Pinge regulaatorid on paljudes vooluahelates ühised omadused, mis tagavad, et tundlikule elektroonikale tarnitakse pidev ja stabiilne pinge. Nende toimimine on tüüpiline paljudele analooglülitustele, mõistlik ja elegantne tagasiside, et reguleerida väljundit soovitud tasemele.
Pinge reguleerija ülevaade
Kui on vaja püsivat ja usaldusväärset pinget, on pingeregulaatorid ühendatavad komponendid. Pinge regulaatorid võtavad sisendpinge ja loovad reguleeritud väljundpinge olenemata sisendpingest nii fikseeritud pinget kui ka reguleeritavat pinget (valides õiged välised komponendid). Selle väljundpinge automaatse reguleerimisega tegelevad mitmesugused tagasiside tehnikad, mõned on nii lihtsad kui zener-diood, samas kui teised sisaldavad keerukaid tagasiside topoloogiarežiime, mis võivad parandada jõudlust, töökindlust ja efektiivsust ning lisada muid funktsioone, nagu sisendpingest kõrgema väljundpinge suurendamine pinge regulaator.
Kuidas lineaarset pinget reguleerivad töötajad
Fikseeritud pinge säilitamine teadmata ja potentsiaalselt mürarikas (või hullem) sisendiga nõuab tagasiside signaali, et teada saada, milliseid kohandusi tuleb teha. Lineaarsed regulaatorid kasutavad võimendustransistorit (kas BJT või MOSFET sõltuvalt kasutatavast komponendist) kui muutuvat takisti, mis käitub nagu pingejagaja võrgu esimene pool. Pingelahustaja väljundit kasutatakse tagasisidena, et juhtida võimsustransistorit, et püsivat väljundpinget säilitada. Kahjuks, kuna transistor käitub nagu takisti, kulutab see palju energiat, muutes selle soojuseks, sageli palju soojust. Kuna kogu soojuseks ümberarvestatav soojus on võrdne pinge langusega sisendpinge ja väljundpinge vahel, siis tarnitav vool võib sageli olla väga kõrge ja nõuda head heitegaaset.
Lineaarregulaatori alternatiivne vorm on šunti regulaator, näiteks Zeneri diood . Selle asemel, et toimida muutuva järjestikuse takistusena kui tüüpiline lineaarregulaator, ei anna šuntregaattor maapealset marsruuti, et üle pinge (ja vool) läbiks. Kahjuks on selline regulaator sageli isegi vähem efektiivne kui tavaline seeria lineaarne regulaator ja see on praktiline ainult siis, kui on vaja väga vähe voolu ja see on vajalik.
Kuidas pinge regulaatorid töötavad
Pöörlemispinge regulaator töötab täiesti erineval printsiibil kui lineaarpinge regulaatoritel. Selle asemel, et töötada pinge või praeguse valamu abil pideva väljundi tagamiseks, lülitub regulaator energiat kindlaksmääratud tasemele ja kasutab tagasisidet, et tagada laadimise taseme säilimine minimaalse pinge pulsega. See meetod võimaldab lülitusregulaatoril olla palju efektiivsem, kui lineaarregulaator, keerates transistori täielikult (minimaalse takistusega) ainult siis, kui energia salvestuskeem vajab energia lõhkemist. See vähendab lülitamisel ülekandmisel transistori takistuseks süsteemi koguvõimsust, sest see liigub juhtimistest (väga vähese takistusega) üle mittejuhtivate (väga kõrge vastupidavusega) ja muude väikeste ahelate kadudega.
Mida kiiremini lülitub lülitusregulaator, seda väiksem on energiakandja võimsus, mida on vaja soovitud väljundpinge säilitamiseks, mis tähendab väiksemaid komponente. Kuid kiirema ülemineku maksumus on efektiivsuse vähenemine, kuna rohkem aega kulub ülekandmiseks juhtivate ja mittejuhtivate olekute vahel, mis tähendab, et takistusliku kuumutamise tõttu kaob rohkem energiat.
Kiirelülitamisel on veel üks kõrvalmõju - lülitusregulaatori poolt tekitatava elektroonilise müra suurenemine. Erinevate lülitusmeetodite abil saab lülitusregulaator sisendi pinge taganeda (buck topology), suurendada pinget (võimendus topoloogiat) või mõlemat sammu alla või suurendada pinget (buck-boost) vastavalt vajadusele, säilitada soovitud väljundpinge mis muudavad lülitusregulaatorid suurepäraseks valikuks paljudele akutoitel töötavatele rakendustele, kuna lülitusregulaator saab aku sisendpinge aku akule tühjenemise järel suurendada või tõsta. See võimaldab elektroonikale jätkuvalt toimida kaugemale sellest hetkest, kui aku saaks otse seadmele õige pinge töötada.