Kas ir sprieguma regulatori un kā tie darbojas elektronikā?
Sprieguma regulatori Ņemiet ieejas spriegumu un izveidojiet regulētu izejas spriegumu neatkarīgi no ieejas sprieguma vai nu fiksētā sprieguma līmenī, vai regulējamā sprieguma līmenī. Šī izejas sprieguma līmeņa automātiskā regulēšana tiek veikta, izmantojot dažādas atgriezeniskās saites metodes. Dažas no šīm metodēm ir tikpat vienkāršas kā Zenera diode. Citas ietver sarežģītas atgriezeniskās saites topoloģijas, kas uzlabo veiktspēju, uzticamību un efektivitāti, kā arī pievieno citas funkcijas, piemēram, paaugstina izejas spriegumu virs sprieguma regulatora ieejas sprieguma.
Sprieguma regulatori ir bieži sastopama iezīme ķēdēm lai nodrošinātu, ka jutīgai elektronikai tiek piegādāts pastāvīgs, stabils spriegums.
Kā darbojas lineārie sprieguma regulatori
Fiksēta sprieguma uzturēšanai ar nezināmu un potenciāli trokšņainu ievadi ir nepieciešams atgriezeniskās saites signāls, lai noskaidrotu, kādi pielāgojumi ir jāveic. Lineārie regulatori izmanto a jaudas tranzistors kā mainīgs rezistors, kas darbojas kā sprieguma dalītāja tīkla pirmā puse. Sprieguma dalītāja izeja atbilstoši darbina jaudas tranzistoru, lai uzturētu nemainīgu izejas spriegumu.
Tā kā tranzistors darbojas kā rezistors, tas tērē enerģiju, pārvēršot to siltumā — bieži vien daudz siltuma. Tā kā kopējā siltumā pārvērstā jauda ir vienāda ar sprieguma kritumu starp ieejas spriegumu un izejas spriegumu reizina ar piegādāto strāvu, izkliedētā jauda bieži var būt ļoti augsta, un tas prasa labu radiatori.
Alternatīva lineārā regulatora forma ir šunta regulators, piemēram, a Zenera diode. Tā vietā, lai darbotos kā mainīgas sērijas pretestība, kā to dara tipiskais lineārais regulators, šunta regulators nodrošina ceļu uz zemi, lai caur to varētu plūst pārmērīgs spriegums (un strāva). Šāda veida regulators bieži ir mazāk efektīvs nekā tipisks sērijas lineārais regulators. Tas ir praktiski tikai tad, ja ir nepieciešama maza jauda.
Kā darbojas pārslēgšanas sprieguma regulatori
Pārslēgšanas sprieguma regulators darbojas pēc cita principa nekā lineārie sprieguma regulatori. Komutācijas regulators nedarbojas kā sprieguma vai strāvas izlietne, lai nodrošinātu pastāvīgu izvadi, bet gan saglabājas enerģiju noteiktā līmenī un izmanto atgriezenisko saiti, lai nodrošinātu, ka uzlādes līmenis tiek uzturēts ar minimālu spriegumu viļņošanās. Šis paņēmiens ļauj pārslēgšanas regulatoram būt efektīvākam nekā lineārajam regulatoram, pagriežot a tranzistors ir pilnībā ieslēgts (ar minimālu pretestību) tikai tad, ja enerģijas uzglabāšanas ķēdei ir nepieciešams uzliesmojums enerģiju. Šī pieeja samazina kopējo sistēmā iztērēto jaudu līdz tranzistora pretestībai pārslēgšanas laikā pārejas no vadošas (ļoti zema pretestība) uz nevadošu (ļoti liela pretestība) un citi nelieli ķēdes zudumi.
Jo ātrāk pārslēdzas komutācijas regulators, jo mazāka enerģijas uzglabāšanas jauda ir nepieciešama, lai uzturētu vēlamo izejas spriegumu, kas nozīmē, ka var izmantot mazākus komponentus. Tomēr ātrākas pārslēgšanas izmaksas ir efektivitātes zudums, jo vairāk laika tiek pavadīts, pārejot starp vadošu un nevadošu stāvokli. Vairāk jaudas tiek zaudēts no pretestības apkures.
Vēl viena ātrākas pārslēgšanas blakusparādība ir pārslēgšanas regulatora radītā elektroniskā trokšņa palielināšanās. Izmantojot dažādas pārslēgšanas metodes, komutācijas regulators var:
- Samaziniet ieejas spriegumu (maksas topoloģija).
- Palieliniet spriegumu (pastiprināšanas topoloģija).
- Abi samazina vai paaugstina spriegumu (buck-boost), lai uzturētu vēlamo izejas spriegumu.
Šī elastība padara pārslēgšanas regulatorus par lielisku izvēli daudzām ar akumulatoru darbināmām lietojumprogrammām, jo komutācijas regulators var palielināt vai palielināt ieejas spriegumu no akumulatora kā akumulatoru izdalījumi.