Когда требуется стабильное, надежное напряжение , регуляторы напряжения являются неотъемлемым компонентом. Они принимают входное напряжение и создают регулируемое выходное напряжение независимо от входного напряжения либо на фиксированном уровне напряжения, либо на регулируемом уровне напряжения.
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.
Типы регуляторов напряжения
Несколько различных типов регуляторов напряжения варьируются от очень доступных до очень эффективных. Наиболее доступным и часто самым простым типом регуляторов напряжения являются линейные регуляторы напряжения .
Линейные регуляторы бывают нескольких типов, очень компактны и часто используются в низковольтных и маломощных системах.
Импульсные регуляторы намного эффективнее линейных регуляторов напряжения, но с ними сложнее работать и они более дороги.
Линейные регуляторы
Одним из основных способов регулирования напряжения и обеспечения стабильного напряжения для электроники является использование стандартного 3-контактного линейного стабилизатора напряжения, такого как LM7805 , который обеспечивает 5- вольтный выходной сигнал на 1 А с входным напряжением до 36 вольт (в зависимости от модели).
Линейные регуляторы работают, регулируя эффективное последовательное сопротивление регулятора на основе напряжения обратной связи, по существу становясь цепью делителя напряжения. Это позволяет регулятору выдавать эффективное постоянное напряжение независимо от того, какая нагрузка на него возложена, вплоть до его текущей емкости.
Одним из существенных недостатков линейных регуляторов напряжения является большое минимальное падение напряжения на стабилизаторе напряжения, которое составляет 2,0 вольт на стандартном линейном стабилизаторе напряжения LM7805. Это означает, что для получения стабильного 5-вольтного выхода требуется как минимум 7-вольтный вход. Это падение напряжения играет большую роль в мощности, рассеиваемой линейным регулятором, который должен рассеивать не менее 2 Вт, если он выдает нагрузку 1 А (время падения напряжения 2 В 1 А).
Рассеиваемая мощность ухудшается, чем больше разница между входным и выходным напряжением. Так, например, в то время как 7-вольтовый источник, регулируемый на 5 вольт, подает 1 ампер, рассеивает 2 Вт через линейный регулятор, 10-вольтный источник, регулируемый на 5 вольт, подает тот же ток, рассеивает 5 ватт, делая регулятор только 50 Вольт. эффективный процент.
Импульсные регуляторы
Линейные регуляторы являются отличным решением для маломощных и недорогих приложений, где разница напряжений между входом и выходом невелика и не требует большой мощности. Самым большим недостатком линейных регуляторов является то, что они неэффективны, и именно здесь включаются переключающие регуляторы .
Когда требуется высокая эффективность или ожидается широкий диапазон входного напряжения, включая входные напряжения ниже желаемого выходного напряжения, переключающий регулятор становится лучшим вариантом. Импульсные регуляторы напряжения имеют КПД 85% или выше по сравнению с линейными регуляторами напряжения, которые часто ниже 50%.
Импульсные регуляторы обычно требуют дополнительных компонентов по сравнению с линейными регуляторами, и значения компонентов оказывают гораздо большее влияние на общую производительность импульсных регуляторов, чем линейные регуляторы.
Существует также более сложная задача при эффективном использовании регуляторов переключения без ущерба для производительности или поведения остальной части цепи, возникающих в результате электронного шума, который может генерировать регулятор.
Стабилитроны
Одним из самых простых способов регулирования напряжения является стабилитрон. В то время как линейный регулятор является довольно базовым компонентом, требующим небольшого количества дополнительных компонентов для работы и очень небольшой сложностью конструкции, стабилитрон обеспечивает адекватное регулирование напряжения в некоторых случаях только одним компонентом.
Поскольку стабилитрон шунтирует все дополнительное напряжение, превышающее пороговое значение пробивного напряжения, на землю, его можно использовать в качестве очень простого регулятора напряжения с выходным напряжением, подаваемым на выводы стабилитрона.
Тем не менее, стабилитроны часто ограничены в своей способности управлять мощностью, что ограничивает возможности их использования в качестве регуляторов напряжения только для приложений с очень низким энергопотреблением. При использовании стабилитронов таким способом лучше всего ограничить доступную мощность, которая может протекать через стабилитрон, путем стратегического выбора резистора правильного размера.