Како функционираат напонските регулатори

Регулаторите за напон се честа појава во многу кола за да се обезбеди постојан, стабилен напон да се доставува до чувствителна електроника. Како тие работат е типичен за многу аналогни кола, разумната и елегантна употреба на повратни информации за да го прилагодат излезот на саканото ниво.

Преглед на регулатор на напон

Кога е потребен постојан, сигурен напон, регулаторите на напон се компоненти кои се движат. Регулаторите за напон го земаат влезниот напон и создаваат регулиран излезен напон без оглед на влезниот напон или на фиксирано ниво на напон или на прилагодливо ниво на напон (со избирање на вистинските надворешни компоненти). Оваа автоматска регулација на нивото на излезниот напон се ракува со различни техники за повратни информации, некои едноставно како зенер диоди, додека други вклучуваат комплексни повратни топологии кои можат да ги подобрат перформансите, сигурноста, ефикасноста и да додадат други функции, како што се зголемува излезниот напон над влезниот напон до регулаторот на напонот.

Како работат линеарни регулатори на напонот

Одржувањето на фиксен напон со непознат и потенцијално бучен (или полошо) влез бара сигнал за повратни информации за да знае кои прилагодувања треба да се направат. Линеарни регулатори користат транзистор на моќност (или BJT или MOSFET во зависност од употребената компонента) како променлив отпорник кој се однесува како првата половина од делителната мрежа за напојување. Излезот на делител на напонот се користи како повратна информација за соодветно да се придвижи електроенергетскиот транзистор за одржување на константен излезен напон. За жал, бидејќи транзисторот се однесува како отпорник, тој троши многу енергија преку конвертирање на топлина, често многу топлина. Бидејќи вкупната моќност која се претвора во топлина е еднаква на падот на напонот помеѓу влезниот напон и излезниот напон пократко од испорачаната струја, потрошената моќност често може да биде многу висока и бара добри радиатори.

Алтернативна форма на линеарен регулатор е регулатор за шунти, како што е Зенер диода . Наместо да делува како променлив сериски отпор како типичен линеарен регулатор, регулаторот за шунти обезбедува патека до земјата за да тече вишок на напон (и струја). За жал, овој тип на регулатор е често дури и помалку ефикасен од типичен линеарен регулатор и е практичен само кога е потребна многу малку енергија и се испорачува.

Како функционираат преклопните регулатори на напонот

Регулаторот за напојување работи на сосема поинаков принцип отколку линеарни регулатори на напонот. Наместо да делува како напон или струја за да обезбеди константен излез, регулаторот за префрлување чува енергија на одредено ниво и користи повратни информации за да се осигура дека нивото на полнење се одржува со минимално напонско ниво. Оваа техника овозможува прекинувачкиот регулатор да биде многу поефикасен за линеарен регулатор со целосно вртење на транзистор (со минимален отпор) само кога на колото за складирање на енергија му е потребен бран на енергија. Ова ја намалува вкупната моќност потрошена во системот до отпорноста на транзисторот за време на префрлувањето, кога преминува од спроводливост (многу мал отпор) до не-спроведување (многу висока отпорност) и други мали загуби на колото.

Колку побрзо се префрлува прекинувачкиот регулатор, потребниот капацитет за складирање на енергија е потребен за одржување на саканиот излезен напон, што значи дека може да се користат помали компоненти. Сепак, трошокот за побрзо префрлување е губење на ефикасноста, бидејќи повеќе време се троши транзиција помеѓу спроводливите и неспроводните состојби, што значи дека повеќе енергија се губи поради резистивно греење.

Друг несакан ефект на побрзо префрлување е зголемувањето на електронската бучава генерирана од прекинувачкиот регулатор. Со користење на различни техники на преклопување, регулаторот за префрлување може да го повлече влезниот напон (buck topology), да го засили напонот (топологијата на засилување) или да се повлече или да го засили напонот (buck-boost) колку што е потребно одржувај го саканиот излезен напон што го прави преклопни регулатори одличен избор за многу апликации на батериски погон, бидејќи прекинувачкиот регулатор може да го засили или да го зголеми влезниот напон од батеријата додека батеријата се испушта. Ова им овозможува на електрониката да продолжи да функционира добро надвор од точката во која батеријата може директно да го снабди вистинскиот напон за колото да работи.