constantă constantă, indiferent de sarcina curentă pe care este încărcată, până la capacitatea sa actuală.
Una dintre marile dezavantaje ale regulatoarelor de tensiune liniare este scăderea minimă de tensiune la nivelul regulatorului de tensiune, care este de 2.0 volți pe regulatorul de tensiune linear LM7805 standard. Aceasta înseamnă că pentru a obține o ieșire stabilă de 5 volți, este necesară o intrare de cel puțin 7 volți. Această scădere de tensiune joacă un rol important în puterea disipată de regulatorul liniar, care ar trebui să disipească cel puțin 2 wați dacă ar fi furnizat o sarcină de 1 amper (2 volți de tensiune de scurtătură de 1 amp).
Disiparea puterii se înrăutățește, cu atât diferența dintre tensiunea de intrare și ieșire este mai mare. De exemplu, în timp ce o sursă de 7 volți reglată la 5 volți care furnizează 1 amperi ar risipi 2 wați prin regulatorul liniar, o sursă de 10 volți reglată la 5 volți, furnizând același curent, ar risipi 5 wați, făcând regulatorul doar cu 50% .
Comutarea regulatoarelor
Regulatoarele liniare sunt soluții excelente pentru aplicații cu costuri reduse, cu costuri reduse, unde diferența de tensiune dintre intrare și ieșire este scăzută și nu este necesară o putere mare. Cea mai mare parte în jos a regulatoarelor liniare este faptul că acestea sunt foarte ineficiente, ceea ce este în cazul în care regulatorii de comutare intră în joc.
Atunci când este necesară o eficiență ridicată sau se așteaptă o gamă largă de tensiuni de intrare, inclusiv tensiuni de intrare sub tensiunea de ieșire dorită, un regulator de comutare devine cea mai bună opțiune. Regulatoarele de tensiune de comutare au eficiență energetică de 85% sau mai bună în comparație cu eficiența liniară a regulatorului de tensiune, adesea sub 50%.
Regulatoarele de comutare necesită în general componente suplimentare față de regulatoarele liniare, iar valorile componentelor au mult mai mult un impact asupra performanței generale a regulatoarelor de comutare decât asupra regulatoarelor liniare.
Există, de asemenea, mai multe provocări de proiectare în utilizarea regulatoarelor de comutare în mod eficient, fără a compromite performanța sau comportamentul restului circuitului datorită zgomotului electronic pe care autoritatea de reglementare îl poate genera.
Dioduri Zener
Una dintre cele mai simple moduri de a regla tensiunea este cu o diodă Zener. În timp ce un regulator liniar este o componentă destul de bază, cu câteva componente suplimentare necesare pentru a lucra și o complexitate de design foarte mică, o diodă Zener poate asigura o reglare adecvată a tensiunii în unele cazuri cu doar o singură componentă.
Din moment ce o diodă Zener evită orice tensiune suplimentară deasupra pragului de tensiune de defalcare la masă, ea poate fi folosită ca un regulator de tensiune foarte simplu, cu tensiunea de ieșire trasă peste conductorii diodei zener.
Din păcate, Zeners sunt adesea foarte limitate în capacitatea lor de a manipula puterea, ceea ce limitează unde pot fi folosite ca regulatoare de tensiune doar pentru aplicații cu putere foarte scăzută. Atunci când folosiți diode Zener în acest mod, este mai bine să limitați puterea disponibilă care poate curge prin Zener prin selectarea strategică a unei rezistențe de dimensiune corectă.