Spänningsregulatorer tar en inspänning och skapar en reglerad utspänning på antingen en fast eller justerbar nivå. Denna automatiska reglering av utspänningsnivån hanteras olika av olika typer av spänningsregulatorer.
Typer av spänningsregulatorer
Den mest prisvärda och ofta den enklaste typen av spänningsregulatorer att använda är linjära spänningsregulatorer. Linjära regulatorer är kompakta och används ofta i lågspänningssystem med låg effekt. Omkopplingsregulatorer är mer effektiva än linjära spänningsregulatorer, men är svårare att arbeta med och är dyrare. Zenerdioder är billiga och enkla att använda men är mindre effektiva än linjära regulatorer.
Linjärregulatorer
Ett av de mest grundläggande sätten att tillhandahålla en stabil spänning för elektronik är att använda en standard 3-stifts linjär spänningsregulator, såsom LM7805, som ger en 5-volt, 1-amp utgång med en inspänning på upp till 36 volt (beroende på modell).
Linjära regulatorer fungerar genom att justera regulatorns ekvivalenta serieresistans (ESR) baserat på en återkopplingsspänning, som i huvudsak blir en spänningsdelarkrets. Detta låter regulatorn mata ut en konstant spänning oberoende av den aktuella belastningen på den, upp till dess nuvarande kapacitet.
En av de stora nackdelarna med linjära spänningsregulatorer är det stora lägsta spänningsfallet, som är 2,0 volt på standard LM7805 linjär spänningsregulator. Det betyder att för att få den stabila 5 volts uteffekten krävs minst en 7-volts ingång. Detta spänningsfall spelar en stor roll för den effekt som avges av den linjära regulatorn, som måste avleda minst 2 watt om den levererar en belastning på 1 ampere (2 volt spänningsfall gånger 1 amp).
Strömförlusten blir värre när skillnaden mellan in- och utspänningen ökar. Till exempel, medan en 7-voltskälla reglerad till 5 volt som levererar 1 ampere avleder 2 watt genom den linjära regulatorn, avleder en 10-voltskälla reglerad till 5 volt som levererar samma ström 5 watt, vilket gör regulatorn endast 50 % effektiv.
Switching Regulators
Linjära regulatorer är fantastiska lösningar för applikationer med låg effekt och låg kostnad där spänningsskillnaden mellan ingång och utgång är låg och inte mycket ström krävs. Den största nackdelen med linjära regulatorer är att dessa är ineffektiva, vilket är där byte av regulatorer kommer in i bilden.
När hög verkningsgrad behövs, eller ett brett utbud av inspänningar förväntas, blir en omkopplingsregulator det bästa alternativet. Växlingsspänningsregulatorer har effekteffektiviteter på 85 % eller bättre jämfört med linjära spänningsregulatorer som ofta är under 50 %.
Växlande regulatorer kräver i allmänhet extra komponenter över linjära regulatorer. Komponenternas värden har mer effekt på den övergripande prestandan hos växlande regulatorer än linjära regulatorer. Det finns också designutmaningar med att använda switchande regulatorer effektivt utan att kompromissa med kretsens prestanda som ett resultat av det elektroniska bruset som regulatorn genererar.
Zener-dioder
Ett av de enklaste sätten att reglera spänningen är med en zenerdiod. Medan linjära regulatorer vanligtvis är grundläggande i design, ger en zenerdiod adekvat spänningsreglering i en enda komponent.
Eftersom Zenerdioder shuntar all extra spänning över dess tröskelvärde för genombrottsspänning till jord, kan den användas som en enkel spänningsregulator med utspänningen dragen över Zenerdiodens ledningar.
Zeners har dock ofta begränsad förmåga att hantera ström, vilket begränsar dessa till applikationer med låg effekt. När du använder Zener-dioder på detta sätt är det bäst att begränsa den tillgängliga effekt som kan flöda genom Zenern genom att strategiskt välja ett motstånd av rätt storlek.
