A feszültségszabályozók számos áramkör közös jellemzője annak biztosítására, hogy az érzékeny elektronika állandó, stabil feszültséget biztosítson. A működésük sok analóg áramkörre jellemző, a visszajelzések ésszerű és elegáns használata a kimenet kívánt szintre állításához.
Feszültségszabályozó áttekintése
Ha állandó, megbízható feszültségre van szükség, a feszültségszabályozók a go-to komponensek. A feszültségszabályozók egy bemeneti feszültséget és szabályozott kimeneti feszültséget hoznak létre, függetlenül a bemeneti feszültségtől akár fix feszültségszintnél, akár beállítható feszültségszintnél (a megfelelő külső komponensek kiválasztásával). A kimeneti feszültségszint automatikus szabályozását különböző visszacsatolási technikák kezelik, amelyek közül néhány olyan egyszerű, mint a zener dióda, míg mások komplex visszacsatoló topológiákat tartalmaznak, amelyek javíthatják a teljesítményt, a megbízhatóságot, a hatékonyságot, és olyan egyéb jellemzőket is hozzáadhatnak, mint például a kimeneti feszültség növelése a bemeneti feszültség felett a feszültségszabályozó.
Hogyan működnek a lineáris feszültségszabályozók?
Az ismeretlen és potenciálisan zajos (vagy rosszabb) bemenetű rögzített feszültség fenntartásához visszacsatolási jel szükséges ahhoz, hogy tudjuk, milyen módosításokra van szükség. A lineáris szabályozók olyan erőátviteli tranzisztorokat (BJT-t vagy MOSFET-t használnak az alkalmazott komponenstől függően), amelyek változó ellenállóként viselkednek, mint a feszültségelosztó hálózat első felében. A feszültségelosztó kimenetét visszacsatolásként használják a teljesítménytranzisztor megfelelő meghajtására, hogy állandó kimeneti feszültséget tartsanak fenn. Sajnos, mivel a tranzisztor úgy viselkedik, mint egy ellenállás, sok energiát pazarol, hővel való átalakítással, gyakran sok hővel. Mivel a hőre átalakított teljes teljesítmény egyenlő a bemeneti feszültség és a kimeneti feszültség közötti feszültségesés között, a rendelkezésre bocsátott áram gyakran nagyon magas, és jó hűtőbordákat igényel.
A lineáris szabályozó egy alternatív formája egy söntszabályozó, például Zener dióda . Ahelyett, hogy egy változó sorozat ellenállása lenne, mint a tipikus lineáris szabályozó, a söntszabályozó lehetővé teszi a túlfeszültség (és áram) földi elérését. Sajnálatos módon az ilyen típusú szabályozók gyakran kevésbé hatékonyak, mint egy tipikus soros lineáris szabályozó, és csak akkor alkalmazhatóak, ha nagyon kevés energiát igényelnek és szállítanak.
Hogyan működnek a kapcsoló feszültségszabályozók?
A kapcsolófeszültség-szabályozó teljesen más, mint a lineáris feszültségszabályozóknál működik. Ahelyett, hogy feszültség- vagy árambemenetként működne, hogy állandó kimenetet biztosítson, a kapcsolószabályozó egy meghatározott szinten tárolja az energiát, és visszacsatolást használ annak biztosítására, hogy a töltésszintet minimális feszültségfrekvenciával tartsák fenn. Ez a technika lehetővé teszi, hogy a kapcsolószabályozó sokkal hatékonyabb legyen, mint a lineáris szabályozó, ha a tranzisztort teljesen kikapcsolja (minimális ellenállással) csak akkor, ha az energiatároló áramkör energiafeszültséget igényel. Ez csökkenti a rendszerben elpazarolt összteljesítményt a tranzisztor ellenállásánál a kapcsolás során, mivel átjut a vezetésről (nagyon alacsony ellenállásról) a nem vezetőképes (nagyon nagy ellenállású) és más kisebb áramkörök veszteségére.
Minél gyorsabb a kapcsolószabályozó kapcsolója, annál kevesebb energiatároló kapacitást igényel a kívánt kimeneti feszültség fenntartásához, ami kisebb alkatrészek használatát teszi lehetővé. Azonban a gyorsabb kapcsolási költség a hatékonyság csökkenése, mivel több időt töltenek át a vezetési és a nem vezető állapot között, ami azt jelenti, hogy több erő elveszik az ellenállásos fűtés miatt.
A gyorsabb kapcsolás másik mellékhatása a kapcsolószabályozó által generált elektronikus zaj növekedése. Különféle kapcsolási technikák alkalmazásával a kapcsolószabályozó lecsökkentheti a bemeneti feszültséget (buck topológia), növelheti a feszültséget (boost topológia), vagy mindkettőt lemerülhet vagy fokozhatja a feszültséget (buck-boost), ha szükséges, fenntartsa a kívánt kimeneti feszültséget amelyek a kapcsolószabályozók számára nagyszerű választékot jelentenek számos akkumulátoros alkalmazáshoz, mivel a kapcsolószabályozó a telepfeszültséget növelheti vagy növelheti az akkumulátorból, amikor az akkumulátor lemerül. Ez lehetővé teszi az elektronika számára, hogy továbbra is jól működjön azon a ponton, amelyen az akkumulátor képes közvetlenül ellátni a megfelelő feszültséget az áramkör működéséhez.