Spänningsregulatorer tar en ingångsspänning och skapar en reglerad utgångsspänning antingen på en fast eller justerbar nivå. Denna automatiska reglering av utspänningsnivån hanteras olika av olika typer av spänningsregulatorer.
Typer av spänningsregulatorer
De 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. Växelregulatorer är effektivare än linjära spänningsregulatorer, men är svårare att arbeta med och är dyrare. Zener-dioder är billiga och enkla att använda men är mindre effektiva än linjära regulatorer.
Linjära regulatorer
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-volts, 1-amp utgång med en ingångsspänning på upp till 36 volt (beroende på modell). Linjära regulatorer fungerar genom att justera motsvarande seriemotstånd (ESR) för regulatorn baserat på en återkopplingsspänning, vilket i huvudsak blir en spänningsdelarkrets. Detta gör att regulatorn matar ut en konstant spänning oavsett strömbelastningen som placeras på den, upp till dess nuvarande kapacitet. En av de stora nackdelarna med linjära spänningsregulatorer är det stora minsta spänningsfallet, vilket är 2,0 volt på standard LM7805 linjär spänningsregulator. Det betyder att för att få den stabila 5 volt utgången krävs minst en 7 volt ingång. Detta spänningsfall spelar en stor roll i den ström som avleds av den linjära regulatorn, som måste avleda minst 2 watt om den levererar en 1-amp-belastning (2-volts spänningsfallstider 1 amp). Effektförlusten blir värre då skillnaden mellan ingångs- och utspänningen vidgas. Till exempel, medan en 7-volts källa reglerad till 5 volt som levererar en ampere försvinner 2 watt genom den linjära regulatorn, en 10-volts källa reglerad till 5 volt som levererar samma ström försvinner 5 watt, vilket gör regulatorn bara 50% effektiv.
Växlande regulatorer
Linjära regulatorer är fantastiska lösningar för lågeffektiva, billiga applikationer där spänningsskillnaden mellan ingång och utgång är låg och inte mycket effekt krävs. Den största nackdelen med linjära regulatorer är att dessa är ineffektiva, det är där växelregulatorer spelar in. När hög effektivitet behövs eller om ett brett intervall av ingångsspänning förväntas blir en omkopplingsregulator det bästa alternativet. Växelspänningsregulatorer har effekteffektivitet på 85% eller bättre jämfört med linjära spänningsregulatoreffektiviteter som ofta är under 50%. Växlingsregulatorer kräver vanligtvis extra komponenter jämfört med linjära regulatorer. Komponenternas värden har mer effekt på den totala prestandan hos växlingsregulatorer än linjära regulatorer. Det finns också designutmaningar att använda omkopplingsregulatorer effektivt utan att kompromissa med kretsens prestanda till följd av det elektroniska bruset som regulatorn genererar.
Zener-dioder
Ett av de enklaste sätten att reglera spänningen är med en Zener-diod. Medan linjära regulatorer vanligtvis är grundläggande i design, ger en Zener-diod adekvat spänningsreglering i en enda komponent. Eftersom Zener-dioder shuntar all extra spänning över dess nedbrytningsspänningströskel till jord, kan den användas som en enkel spänningsregulator med utspänningen som dras över ledningarna till Zener-dioden. Men Zeners har 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 effekten som kan strömma genom Zener genom att strategiskt välja ett motstånd med rätt storlek.
