Spenningsregulatorer tar en inngangsspenning og lager en regulert utgangsspenning uavhengig av inngangsspenningen på enten et fast spenningsnivå eller et justerbart spenningsnivå. Denne automatiske reguleringen av utgangsspenningsnivået håndteres av ulike tilbakemeldingsteknikker. Noen av disse teknikkene er like enkle som en Zener-diode. Andre inkluderer komplekse tilbakemeldingstopologier som forbedrer ytelse, pålitelighet og effektivitet og legger til andre funksjoner som å øke utgangsspenningen over inngangsspenningen til spenningsregulatoren.
Spenningsregulatorer er en vanlig funksjon i mange kretser for å sikre at en konstant, stabil spenning leveres til sensitiv elektronikk.
Hvordan lineære spenningsregulatorer fungerer
Å opprettholde en fast spenning med en ukjent og potensielt støyende inngang krever et tilbakemeldingssignal for å avklare hvilke justeringer som må gjøres. Lineære regulatorer bruker en krafttransistor som en variabel motstand som oppfører seg som den første halvdelen av et spenningsdelernettverk. Utgangen fra spenningsdeleren driver krafttransistoren riktig for å opprettholde en konstant utgangsspenning.
Fordi transistoren oppfører seg som en motstand, sløser den energi ved å konvertere den til varme, ofte mye varme. Siden den totale effekten konvertert til varme er lik spenningsfallet mellom inngangsspenningen og utgangsspenningen ganger strømmen som tilføres, kan effekten som forsvinner ofte være svært høy, noe som krever gode kjøleribber.
En alternativ form for en lineær regulator er en shuntregulator, for eksempel en Zener-diode. I stedet for å fungere som en variabel seriemotstand slik den typiske lineære regulatoren gjør, gir en shuntregulator en vei til jord for overflødig spenning (og strøm) å strømme gjennom. Denne typen regulator er ofte mindre effektiv enn en typisk serie lineær regulator. Det er bare praktisk når lite strøm er nødvendig og tilført.
Slik fungerer byttespenningsregulatorer
En byttespenningsregulator fungerer på et annet prinsipp enn lineære spenningsregulatorer. I stedet for å fungere som en spennings- eller strømsynk for å gi en konstant utgang, lagrer en svitsjingsregulator energi på et definert nivå og bruker tilbakemelding for å sikre at ladenivået opprettholdes med minimal spenningsrippel. Denne teknikken gjør at svitsjingsregulatoren kan være mer effektiv enn den lineære regulatoren ved å slå en transistor helt på (med minimal motstand) bare når energilagringskretsen trenger et utbrudd av energi. Denne tilnærmingen reduserer den totale kraften som går bort i systemet til motstanden til transistoren under svitsjen når den går fra ledende (svært lav motstand) til ikke-ledende (svært høy motstand) og andre små kretstap.
Jo raskere en svitsjingsregulator bytter, jo mindre energilagringskapasitet trenger den for å opprettholde ønsket utgangsspenning, noe som betyr at mindre komponenter kan brukes. Imidlertid er kostnadene ved raskere veksling et tap i effektivitet ettersom mer tid brukes på overgangen mellom ledende og ikke-ledende tilstander. Mer kraft går tapt fra resistiv oppvarming.
En annen bivirkning av raskere veksling er økningen i elektronisk støy som genereres av svitsjeregulatoren. Ved å bruke forskjellige svitsjeteknikker kan en svitsjeregulator:
- Skru ned inngangsspenningen (buck-topologi).
- Øk spenningen (boost topologi).
- Både trapper ned eller øker spenningen (buck-boost) etter behov for å opprettholde ønsket utgangsspenning.
Denne fleksibiliteten gjør bytteregulatorer til et godt valg for mange batteridrevne applikasjoner fordi bytteregulatoren kan øke eller øke inngangsspenningen fra batteriet når batteriet lades ut.
