Spenningsregulatorer er en vanlig funksjon i mange kretser for å sikre at en konstant, stabil spenning leveres til følsom elektronikk. Hvordan de opererer, er typisk for mange analoge kretser, den dårlige og elegante bruken av tilbakemelding for å justere utgangen til ønsket nivå.
Spenningsregulator Oversikt
Når en jevn, pålitelig spenning er nødvendig, er spenningsregulatorene gå-til-komponentene. Spenningsregulatorer tar en inngangsspenning og lager en regulert utgangsspenning uavhengig av inngangsspenningen på enten et fastspenningsnivå eller et justerbart spenningsnivå (ved å velge de rette eksterne komponentene). Denne automatiske reguleringen av utgangsspenningsnivået håndteres av ulike tilbakemeldingsteknikker, noen like enkle som en zenerdiode, mens andre inkluderer komplekse tilbakemeldingstopologier som kan forbedre ytelse, pålitelighet, effektivitet og legge til andre funksjoner som å øke utgangsspenningen over inngangspenningen til spenningsregulatoren.
Hvordan Linear Voltage Regulators Work
Vedlikehold av en fastspenning med en ukjent og potensielt støyende (eller verre) inngang krever et tilbakemeldingssignal for å vite hvilke justeringer som skal gjøres. Lineære regulatorer bruker en strømtransistor (enten BJT eller MOSFET avhengig av komponenten som brukes) som en variabel motstand som oppfører seg som den første halvdelen av et spenningsdelernettverk. Utgangen fra spenningsdeleren brukes som tilbakemelding for å drive strømtransistoren hensiktsmessig for å opprettholde en konstant utgangsspenning. Dessverre, siden transistoren oppfører seg som en motstand, spildes det mye energi ved å konvertere det til varme, ofte mye varme. Siden total effekt omformet til varme er lik spenningsfallet mellom inngangsspenningen og utgangsspenningstidene strømmen som leveres, kan strømmen som er forsvunnet ofte være veldig høy og det krever gode kjølebatterier.
En alternativ form av en lineær regulator er en shunt regulator, som en Zener diode. I stedet for å fungere som en variabel seriemotstand som den typiske lineære regulatoren gjør, gir en shunt-regulator en bane til bakken for at overskytende spenning (og strøm) skal strømme gjennom. Dessverre er denne typen regulator ofte enda mindre effektiv enn en typisk serie lineær regulator, og er bare praktisk når det er lite og lite strømforbruk nødvendig.
Hvordan bytte spenningsregulatorer arbeid
En spenningsregulator fungerer på en helt annen hovedstol enn lineære spenningsregulatorer. I stedet for å fungere som en spenning eller nåværende sink for å gi en konstant utgang, lagrer en bryteregulator energi på et definert nivå og bruker tilbakemelding for å sikre at ladningsnivået opprettholdes med minimal spenningsrippel. Denne teknikken gjør at bryteregulatoren kan være mye mer effektiv enn den lineære regulatoren ved å skru en transistor fullstendig på (med minimal motstand) bare når energilagringskretsen trenger en utbrudd av energi. Dette reduserer totalstrømmen i systemet til transistorens motstand under bryteren når den overgår fra ledende (meget lav motstand) til ikke-ledende (meget høy motstand) og andre små kretsløp.
Jo raskere en bryteregulator bytter, desto mindre energi lagringskapasitet det trenger for å opprettholde ønsket utspenning, som betyr mindre komponenter, kan brukes. Imidlertid er kostnadene ved raskere bytte et tap i effektivitet da mer tid blir brukt overgang mellom ledende og ikke-ledende tilstander, noe som betyr at mer kraft går tapt på grunn av resistiv oppvarming.
En annen bivirkning ved raskere bytte er økningen i elektronisk støy generert av bryteregulatoren. Ved å bruke forskjellige koblingsteknikker kan en bryteregulator stige ned inngangsspenningen (buck topologi), øke spenningen (boost topologi), eller begge trinnene ned eller øke spenningen (buck boost) etter behov opprettholde ønsket utgangsspenning noe som gjør bytte regulatorer et godt valg for mange batteridrevne applikasjoner, siden bryteren kan stige opp eller øke inngangsspenningen fra batteriet når batteriet utlades. Dette gjør det mulig for elektronikken å fungere godt utover det punktet hvor batteriet kunne direkte levere riktig spenning for at kretsen skal fungere.
