Regulátory napětí odebírají vstupní napětí a vytvářejí regulované výstupní napětí bez ohledu na vstupní napětí na pevné nebo nastavitelné úrovni napětí. Tato automatická regulace úrovně výstupního napětí je řešena různými technikami zpětné vazby. Některé z těchto technik jsou stejně jednoduché jako Zenerova dioda. Jiné zahrnují komplexní topologie zpětné vazby, které zlepšují výkon, spolehlivost a efektivitu a přidávají další funkce, jako je zvýšení výstupního napětí nad vstupní napětí do regulátoru napětí.
Regulátory napětí jsou běžnou součástí mnoha obvodů, aby zajistily, že je citlivé elektronice přiváděno konstantní a stabilní napětí.
Jak fungují lineární regulátory napětí
Udržování pevného napětí s neznámým a potenciálně hlučným vstupem vyžaduje signál zpětné vazby, který objasní, jaké úpravy je třeba provést. Lineární regulátory používají výkonový tranzistor jako proměnný odpor, který se chová jako první polovina sítě děliče napětí. Výstup děliče napětí řídí výkonový tranzistor odpovídajícím způsobem, aby udržoval konstantní výstupní napětí.
Protože se tranzistor chová jako rezistor, plýtvá energií tím, že ji přeměňuje na teplo – často velké množství tepla. Vzhledem k tomu, že celkový výkon přeměněný na teplo se rovná poklesu napětí mezi vstupním napětím a výstupním napětím vynásobeným dodávaným proudem, může být ztrátový výkon často velmi vysoký, což vyžaduje dobré chladiče.
Alternativní formou lineárního regulátoru je bočníkový regulátor, jako je Zenerova dioda. Spíše než fungovat jako proměnný sériový odpor jako typický lineární regulátor, bočníkový regulátor poskytuje cestu k zemi pro průchod nadměrného napětí (a proudu). Tento typ regulátoru je často méně účinný než typický sériový lineární regulátor. Je to praktické pouze tehdy, když je potřeba a dodává se málo energie.
Jak fungují regulátory spínacího napětí
Spínací regulátor napětí pracuje na jiném principu než lineární regulátory napětí. Spíše než jako tlumič napětí nebo proudu pro zajištění konstantního výstupu ukládá spínací regulátor energii na definované úrovni a využívá zpětnou vazbu k zajištění toho, že úroveň nabití je udržována s minimálním zvlněním napětí. Tato technika umožňuje, aby byl spínací regulátor účinnější než lineární regulátor tím, že se tranzistor plně zapne (s minimálním odporem) pouze tehdy, když obvod akumulace energie potřebuje výboj energie. Tento přístup snižuje celkový plýtvaný výkon v systému na odpor tranzistoru během spínání, když přechází z vodivého (velmi nízký odpor) na nevodivý (velmi vysoký odpor) a další malé ztráty obvodu.
Čím rychleji se spínací regulátor spíná, tím menší kapacitu akumulace energie potřebuje k udržení požadovaného výstupního napětí, což znamená, že lze použít menší komponenty. Náklady na rychlejší přepínání však představují ztrátu účinnosti, protože přechodem mezi vodivým a nevodivým stavem se stráví více času. Odporovým ohřevem se ztrácí více energie.
Dalším vedlejším efektem rychlejšího spínání je zvýšení elektronického šumu generovaného spínacím regulátorem. Pomocí různých spínacích technik může spínací regulátor:
- Snižte vstupní napětí (topologie buck).
- Zvyšte napětí (topologie zesílení).
- Obojí sníží nebo zvýší napětí (buck-boost) podle potřeby k udržení požadovaného výstupního napětí.
Tato flexibilita dělá ze spínacích regulátorů skvělou volbu pro mnoho aplikací napájených z baterie, protože spínací regulátor může zvýšit nebo zvýšit vstupní napětí z baterie, když se baterie vybije.
