電圧レギュレータとは何ですか？また、それらは電子機器でどのように機能しますか？

電圧レギュレータ 入力電圧を取得し、固定電圧レベルまたは調整可能な電圧レベルのいずれかで入力電圧に関係なく、安定化された出力電圧を作成します。 この出力電圧レベルの自動調整は、さまざまなフィードバック技術によって処理されます。 これらの手法のいくつかは、ツェナーダイオードと同じくらい単純です。 その他には、パフォーマンス、信頼性、効率を改善し、電圧レギュレータへの入力電圧よりも出力電圧をブーストするなどの他の機能を追加する複雑なフィードバックトポロジが含まれます。

電圧レギュレータは多くの人に共通の機能です 回路 一定の安定した電圧が敏感な電子機器に供給されることを保証するため。

リニア電圧レギュレータのしくみ

未知の潜在的にノイズの多い入力で固定電圧を維持するには、どのような調整を行う必要があるかを明確にするためのフィードバック信号が必要です。 リニアレギュレータは パワートランジスタ 分圧器ネットワークの前半のように動作する可変抵抗器として。 分圧器の出力は、パワートランジスタを適切に駆動して、一定の出力電圧を維持します。

トランジスタは抵抗器のように動作するため、熱に変換することでエネルギーを浪費します。多くの場合、大量の熱が発生します。 熱に変換される総電力は、入力電圧と 出力電圧に供給電流を掛けると、消費電力が非常に高くなることが多く、良好な電力が要求されます。 ヒートシンク。

リニアレギュレータの代替形式は、次のようなシャントレギュレータです。 ツェナーダイオード. シャントレギュレータは、一般的なリニアレギュレータのように可変直列抵抗として機能するのではなく、過剰な電圧（および電流）が流れるようにグランドへのパスを提供します。 このタイプのレギュレータは、多くの場合、一般的な直列リニアレギュレータよりも効率が低くなります。 電力がほとんど必要なく、供給されない場合にのみ実用的です。

スイッチング電圧レギュレータのしくみ

スイッチング電圧レギュレータは、リニア電圧レギュレータとは異なる原理で動作します。 スイッチングレギュレータは、電圧または電流シンクとして機能して一定の出力を提供するのではなく、 定義されたレベルのエネルギーとフィードバックを使用して、充電レベルが最小限の電圧で維持されるようにします 波紋。 この技術により、スイッチングレギュレータはリニアレギュレータよりも効率的になります。 エネルギー貯蔵回路がバーストを必要とする場合にのみ、トランジスタを完全にオンにします（最小の抵抗で） エネルギー。 このアプローチにより、システムで浪費される総電力が、スイッチング中にトランジスタの抵抗に削減されます。 導電性（非常に低い抵抗）から非導電性（非常に高い抵抗）およびその他の小さな回路損失への移行。

スイッチングレギュレータの切り替えが速いほど、必要な出力電圧を維持するために必要なエネルギー貯蔵容量が少なくなります。つまり、より小さなコンポーネントを使用できます。 ただし、より高速なスイッチングのコストは、導通状態と非導通状態の間の移行により多くの時間が費やされるため、効率が低下します。 抵抗加熱により、より多くの電力が失われます。

より高速なスイッチングのもう1つの副作用は、スイッチングレギュレータによって生成される電子ノイズの増加です。 さまざまなスイッチング技術を使用することにより、スイッチングレギュレータは次のことができます。

• 入力電圧を下げます（降圧トポロジー）。
• 電圧を上げます（ブーストトポロジー）。
• 必要に応じて、電圧をステップダウンまたはステップアップ（昇降圧）して、目的の出力電圧を維持します。

この柔軟性により、スイッチングレギュレータは多くのバッテリ駆動アプリケーションに最適です。 スイッチングレギュレータは、バッテリとしてバッテリからの入力電圧をステップアップまたはブーストできます 放電します。