Regulátory napětí odebírají vstupní napětí a vytvářejí regulované výstupní napětí na pevné nebo nastavitelné úrovni. Tuto automatickou regulaci úrovně výstupního napětí řeší různé typy regulátorů napětí odlišně.
Typy regulátorů napětí
Nejdostupnějším a často nejjednodušším typem regulátorů napětí jsou lineární regulátory napětí. Lineární regulátory jsou kompaktní a často se používají v nízkonapěťových systémech s nízkou spotřebou. Spínací regulátory jsou účinnější než lineární regulátory napětí, ale hůře se s nimi pracuje a jsou dražší. Zenerovy diody jsou levné a snadno se používají, ale jsou méně účinné než lineární regulátory.
Lineární regulátory
Jedním z nejzákladnějších způsobů, jak zajistit stabilní napětí pro elektroniku, je použití standardního 3pinového lineárního regulátoru napětí, jako je LM7805, který poskytuje 5voltový, 1ampérový výstup se vstupním napětím až 36 voltů (v závislosti na modelu).
Lineární regulátory fungují tak, že upravují ekvivalentní sériový odpor (ESR) regulátoru na základě zpětnovazebního napětí, čímž se v podstatě stávají obvodem děliče napětí. To umožňuje regulátoru vydávat konstantní napětí bez ohledu na aktuální zatížení, které je na něj kladeno, až do jeho aktuální kapacity.
Jednou z velkých nevýhod lineárních regulátorů napětí je velký minimální pokles napětí, který je u standardního lineárního regulátoru napětí LM7805 2,0 voltů. To znamená, že pro získání stabilního 5 voltového výstupu je nutný alespoň 7 voltový vstup. Tento pokles napětí hraje velkou roli ve ztrátovém výkonu lineárního regulátoru, který musí ztratit alespoň 2 watty, pokud dodává zátěž 1 amp (2 volty úbytek napětí krát 1 ampér).
Ztrátový výkon se zhoršuje, jak se zvětšuje rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím. Například, zatímco 7voltový zdroj regulovaný na 5 voltů dodávající 1 amp ztratí 2 watty prostřednictvím lineárního regulátoru, 10voltový zdroj regulovaný na 5 voltů a dodává stejný proud 5 wattů, takže regulátor je pouze 50% účinný.
Switching Regulators
Lineární regulátory jsou skvělým řešením pro nízkoenergetické a nízkonákladové aplikace, kde je rozdíl napětí mezi vstupem a výstupem nízký a není potřeba mnoho energie. Největší nevýhodou lineárních regulátorů je, že jsou neefektivní, a proto přicházejí do hry spínací regulátory.
Pokud je potřeba vysoká účinnost nebo se očekává široký rozsah vstupního napětí, stává se nejlepší volbou spínací regulátor. Spínané regulátory napětí mají účinnost 85 % nebo lepší ve srovnání s účinností lineárních regulátorů napětí, které jsou často pod 50 %.
Spínací regulátory obecně vyžadují oproti lineárním regulátorům další komponenty. Hodnoty součástek mají větší vliv na celkový výkon spínacích regulátorů než lineárních regulátorů. Efektivní používání spínacích regulátorů, aniž by došlo ke snížení výkonu obvodu v důsledku elektronického šumu, který regulátor generuje, také přináší konstrukční problémy.
Zenerovy diody
Jedním z nejjednodušších způsobů regulace napětí je Zenerova dioda. Zatímco lineární regulátory mají obvykle základní konstrukci, Zenerova dioda poskytuje adekvátní regulaci napětí v jedné komponentě.
Vzhledem k tomu, že Zenerovy diody odvádějí veškeré přebytečné napětí nad svou prahovou hodnotu průrazného napětí na zem, lze je použít jako jednoduchý regulátor napětí s výstupním napětím přitaženým přes vodiče Zenerovy diody.
Zenery však mají často omezenou schopnost zpracovávat energii, což je omezuje pouze na aplikace s nízkou spotřebou. Při použití Zenerových diod tímto způsobem je nejlepší omezit dostupný výkon, který může protékat Zenerovou diodou, strategickým výběrem vhodně dimenzovaného odporu.
