Sprieguma regulatori uzņem ieejas spriegumu un rada regulētu izejas spriegumu neatkarīgi no ieejas sprieguma fiksētā vai regulējamā sprieguma līmenī. Šī izejas sprieguma līmeņa automātiskā regulēšana tiek veikta, izmantojot dažādas atgriezeniskās saites metodes. Dažas no šīm metodēm ir tikpat vienkāršas kā Zenera diode. Citas ietver sarežģītas atgriezeniskās saites topoloģijas, kas uzlabo veiktspēju, uzticamību un efektivitāti, kā arī pievieno citas funkcijas, piemēram, izejas sprieguma paaugstināšanu virs sprieguma regulatora ieejas sprieguma.
Sprieguma regulatori ir kopīga iezīme daudzās shēmās, lai nodrošinātu, ka jutīgai elektronikai tiek piegādāts pastāvīgs, stabils spriegums.
Kā darbojas lineārie sprieguma regulatori
Lai uzturētu fiksētu spriegumu ar nezināmu un potenciāli trokšņainu ievadi, ir nepieciešams atgriezeniskās saites signāls, lai noskaidrotu, kādi pielāgojumi ir jāveic. Lineārie regulatori izmanto jaudas tranzistoru kā mainīgu rezistoru, kas darbojas kā sprieguma dalītāja tīkla pirmā puse. Sprieguma dalītāja izeja atbilstoši darbina jaudas tranzistoru, lai uzturētu nemainīgu izejas spriegumu.
Tā kā tranzistors darbojas kā rezistors, tas tērē enerģiju, pārvēršot to siltumā, kas bieži vien ir daudz siltuma. Tā kā kopējā siltumā pārvērstā jauda ir vienāda ar sprieguma kritumu starp ieejas spriegumu un izejas spriegumu, kas reizināts ar piegādāto strāvu, izkliedētā jauda bieži var būt ļoti liela, tādēļ ir nepieciešami labi radiatori.
Alternatīva lineārā regulatora forma ir šunta regulators, piemēram, Zenera diode. Tā vietā, lai darbotos kā mainīgas sērijas pretestība, kā to dara tipiskais lineārais regulators, šunta regulators nodrošina ceļu uz zemi, lai caur to varētu plūst pārmērīgs spriegums (un strāva). Šāda veida regulators bieži ir mazāk efektīvs nekā tipisks sērijas lineārais regulators. Tas ir praktiski tikai tad, ja ir nepieciešama maza jauda.
Kā darbojas pārslēgšanas sprieguma regulatori
Ieslēgšanas sprieguma regulators darbojas pēc cita principa nekā lineārie sprieguma regulatori. Tā vietā, lai darbotos kā sprieguma vai strāvas izlietne, lai nodrošinātu pastāvīgu izvadi, komutācijas regulators uzglabā enerģiju noteiktā līmenī un izmanto atgriezenisko saiti, lai nodrošinātu, ka uzlādes līmenis tiek uzturēts ar minimālu sprieguma pulsāciju. Šis paņēmiens ļauj komutācijas regulatoram būt efektīvākam nekā lineārajam regulatoram, pilnībā ieslēdzot tranzistoru (ar minimālu pretestību) tikai tad, ja enerģijas uzglabāšanas ķēdei ir nepieciešams enerģijas pārrāvums. Šī pieeja samazina kopējo sistēmā iztērēto jaudu līdz tranzistora pretestībai pārslēgšanās laikā, pārejot no vadošas (ļoti zemas pretestības) uz nevadošu (ļoti liela pretestība) un citiem maziem ķēdes zudumiem.
Jo ātrāk pārslēdzas komutācijas regulators, jo mazāka enerģijas uzglabāšanas jauda tam nepieciešama, lai uzturētu vēlamo izejas spriegumu, kas nozīmē, ka var izmantot mazākus komponentus. Tomēr ātrākas pārslēgšanas izmaksas ir efektivitātes zudums, jo vairāk laika tiek pavadīts, pārejot starp vadošu un nevadošu stāvokli. No pretestības sildīšanas tiek zaudēta vairāk jaudas.
Vēl viena ātrākas pārslēgšanas blakusparādība ir pārslēgšanas regulatora radītā elektroniskā trokšņa palielināšanās. Izmantojot dažādas pārslēgšanas metodes, pārslēgšanas regulators var:
- Pazeminiet ieejas spriegumu (buck topoloģija).
- Palieliniet spriegumu (pastiprināšanas topoloģija).
- Gan samaziniet vai paaugstiniet spriegumu (buck-boost), ja nepieciešams, lai uzturētu vēlamo izejas spriegumu.
Šī elastība padara pārslēgšanas regulatorus par lielisku izvēli daudzām ar akumulatoru darbināmām lietojumprogrammām, jo pārslēgšanas regulators var palielināt vai palielināt akumulatora ieejas spriegumu, kad akumulators izlādējas.
