Typy regulátorů napětí

Vysvětlení tří různých typů regulátorů napětí

Pokud je zapotřebí stabilní spolehlivé napětí , regulátory napětí jsou komponentou go-to. Přijímají vstupní napětí a vytvářejí regulované výstupní napětí bez ohledu na vstupní napětí buď na úrovni pevného napětí nebo nastavitelné úrovně napětí (výběrem správných externích komponent).

Tato automatická regulace úrovně výstupního napětí je řešena různými zpětnovazebnými technikami, některé jsou stejně jednoduché jako Zenerova dioda, zatímco jiné zahrnují komplexní zpětnovazební topologie, které mohou zlepšit výkon, spolehlivost, účinnost a přidat další funkce, jako je zvýšení výstupního napětí nad vstupní napětí regulátoru napětí.

Typy regulátorů napětí

Existuje řada typů regulátorů napětí, které se pohybují od velmi cenově dostupných až po velmi účinné. Nejlevnější a často nejjednodušší typ regulátoru napětí jsou lineární regulátory napětí.

Lineární regulátory přicházejí v několika typech, jsou velmi kompaktní a často se používají v systémech s nízkým napětím a nízkým napětím.

Spínací regulátory jsou mnohem účinnější než lineární regulátory napětí, ale je těžší pracovat s nimi a jsou dražší.

Lineární regulátory

Jedním z nejzákladnějších způsobů, jak regulovat napětí a zajistit stabilní napětí pro elektroniku, je použít standardní 3pólový lineární regulátor napětí, jako je LM7805, který poskytuje výkon 5 V 1 amp s vstupním napětím až 36 V ( v závislosti na modelu).

Lineární regulátory pracují nastavením efektivního sériového odporu regulátoru na základě zpětného napětí, v podstatě se stává obvod děliče napětí. To umožňuje regulátoru výstup efektivního konstantního napětí bez ohledu na to, jaké proudové zatížení je na něm umístěno, až do své aktuální kapacity.

Jedním z velkých nevýhod pro lineární regulátory napětí je velký minimální pokles napětí napříč regulátorem napětí, což je 2,0 voltů na standardním lineárním regulátoru napětí LM7805. To znamená, že pro dosažení stabilního 5 voltového výstupu je nutný alespoň 7 voltový vstup. Tento pokles napětí hraje velkou roli v výkonu, který se rozptýlí lineárním regulátorem, který by musel rozptylovat nejméně 2 watty, pokud by dodával 1 amp zatížení (2 volty poklesu napětí 1 amp).

Rozptýlení výkonu se zhoršuje, čím větší je rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím. Takže například 7voltový zdroj regulovaný na 5V dodávající 1 zesilovač by rozptýlil 2 watty prostřednictvím lineárního regulátoru, 10voltový zdroj regulovaný na 5V dodávající stejný proud by rozptýlil 5W, což činí regulátor pouze 50% účinným .

Spínací regulátory

Lineární regulátory jsou skvělé řešení pro nízkonapěťové aplikace s nízkými náklady, kde je rozdíl napětí mezi vstupem a výstupem malý a nevyžaduje se příliš mnoho energie. Největší dolní strana lineárních regulátorů spočívá v tom, že jsou velmi neefektivní, což je místo, kde spouštějí regulátory spínání.

Pokud je zapotřebí vysoké účinnosti nebo se očekává široká škála vstupního napětí, včetně vstupních napětí pod požadovaným výstupním napětím, přepínání regulátoru se stane nejlepší volbou. Přepínače regulátorů napětí mají účinnost 85% nebo lepší v porovnání s lineárními regulátory účinnosti napětí, které jsou často pod 50%.

Spínací regulátory obecně vyžadují dodatečné komponenty nad lineárními regulátory a hodnoty komponent mají mnohem větší vliv na celkovou výkonnost spínacích regulátorů než na lineární regulátory.

Existuje také více návrhových úkolů při použití spínacích regulátorů efektivně bez ohrožení výkonu nebo chování zbytku okruhu v důsledku elektronického šumu, který regulátor může generovat.

Zenerovy diody

Jeden z nejjednodušších způsobů, jak regulovat napětí, je se Zenerovou diodou. Zatímco lineární regulátor je docela základní součástí s několika málo komponentami, které jsou potřebné k práci a velmi málo složité konstrukce, Zenerova dioda může v některých případech zajistit adekvátní regulaci napětí pouze s jediným komponentem.

Vzhledem k tomu, že Zenerová dioda shuntuje veškeré nadměrné napětí nad prahovou hodnotu poruchy napětí na zem, může být použita jako velmi jednoduchý regulátor napětí s výstupním napětím přitahovaným přes vodiče zenerové diody.

Bohužel, Zeners jsou často velmi omezené ve své schopnosti ovládat sílu, což omezuje, kde mohou být používány jako regulátory napětí pouze pro aplikace s velmi malým výkonem. Pokud používáte Zenerovy diody tímto způsobem, je nejlepší omezit dostupný výkon, který může protékat Zenerů strategickým výběrem vhodně dimenzovaného rezistoru.