Τι είναι οι ρυθμιστές τάσης και πώς λειτουργούν στα ηλεκτρονικά;
Ρυθμιστές τάσης πάρτε μια τάση εισόδου και δημιουργήστε μια ρυθμιζόμενη τάση εξόδου ανεξάρτητα από την τάση εισόδου είτε σε σταθερό επίπεδο τάσης είτε σε ρυθμιζόμενο επίπεδο τάσης. Αυτή η αυτόματη ρύθμιση του επιπέδου τάσης εξόδου αντιμετωπίζεται με διάφορες τεχνικές ανάδρασης. Μερικές από αυτές τις τεχνικές είναι τόσο απλές όσο μια δίοδος Zener. Άλλα περιλαμβάνουν σύνθετες τοπολογίες ανάδρασης που βελτιώνουν την απόδοση, την αξιοπιστία και την αποδοτικότητα και προσθέτουν άλλα χαρακτηριστικά, όπως η ενίσχυση της τάσης εξόδου πάνω από την τάση εισόδου στον ρυθμιστή τάσης.
Οι ρυθμιστές τάσης είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό σε πολλούς κυκλώματα για να διασφαλιστεί ότι παρέχεται σταθερή, σταθερή τάση σε ευαίσθητα ηλεκτρονικά.
Πώς λειτουργούν οι γραμμικοί ρυθμιστές τάσης
Η διατήρηση μιας σταθερής τάσης με μια άγνωστη και δυνητικά θορυβώδη είσοδο απαιτεί ένα σήμα ανάδρασης για να διευκρινιστεί ποιες ρυθμίσεις πρέπει να γίνουν. Οι γραμμικοί ρυθμιστές χρησιμοποιούν α τρανζίστορ ισχύος
Επειδή το τρανζίστορ συμπεριφέρεται σαν αντίσταση, σπαταλά ενέργεια μετατρέποντάς το σε θερμότητα—συχνά πολλή θερμότητα. Δεδομένου ότι η συνολική ισχύς που μετατρέπεται σε θερμότητα είναι ίση με την πτώση τάσης μεταξύ της τάσης εισόδου και της Η τάση εξόδου επί το ρεύμα που παρέχεται, η ισχύς που καταναλώνεται μπορεί συχνά να είναι πολύ υψηλή, απαιτώντας καλό ψύκτρες.
Μια εναλλακτική μορφή ενός γραμμικού ρυθμιστή είναι ένας ρυθμιστής διακλάδωσης, όπως α Δίοδος Ζένερ. Αντί να λειτουργεί ως αντίσταση μεταβλητής σειράς όπως κάνει ο τυπικός γραμμικός ρυθμιστής, ένας ρυθμιστής διακλάδωσης παρέχει μια διαδρομή προς τη γείωση για τη διέλευση υπερβολικής τάσης (και ρεύματος). Αυτός ο τύπος ρυθμιστή είναι συχνά λιγότερο αποδοτικός από έναν τυπικό γραμμικό ρυθμιστή σειράς. Είναι πρακτικό μόνο όταν απαιτείται και παρέχεται λίγη ισχύς.
Πώς λειτουργούν οι ρυθμιστές τάσης μεταγωγής
Ένας ρυθμιστής τάσης μεταγωγής λειτουργεί με διαφορετική αρχή από τους γραμμικούς ρυθμιστές τάσης. Αντί να λειτουργεί ως αγωγός τάσης ή ρεύματος για να παρέχει σταθερή έξοδο, ένας ρυθμιστής μεταγωγής αποθηκεύει ενέργεια σε ένα καθορισμένο επίπεδο και χρησιμοποιεί ανάδραση για να διασφαλίσει ότι το επίπεδο φόρτισης διατηρείται με ελάχιστη τάση κυματισμός. Αυτή η τεχνική επιτρέπει στον ρυθμιστή μεταγωγής να είναι πιο αποτελεσματικός από τον γραμμικό ρυθμιστή περιστρέφοντας το a τρανζίστορ πλήρως ενεργοποιημένο (με ελάχιστη αντίσταση) μόνο όταν το κύκλωμα αποθήκευσης ενέργειας χρειάζεται μια έκρηξη ενέργεια. Αυτή η προσέγγιση μειώνει τη συνολική ισχύ που καταναλώνεται στο σύστημα στην αντίσταση του τρανζίστορ κατά τη διάρκεια της μεταγωγής καθώς αυτό μεταβάσεις από αγώγιμα (πολύ χαμηλή αντίσταση) σε μη αγώγιμα (πολύ υψηλή αντίσταση) και άλλες μικρές απώλειες κυκλώματος.
Όσο πιο γρήγορα διακόπτεται ένας ρυθμιστής μεταγωγής, τόσο λιγότερη χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας χρειάζεται για να διατηρήσει την επιθυμητή τάση εξόδου, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρότερα εξαρτήματα. Ωστόσο, το κόστος της ταχύτερης μεταγωγής είναι απώλεια απόδοσης, καθώς ξοδεύεται περισσότερος χρόνος για τη μετάβαση μεταξύ της αγώγιμης και της κατάστασης μη αγωγιμότητας. Περισσότερη ισχύς χάνεται από τη θέρμανση με αντίσταση.
Μια άλλη παρενέργεια της ταχύτερης μεταγωγής είναι η αύξηση του ηλεκτρονικού θορύβου που δημιουργείται από τον ρυθμιστή μεταγωγής. Χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές μεταγωγής, ένας ρυθμιστής μεταγωγής μπορεί:
- Κατεβάστε την τάση εισόδου (τοπολογία buck).
- Ανεβάστε την τάση (τοπολογία ενίσχυσης).
- Και οι δύο χαμηλώνουν ή αυξάνουν την τάση (buck-boost) όπως απαιτείται για να διατηρήσουν την επιθυμητή τάση εξόδου.
Αυτή η ευελιξία καθιστά τους ρυθμιστές μεταγωγής μια εξαιρετική επιλογή για πολλές εφαρμογές που τροφοδοτούνται από μπαταρίες, επειδή ο ρυθμιστής μεταγωγής μπορεί να αυξήσει ή να ενισχύσει την τάση εισόδου από την μπαταρία ως μπαταρία απορρίψεις.