Regulátory napätia odoberajú vstupné napätie a vytvárajú regulované výstupné napätie na pevnej alebo nastaviteľnej úrovni. Túto automatickú reguláciu úrovne výstupného napätia rôzne typy regulátorov napätia ovládajú.
Typy regulátorov napätia
Najdostupnejším a často najjednoduchším typom regulátorov napätia na použitie sú lineárne regulátory napätia. Lineárne regulátory sú kompaktné a často sa používajú v nízkonapäťových systémoch s nízkym výkonom. Spínacie regulátory sú efektívnejšie ako lineárne regulátory napätia, ale je s nimi ťažšie pracovať a sú drahšie. Zenerove diódy sú lacné a ľahko sa používajú, ale sú menej účinné ako lineárne regulátory.
Lineárne regulátory
Jedným z najzákladnejších spôsobov, ako zabezpečiť stabilné napätie pre elektroniku, je použiť štandardný 3-kolíkový lineárny regulátor napätia, ako je LM7805, ktorý poskytuje 5-voltový, 1-ampérový výstup so vstupným napätím až do 36 voltov (v závislosti od modelu).
Lineárne regulátory fungujú tak, že upravujú ekvivalentný sériový odpor (ESR) regulátora na základe spätnoväzbového napätia, čím sa v podstate stávajú obvodom deliča napätia. To umožňuje regulátoru vydávať konštantné napätie bez ohľadu na aktuálne zaťaženie, ktoré je naň umiestnené, až do jeho aktuálnej kapacity.
Jednou z veľkých nevýhod lineárnych regulátorov napätia je veľký minimálny pokles napätia, ktorý je 2,0 voltov na štandardnom lineárnom regulátore napätia LM7805. To znamená, že na získanie stabilného 5 voltového výstupu je potrebný aspoň 7 voltový vstup. Tento pokles napätia hrá veľkú úlohu pri strate energie lineárnym regulátorom, ktorý musí rozptýliť aspoň 2 watty, ak dodáva 1-ampérovú záťaž (2-voltový pokles napätia krát 1 ampér).
Stratový výkon sa zhoršuje, keď sa zväčšuje rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím. Napríklad, zatiaľ čo 7-voltový zdroj regulovaný na 5 voltov s 1 ampérom rozptýli 2 watty prostredníctvom lineárneho regulátora, 10-voltový zdroj regulovaný na 5 voltov, ktorý dodáva rovnaký prúd, rozptýli 5 wattov, vďaka čomu je regulátor účinný len na 50 %.
Switching Regulators
Lineárne regulátory sú skvelé riešenia pre nízkoenergetické a nízkonákladové aplikácie, kde je rozdiel napätia medzi vstupom a výstupom nízky a nie je potrebný veľký výkon. Najväčšou nevýhodou lineárnych regulátorov je, že sú neefektívne, čo je miesto, kde prichádzajú do hry spínacie regulátory.
Keď je potrebná vysoká účinnosť alebo sa očakáva široký rozsah vstupného napätia, spínací regulátor sa stáva najlepšou voľbou. Regulátory spínaného napätia majú energetickú účinnosť 85 % alebo lepšiu v porovnaní s účinnosťou lineárnych regulátorov napätia, ktoré sú často nižšie ako 50 %.
Spínacie regulátory vo všeobecnosti vyžadujú ďalšie komponenty oproti lineárnym regulátorom. Hodnoty komponentov majú väčší vplyv na celkový výkon spínacích regulátorov ako lineárnych regulátorov. Pri efektívnom používaní spínacích regulátorov bez ohrozenia výkonu obvodu v dôsledku elektronického šumu, ktorý regulátor generuje, existujú aj konštrukčné výzvy.
Zenerove diódy
Jedným z najjednoduchších spôsobov regulácie napätia je Zenerova dióda. Zatiaľ čo lineárne regulátory majú zvyčajne základný dizajn, Zenerova dióda poskytuje dostatočnú reguláciu napätia v jednom komponente.
Keďže Zenerove diódy posúvajú všetko nadbytočné napätie nad prahom prierazného napätia na zem, možno ich použiť ako jednoduchý regulátor napätia s výstupným napätím ťahaným cez vodiče Zenerovej diódy.
Zenery však majú často obmedzenú schopnosť spracovať energiu, čo ich obmedzuje len na aplikácie s nízkou spotrebou. Pri použití Zenerových diód týmto spôsobom je najlepšie obmedziť dostupný výkon, ktorý môže pretekať Zenerovou diódou, strategickým výberom správne dimenzovaného odporu.
