Voltaj regülatörleri, hassas elektroniklere sabit, sabit bir voltajın verilmesini sağlamak için birçok devrede yaygın bir özelliktir. Nasıl çalışırlar, birçok analog devrenin tipik bir örneğidir, çıktıyı istenen seviyeye ayarlamak için geri bildirimin mantıklı ve zarif kullanımı.
Voltaj Regülatörü Genel Bakış
Sabit, güvenilir bir voltaj gerektiğinde, voltaj regülatörleri, gider bileşenidir. Voltaj regülatörleri, bir giriş voltajı alır ve sabit voltaj seviyesinde veya ayarlanabilir voltaj seviyesinde (doğru harici bileşenleri seçerek) giriş voltajından bağımsız olarak regüle edilmiş bir çıkış voltajı oluştururlar. Çıkış voltajı seviyesinin bu otomatik regülasyonu, bazıları zener diyot kadar basitken çeşitli geri besleme teknikleriyle işlenirken, diğerleri performans, güvenilirlik, verimi artıran ve giriş voltajı üzerindeki çıkış voltajını yükseltmek gibi diğer özellikleri ekleyebilen karmaşık geri bildirim topolojileri içerir. voltaj regülatörü.
Doğrusal Voltaj Regülatörleri Nasıl Çalışır?
Bilinmeyen ve potansiyel olarak gürültülü (veya daha kötü) bir giriş ile sabit bir voltajın korunması, hangi ayarların yapılması gerektiğini bilmek için bir geri besleme sinyali gerektirir. Doğrusal regülatörler, bir voltaj bölücü ağının ilk yarısı gibi davranan bir değişken direnç olarak bir güç transistörünü (kullanılan bileşene bağlı olarak BJT veya MOSFET) kullanır. Gerilim bölücünün çıkışı, sabit bir çıkış voltajını korumak için güç transistörünü uygun şekilde sürmek için geri besleme olarak kullanılır. Ne yazık ki, transistör bir direnç gibi davrandığından, ısıya dönüşerek çok miktarda enerji harcıyor, çoğu zaman ısı. Isıya dönüştürülen toplam güç, giriş gerilimi ile sağlanan voltajın çıkış voltajı arasındaki voltaj düşüşüne eşit olduğu için, dağıtılan güç genellikle çok yüksek olabilir ve iyi ısı depoları talep edebilir.
Alternatif bir doğrusal regülatör formu, bir Zener diyodu gibi bir şönt regülatördür. Tipik lineer regülatörün yaptığı gibi değişken bir dizi direnç gibi davranmak yerine, bir şant regülatörü, aşırı voltaj (ve akımın) içinden akması için toprağa bir yol sağlar. Ne yazık ki, bu tip bir regülatör genellikle tipik bir seri lineer regülatörden daha az verimlidir ve sadece çok az güç gerektiğinde ve tedarik edildiğinde pratiktir.
Anahtarlama Voltaj Regülatörleri Nasıl Çalışır?
Bir anahtarlama voltaj regülatörü, lineer voltaj regülatörlerinden tamamen farklı bir prensipte çalışır. Sabit bir çıkış sağlamak için bir voltaj veya akım havuzu gibi davranmak yerine, bir anahtarlama regülatörü enerjiyi belirli bir seviyede depolar ve şarj seviyesinin minimum voltaj dalgalanmasıyla korunmasını sağlamak için geri besleme kullanır. Bu teknik, anahtarlama regülatörünün, bir transistörü tam olarak (minimum dirençle) çevirerek, sadece enerji depolama devresi bir enerji patlaması gerektiğinde, lineer regülatörün çok daha verimli olmasını sağlar. Bu, iletim sırasında (çok düşük direnç) iletken olmayan (çok yüksek direnç) ve diğer küçük devre kayıplarına geçiş sırasında geçiş sırasında transistörün direncine karşı sistemdeki boşa giden toplam gücü azaltır.
Daha hızlı bir anahtarlama regülatörü, daha küçük bileşenlerin kullanılabileceği anlamına gelen, istenen çıkış voltajını korumak için ihtiyaç duyduğu daha az enerji depolama kapasitesini değiştirir. Bununla birlikte, daha hızlı anahtarlama maliyeti, dirençli ısıtma nedeniyle daha fazla güç kaybı anlamına gelen iletken ve iletken olmayan durumlar arasında geçiş yapmak için daha fazla zaman harcandığından, verimlilikte bir kayıptır.
Daha hızlı anahtarlamanın bir diğer yan etkisi, anahtarlama regülatörü tarafından üretilen elektronik gürültünün artmasıdır. Farklı anahtarlama teknikleri kullanılarak, bir anahtarlama regülatörü, giriş voltajını düşürür (kova topolojisi), gerilimi arttırır (destek topolojisi), ya da her iki adım aşağı ya da gerekli çıkış voltajını koruyarak voltajı yükseltir (buck-boost). Anahtarlama regülatörü, batarya boşaldıkça bataryadan gelen giriş voltajını artırabildiği veya arttırabildiği için, anahtarlama düzenleyicileri birçok batarya ile çalışan uygulama için mükemmel bir seçimdir. Bu, elektronik devrenin akünün çalışma için doğru voltajı doğrudan sağlayabileceği noktadan daha iyi çalışmaya devam etmesini sağlar.