Spenningsregulatorer tar en inngangsspenning og lager en regulert utgangsspenning på enten et fast eller justerbart nivå. Denne automatiske reguleringen av utgangsspenningsnivået håndteres forskjellig av ulike typer spenningsregulatorer.
Typer av spenningsregulatorer
Den rimeligste og ofte enkleste typen spenningsregulatorer å bruke er lineære spenningsregulatorer. Lineære regulatorer er kompakte og brukes ofte i lavspente systemer med lav effekt. Bytteregulatorer er mer effektive enn lineære spenningsregulatorer, men er vanskeligere å jobbe med og er dyrere. Zenerdioder er rimelige og enkle å bruke, men er mindre effektive enn lineære regulatorer.
Lineære regulatorer
En av de mest grunnleggende måtene å gi en stabil spenning for elektronikk er å bruke en standard 3-pins lineær spenningsregulator, for eksempel LM7805, som gir en 5-volt, 1-amp utgang med en inngangsspenning på opptil 36 volt (avhengig av modell).
Lineære regulatorer fungerer ved å justere den ekvivalente seriemotstanden (ESR) til regulatoren basert på en tilbakemeldingsspenning, og blir i hovedsak en spenningsdelerkrets. Dette lar regulatoren sende ut en konstant spenning uavhengig av strømbelastningen på den, opp til dens nåværende kapasitet.
En av de store ulempene med lineære spenningsregulatorer er det store minste spenningsfallet, som er 2,0 volt på standard LM7805 lineær spenningsregulator. Dette betyr at for å få den stabile utgangen på 5 volt, kreves det minst en 7-volts inngang. Dette spenningsfallet spiller en stor rolle i kraften som dissiperes av den lineære regulatoren, som må spre minst 2 watt hvis den leverer en 1-amp belastning (2-volts spenningsfall ganger 1 amp).
Strømtapet blir verre ettersom forskjellen mellom inngangs- og utgangsspenningen øker. For eksempel, mens en 7-volts kilde regulert til 5 volt som leverer 1 ampere sprer 2 watt gjennom den lineære regulatoren, sprer en 10-volts kilde regulert til 5 volt som leverer samme strøm 5 watt, noe som gjør regulatoren bare 50 % effektiv.
Bytte regulatorer
Lineære regulatorer er gode løsninger for laveffekts- og lavkostapplikasjoner der spenningsforskjellen mellom inngang og utgang er lav, og det ikke kreves mye strøm. Den største ulempen med lineære regulatorer er at disse er ineffektive, og det er her bytte av regulatorer spiller inn.
Når høy effektivitet er nødvendig, eller et bredt spekter av inngangsspenning forventes, blir en svitsjingsregulator det beste alternativet. Byttespenningsregulatorer har effekteffektiviteter på 85 % eller bedre sammenlignet med lineære spenningsregulatoreffektiviteter som ofte er under 50 %.
Bytteregulatorer krever generelt ekstra komponenter fremfor lineære regulatorer. Verdiene til komponentene har mer effekt på den generelle ytelsen til bytteregulatorer enn lineære regulatorer. Det er også designutfordringer ved å bruke bytteregulatorer effektivt uten å kompromittere ytelsen til kretsen som følge av den elektroniske støyen som regulatoren genererer.
Zener Diodes
En av de enkleste måtene å regulere spenning på er med en Zener-diode. Mens lineære regulatorer vanligvis er grunnleggende i design, gir en Zener-diode tilstrekkelig spenningsregulering i en enkelt komponent.
Siden Zener-dioder shunter all ekstra spenning over dens gjennombruddsspenningsterskel til jord, kan den brukes som en enkel spenningsregulator med utgangsspenningen trukket over ledningene til Zener-dioden.
Zenere har imidlertid ofte begrenset evne til å håndtere strøm, noe som begrenser disse til kun lavstrømsapplikasjoner. Når du bruker Zener-dioder på denne måten, er det best å begrense den tilgjengelige kraften som kan strømme gjennom Zener-enheten ved å strategisk velge en motstand med riktig størrelse.
