Mis on pingeregulaatorid ja kuidas need elektroonikas töötavad?
Pingeregulaatorid võtke sisendpinge ja looge reguleeritud väljundpinge sõltumata sisendpingest kas fikseeritud pingetasemel või reguleeritaval pingetasemel. Seda väljundpinge taseme automaatset reguleerimist käsitletakse erinevate tagasisidetehnikate abil. Mõned neist tehnikatest on sama lihtsad kui Zeneri diood. Teised hõlmavad keerulisi tagasiside topoloogiaid, mis parandavad jõudlust, töökindlust ja tõhusust ning lisavad muid funktsioone, nagu väljundpinge tõstmine pingeregulaatori sisendpingest kõrgemale.
Pingeregulaatorid on paljudes levinud ahelad et tagada tundliku elektroonika pidev ja stabiilne pinge.
Kuidas lineaarsed pingeregulaatorid töötavad
Fikseeritud pinge säilitamine tundmatu ja potentsiaalselt mürarikka sisendiga nõuab tagasisidesignaali, et selgitada, milliseid kohandusi on vaja teha. Lineaarsed regulaatorid kasutavad a jõutransistor muutuva takistina, mis käitub nagu pingejaguri võrgu esimene pool. Pingejaguri väljund juhib võimsustransistori sobivalt, et säilitada konstantne väljundpinge.
Kuna transistor käitub nagu takisti, raiskab see energiat, muutes selle soojuseks - sageli palju soojust. Kuna soojuseks muundatud koguvõimsus on võrdne sisendpinge ja sisendpinge vahelise pingelangusega Kui väljundpinge korrutatakse tarnitud vooluga, võib hajutatud võimsus olla sageli väga kõrge, nõudes head jahutusradiaatorid.
Lineaarse regulaatori alternatiivne vorm on šuntregulaator, näiteks a Zeneri diood. Selle asemel, et toimida muutuva järjestikuse takistusena, nagu seda teeb tüüpiline lineaarne regulaator, loob šundiregulaator liigpinge (ja voolu) läbimiseks tee maapinnale. Seda tüüpi regulaatorid on sageli vähem tõhusad kui tavaline seeria lineaarne regulaator. See on praktiline ainult siis, kui on vaja ja tarnitakse vähe voolu.
Kuidas lülituspinge regulaatorid töötavad
Lülituspinge regulaator töötab erineval põhimõttel kui lineaarsed pingeregulaatorid. Selle asemel, et toimida pinge- või vooluandurina, et tagada pidev väljund, salvestab lülitusregulaator energiat kindlaksmääratud tasemel ja kasutab tagasisidet, et tagada laengutaseme säilitamine minimaalse pingega lainetus. See meetod võimaldab lülitusregulaatoril olla efektiivsem kui lineaarregulaatoril, keerates a transistor on täielikult sisse lülitatud (minimaalse takistusega) ainult siis, kui energiasalvestusahel vajab katkestust energiat. See lähenemine vähendab süsteemis raisatud koguvõimsust transistori takistuseni selle ümberlülitamise ajal üleminekud juhtivalt (väga madal takistus) mittejuhtivale (väga suur takistus) ja muud väikesed vooluringikaod.
Mida kiiremini lülitusregulaator lülitub, seda väiksemat energiasalvestusmahtu see soovitud väljundpinge säilitamiseks vajab, mis tähendab, et saab kasutada väiksemaid komponente. Kiirema ümberlülitamise hind on aga efektiivsuse vähenemine, kuna juhtiva ja mittejuhtiva oleku vahel üleminekuks kulub rohkem aega. Takistuslikul kuumutamisel läheb rohkem võimsust kaotsi.
Kiirema ümberlülitamise teine kõrvalmõju on lülitusregulaatori poolt tekitatava elektroonilise müra suurenemine. Erinevaid lülitustehnikaid kasutades saab lülitusregulaator:
- Alandage sisendpinget (buck topology).
- Tõstke pinget (võimendustopoloogia).
- Mõlemad vähendavad või suurendavad pinget (buck-boost) soovitud väljundpinge säilitamiseks.
See paindlikkus muudab lülitusregulaatorid suurepäraseks valikuks paljude akutoitel rakenduste jaoks, kuna lülitusregulaator võib aku sisendpinget tõsta või suurendada heitmed.