Regulatorji napetosti vzamejo vhodno napetost in ustvarijo regulirano izhodno napetost ne glede na vhodno napetost na fiksni ali nastavljivi ravni napetosti. To samodejno uravnavanje nivoja izhodne napetosti se izvaja z različnimi tehnikami povratnih informacij. Nekatere od teh tehnik so tako preproste kot Zener dioda. Druge vključujejo zapletene povratne topologije, ki izboljšajo zmogljivost, zanesljivost in učinkovitost ter dodajo druge funkcije, kot je povečanje izhodne napetosti nad vhodno napetostjo regulatorja napetosti.
Regulatorji napetosti so pogosta značilnost mnogih tokokrogov, ki zagotavljajo konstantno in stabilno napetost za občutljivo elektroniko.
Kako delujejo linearni regulatorji napetosti
Ohranjanje fiksne napetosti z neznanim in potencialno šumnim vhodom zahteva povratni signal, da se pojasni, katere prilagoditve je treba izvesti. Linearni regulatorji uporabljajo močnostni tranzistor kot spremenljivi upor, ki se obnaša kot prva polovica omrežja delilnika napetosti. Izhod delilnika napetosti poganja močnostni tranzistor, da vzdržuje konstantno izhodno napetost.
Ker se tranzistor obnaša kot upor, zapravlja energijo tako, da jo pretvarja v toploto – pogosto veliko toplote. Ker je skupna moč, pretvorjena v toploto, enaka padcu napetosti med vhodno napetostjo in izhodno napetostjo, pomnoženo z dobavljenim tokom, je lahko porazdeljena moč pogosto zelo visoka, kar zahteva dobre hladilnike.
Nadomestna oblika linearnega regulatorja je shunt regulator, kot je Zener dioda. Namesto da bi deloval kot spremenljiv serijski upor, kot to počne tipičen linearni regulator, shunt regulator zagotavlja pot do ozemljitve za pretok presežne napetosti (in toka). Ta tip regulatorja je pogosto manj učinkovit kot tipičen serijski linearni regulator. Praktičen je le, ko je potrebna in dobavljena majhna moč.
Kako delujejo stikalni regulatorji napetosti
Preklopni regulator napetosti deluje na drugačnem principu kot linearni regulatorji napetosti. Namesto da deluje kot ponor napetosti ali toka za zagotavljanje konstantnega izhoda, preklopni regulator shranjuje energijo na določeni ravni in uporablja povratne informacije, da zagotovi vzdrževanje ravni napolnjenosti z minimalnim valovanjem napetosti. Ta tehnika omogoča, da je preklopni regulator učinkovitejši od linearnega regulatorja, tako da popolnoma vklopi tranzistor (z minimalnim uporom) le, ko vezje za shranjevanje energije potrebuje izbruh energije. Ta pristop zmanjša celotno izgubljeno moč v sistemu na upornost tranzistorja med preklapljanjem, ko prehaja iz prevodnega (zelo nizek upor) v neprevodni (zelo visok upor) in druge majhne izgube v vezju.
Hitreje ko preklopni regulator preklopi, manjšo zmogljivost shranjevanja energije potrebuje za vzdrževanje želene izhodne napetosti, kar pomeni, da je mogoče uporabiti manjše komponente. Vendar je strošek hitrejšega preklapljanja izguba učinkovitosti, saj se več časa porabi za prehod med prevodnim in neprevodnim stanjem. Več energije se izgubi zaradi uporovnega segrevanja.
Drug stranski učinek hitrejšega preklapljanja je povečanje elektronskega šuma, ki ga ustvarja preklopni regulator. Z uporabo različnih preklopnih tehnik lahko preklopni regulator:
- Zmanjšajte vhodno napetost (buck topologija).
- Povišajte napetost (topologija povečanja).
- Oba zmanjšata ali povečata napetost (buck-boost), kot je potrebno za vzdrževanje želene izhodne napetosti.
Zaradi te prilagodljivosti so preklopni regulatorji odlična izbira za številne aplikacije, ki se napajajo iz baterij, saj lahko preklopni regulator poveča ali poveča vhodno napetost baterije, ko se baterija prazni.
