Содержание
Регуляторы напряжения — это общая особенность многих цепей, обеспечивающая постоянное стабильное напряжение, подаваемое на чувствительную электронику. То, как они работают, типично для многих аналоговых схем, разумное и элегантное использование обратной связи для настройки выходного сигнала до желаемого уровня.
Обзор регулятора напряжения
Когда требуется стабильное, надежное напряжение, регуляторы напряжения являются основными компонентами. Регуляторы напряжения принимают входное напряжение и создают регулируемое выходное напряжение независимо от входного напряжения либо на фиксированном уровне напряжения, либо на регулируемом уровне напряжения (путем выбора правильных внешних компонентов). Это автоматическое регулирование уровня выходного напряжения обрабатывается различными методами обратной связи, некоторые из которых так же просты, как стабилитрон, в то время как другие включают сложные топологии обратной связи, которые могут улучшить производительность, надежность, эффективность и добавить другие функции, такие как повышение выходного напряжения выше входного напряжения для регулятор напряжения.
Как работают линейные регуляторы напряжения
Поддержание фиксированного напряжения с неизвестным и потенциально шумным (или хуже) входом требует сигнала обратной связи, чтобы знать, какие настройки необходимо сделать. Линейные регуляторы используют силовой транзистор (BJT или MOSFET в зависимости от используемого компонента) в качестве переменного резистора, который ведет себя как первая половина сети делителя напряжения. Выход делителя напряжения используется в качестве обратной связи для надлежащего управления силовым транзистором для поддержания постоянного выходного напряжения. К сожалению, поскольку транзистор ведет себя как резистор, он тратит много энергии, превращая его в тепло, часто в большое количество тепла. Поскольку общая мощность, преобразованная в тепло, равна падению напряжения между входным напряжением и выходным напряжением, умноженным на подаваемый ток, рассеиваемая мощность часто может быть очень высокой, что требует хороших радиаторов.
Альтернативной формой линейного регулятора является шунтирующий регулятор, такой как стабилитрон. Вместо того чтобы действовать как переменное последовательное сопротивление, как это делает типичный линейный регулятор, шунтирующий регулятор обеспечивает путь к земле для прохождения избыточного напряжения (и тока). К сожалению, этот тип регулятора часто даже менее эффективен, чем типовой линейный линейный регулятор, и он практичен только тогда, когда требуется и подается очень мало энергии.
Как работают регуляторы напряжения переключения
Импульсный регулятор напряжения работает по принципиально другому принципу, чем линейный регулятор напряжения. Вместо того, чтобы действовать в качестве поглотителя напряжения или тока для обеспечения постоянного выхода, импульсный регулятор сохраняет энергию на определенном уровне и использует обратную связь, чтобы гарантировать, что уровень заряда поддерживается с минимальной пульсацией напряжения. Этот метод позволяет переключающему регулятору быть намного более эффективным, чем линейный регулятор, полностью включив транзистор (с минимальным сопротивлением), только когда цепь накопления энергии нуждается в приливе энергии. Это уменьшает общую мощность, потерянную в системе, до сопротивления транзистора во время переключения, когда он переходит от проводящего (очень низкое сопротивление) к непроводящему (очень высокое сопротивление) и другим малым потерям в цепи.
Чем быстрее переключается переключающий регулятор, тем меньше емкость накопления энергии, необходимая для поддержания требуемого выходного напряжения, что означает, что можно использовать более мелкие компоненты. Однако стоимость более быстрого переключения — это потеря эффективности, поскольку на переход между проводящим и непроводящим состояниями затрачивается больше времени, что означает потерю большей мощности из-за резистивного нагрева.
Другим побочным эффектом более быстрого переключения является увеличение электронного шума, создаваемого регулятором переключения. Используя различные методы переключения, переключающий регулятор может понижать входное напряжение (топология с понижением), повышать напряжение (топология с повышением частоты) или оба понижать или повышать напряжение (усиление с понижением), по мере необходимости, поддерживать желаемое выходное напряжение. что делает переключающие регуляторы отличным выбором для многих приложений с питанием от батареи, поскольку переключающий регулятор может увеличивать или повышать входное напряжение от батареи по мере ее разрядки. Это позволяет электронике продолжать функционировать далеко за пределами точки, в которой батарея может напрямую подавать нужное напряжение для работы схемы.
