Regulátory napätia odoberajú vstupné napätie a vytvárajú regulované výstupné napätie bez ohľadu na vstupné napätie na pevnej alebo nastaviteľnej úrovni napätia. Táto automatická regulácia úrovne výstupného napätia je riešená rôznymi technikami spätnej väzby. Niektoré z týchto techník sú také jednoduché ako Zenerova dióda. Iné zahŕňajú komplexné topológie spätnej väzby, ktoré zlepšujú výkon, spoľahlivosť a efektivitu a pridávajú ďalšie funkcie, ako je zvýšenie výstupného napätia nad vstupné napätie do regulátora napätia.
Regulátory napätia sú bežnou súčasťou mnohých obvodov, aby zabezpečili, že citlivej elektronike bude privádzané konštantné stabilné napätie.
Ako fungujú lineárne regulátory napätia
Udržiavanie pevného napätia s neznámym a potenciálne hlučným vstupom vyžaduje signál spätnej väzby, ktorý objasní, aké úpravy je potrebné vykonať. Lineárne regulátory používajú výkonový tranzistor ako premenný odpor, ktorý sa správa ako prvá polovica siete deliča napätia. Výstup deliča napätia poháňa výkonový tranzistor primerane, aby sa udržalo konštantné výstupné napätie.
Pretože sa tranzistor správa ako odpor, plytvá energiou tým, že ju premieňa na teplo – často veľa tepla. Keďže celkový výkon premenený na teplo sa rovná poklesu napätia medzi vstupným napätím a výstupným napätím vynásobeným dodávaným prúdom, rozptýlený výkon môže byť často veľmi vysoký, čo si vyžaduje dobré chladiče.
Alternatívnou formou lineárneho regulátora je bočníkový regulátor, ako je Zenerova dióda. Namiesto toho, aby fungoval ako premenlivý sériový odpor ako typický lineárny regulátor, bočníkový regulátor poskytuje cestu k zemi, cez ktorú môže pretekať nadmerné napätie (a prúd). Tento typ regulátora je často menej účinný ako typický sériový lineárny regulátor. Je to praktické iba vtedy, keď je potrebné a dodávané malé množstvo energie.
Ako fungujú regulátory spínacieho napätia
Spínaný regulátor napätia funguje na inom princípe ako lineárne regulátory napätia. Spínací regulátor namiesto toho, aby pôsobil ako znižovač napätia alebo prúdu na zabezpečenie konštantného výstupu, ukladá energiu na definovanej úrovni a využíva spätnú väzbu, aby sa zabezpečilo, že úroveň nabitia sa udrží s minimálnym zvlnením napätia. Táto technika umožňuje, aby bol spínací regulátor účinnejší ako lineárny regulátor tým, že sa tranzistor úplne zapne (s minimálnym odporom) iba vtedy, keď obvod na ukladanie energie potrebuje výbuch energie. Tento prístup znižuje celkový plytvaný výkon v systéme na odpor tranzistora počas spínania, keď prechádza z vodivého (veľmi nízky odpor) na nevodivý (veľmi vysoký odpor) a iné malé straty obvodu.
Čím rýchlejšie sa spínací regulátor spína, tým menšiu kapacitu akumulácie energie potrebuje na udržanie požadovaného výstupného napätia, čo znamená, že možno použiť menšie komponenty. Náklady na rýchlejšie prepínanie však predstavujú stratu účinnosti, pretože prechodom medzi vodivým a nevodivým stavom sa strávi viac času. Odporovým ohrevom sa stratí viac energie.
Ďalším vedľajším efektom rýchlejšieho spínania je zvýšenie elektronického šumu generovaného spínacím regulátorom. Použitím rôznych techník spínania môže spínací regulátor:
- Znížte vstupné napätie (topológia buck).
- Zvýšte napätie (topológia zosilnenia).
- Obe znížte alebo zvýšte napätie (buck-boost) podľa potreby na udržanie požadovaného výstupného napätia.
Táto flexibilita robí spínacie regulátory skvelou voľbou pre mnohé aplikácie napájané z batérie, pretože spínací regulátor môže zvýšiť alebo zvýšiť vstupné napätie z batérie, keď sa batéria vybije.
