Обяснение на три различни типа регулатори на напрежението
Когато е необходимо стабилно и надеждно напрежение , регулаторите на напрежение са компонента "go-to". Те взимат входно напрежение и създават регулирано изходно напрежение, независимо от входното напрежение, както при фиксирано напрежение, така и при регулируемо напрежение (чрез избор на правилните външни компоненти).
Тази автоматична регулация на нивото на изходното напрежение се управлява от различни техники за обратна връзка, някои като прости като Zener диод, докато други включват сложни топологии за обратна връзка, които могат да подобрят производителността, надеждността, ефективността и да добавят други функции като увеличаване на изходното напрежение над входното напрежение регулатора на напрежението.
Видове регулатори на напрежението
Има редица видове регулатори на напрежението, които варират от много достъпни до много ефективни. Най-достъпният и често най-лесният тип регулатор на напрежението, който трябва да използвате, са линейните регулатори на напрежението.
Линейните регулатори се предлагат в няколко типа, много компактни и често се използват в системи с ниско напрежение и ниска мощност.
Регулаторите за превключване са много по-ефективни от линейните регулатори на напрежението, но те са по-трудни за работа и по-скъпи.
Линейни регулатори
Един от най-основните начини за регулиране на напрежението и осигуряване на стабилно напрежение за електрониката е да се използва стандартен 3-пинов линеен регулатор на напрежението, като например LM7805, който осигурява 5 волта 1 усилвателен изход с входно напрежение до 36 волта ( в зависимост от модела).
Линейните регулатори работят чрез регулиране на ефективната серия съпротивление на регулатора въз основа на напрежение за обратна връзка, което по същество се превръща в верига за делители на напрежение. Това позволява на регулатора да изведе ефективно постоянно напрежение, независимо от тока, върху който е натоварен, до сегашния му капацитет.
Едно от големите недостатъци на линейните регулатори на напрежението е големият спад на напрежението в регулатора на напрежението, който е 2.0 волта на стандартен LM7805 линеен регулатор на напрежението. Това означава, че за да получите стабилен изход 5 волта, се изисква поне 7 волтов вход. Това понижение на напрежението играе голяма роля в разсейваната мощност от линейния регулатор, който би трябвало да разсее най-малко 2 вата, ако доставя 1 усилвателно натоварване (2 волта спадане на напрежението 1 усилвател).
Разсейването на мощността се влошава, толкова по-голяма е разликата между входното и изходното напрежение. Така например, докато източник от 7 волта, регулиран на 5 волта с 1 усилвател, ще разсее 2 вата през линейния регулатор, 10-волтов източник, регулиран на 5 волта, осигуряващ същия ток, ще разсее 5 вата, което прави регулатора само 50% ефективен ,
Превключващи регулатори
Линейните регулатори са чудесни решения за приложения с ниска мощност и ниски разходи, при които напрежението между входа и изхода е ниско и не се изисква много мощност. Най-голямата отдолу на линейните регулатори е, че те са много неефективни, което е мястото, където се включват регулаторите за превключване.
Когато е необходима висока ефективност или се очаква широка гама от входно напрежение, включително входно напрежение под желаното изходно напрежение, регулаторът за превключване става най-добрият вариант. Регулаторите за превключване на напрежението имат енергийна ефективност от 85% или по-добра в сравнение с ефективността на линейния регулатор на напрежението, които често са под 50%.
Регулаторите за превключване обикновено изискват допълнителни компоненти над линейни регулатори, а стойностите на компонентите имат много по-голямо влияние върху общата производителност на регулаторите на комутация, отколкото на линейните регулатори.
Съществуват и повече предизвикателства при проектирането при ефективно използване на регулаторите за превключване, без да се компрометира производителността или поведението на останалата част от веригата поради електронния шум, който регулаторът може да генерира.
Ценерови диоди
Един от най-простите начини за регулиране на напрежението е със Zener диод. Докато линейният регулатор е доста основен компонент с малко допълнителни компоненти, необходими за работа и много малка сложност на дизайна, диналът на Zener може да осигури адекватно регулиране на напрежението в някои случаи само с един компонент.
Тъй като ценеровият диод прескача всяко допълнително напрежение над прага на напрежението на разрушаване към земята, той може да се използва като много прост регулатор на напрежението с изходното напрежение, изтеглено през проводниците на ценеровият диод.
За съжаление, Zeners често са много ограничени в способността си да се справят с мощност, което ограничава, където те могат да бъдат използвани като регулатори на напрежението само за приложения с много ниска мощност. Когато използвате Zener диоди по този начин, най-добре е да се ограничи наличната мощност, която може да тече през Zener чрез стратегически избирането на правилно оразмерен резистор.