Регуляторы напряжения являются общей характеристикой во многих цепях, чтобы обеспечить постоянное стабильное напряжение для чувствительной электроники. Как они работают, характерно для многих аналоговых схем, разумное и элегантное использование обратной связи для настройки выхода на желаемый уровень.
Регулятор напряжения
Когда требуется устойчивое, надежное напряжение, регуляторы напряжения являются передовыми компонентами. Регуляторы напряжения принимают входное напряжение и создают регулируемое выходное напряжение независимо от входного напряжения либо на фиксированном уровне напряжения, либо на регулируемом уровне напряжения (путем выбора правильных внешних компонентов). Это автоматическое регулирование уровня выходного напряжения обрабатывается различными методами обратной связи, некоторые из которых просты, как стабилитрон, в то время как другие включают в себя сложные топологии обратной связи, которые могут повысить производительность, надежность, эффективность и добавить другие функции, такие как увеличение выходного напряжения выше входного напряжения до регулятор напряжения.
Как работают линейные регуляторы напряжения
Для поддержания фиксированного напряжения с неизвестным и потенциально шумным (или хуже) входным сигналом требуется сигнал обратной связи, чтобы знать, какие настройки необходимо выполнить. Линейные регуляторы используют силовой транзистор (BJT или MOSFET в зависимости от используемого компонента) в качестве переменного резистора, который ведет себя как первая половина сети делителя напряжения. Выход делителя напряжения используется в качестве обратной связи для надлежащего управления силовым транзистором для поддержания постоянного выходного напряжения. К сожалению, поскольку транзистор ведет себя как резистор, он потребляет много энергии, превращая его в тепло, часто много тепла. Поскольку полная мощность, преобразованная в тепло, равна перепаду напряжения между входным напряжением и выходным напряжением, умноженным на подаваемый ток, рассеиваемая мощность часто может быть очень высокой и требует хороших радиаторов.
Альтернативной формой линейного регулятора является шунтирующий регулятор, такой как стабилитрон. Вместо того, чтобы действовать как сопротивление переменной серии, как это делает типичный линейный регулятор, шунтирующий регулятор обеспечивает путь к земле для превышения напряжения (и тока). К сожалению, этот тип регулятора часто менее эффективен, чем типичный линейный линейный регулятор, и он практичен только в том случае, когда требуется и предоставляется очень мало энергии.
Как работают регуляторы напряжения переключения
Регулятор напряжения переключения работает на совершенно другом принципе, чем линейные регуляторы напряжения. Вместо того, чтобы действовать как приемник напряжения или тока для обеспечения постоянного выхода, регулятор переключения сохраняет энергию на определенном уровне и использует обратную связь для обеспечения поддержания уровня заряда с минимальной пульсацией напряжения. Этот метод позволяет переключающему регулятору быть намного более эффективным, чем линейный регулятор, полностью поворачивая транзистор (с минимальным сопротивлением) только тогда, когда схема накопления энергии нуждается в импульсе энергии. Это уменьшает общую мощность, теряемую в системе, до сопротивления транзистора во время переключения при переходе от проводящего (очень низкого сопротивления) к непроводящему (очень высокое сопротивление) и другим небольшим потерям схемы.
Чем быстрее включается коммутационный регулятор, тем меньше энергии, которое требуется для поддержания желаемого выходного напряжения, что означает использование меньших компонентов. Однако стоимость более быстрого переключения - это потеря эффективности, так как больше времени тратится на переход между состояниями проводящего и непроводящего состояний, что означает, что больше энергии теряется из-за резистивного нагрева.
Другим побочным эффектом более быстрого переключения является увеличение электронного шума, создаваемого переключающим регулятором. Используя различные методы коммутации, регулятор переключения может понизить входное напряжение (топология баков), повысить напряжение (повысить топологию) или либо понизить, либо увеличить напряжение (повышающее напряжение) по мере необходимости, поддерживать желаемое выходное напряжение что делает переключающие регуляторы отличным выбором для многих приложений с батарейным питанием, поскольку регулятор переключения может активировать или увеличить входное напряжение от батареи при разряде батареи. Это позволяет электронике продолжать функционировать намного дальше той точки, в которой батарея может напрямую подавать правильное напряжение для работы схемы.
