Els reguladors de tensió són una característica comuna en molts circuits per assegurar que es subministri una tensió constant i estable a l'electrònica sensible. Com funcionen és típic de molts circuits analògics, l'ús raonable i elegant dels comentaris per ajustar la sortida a un nivell desitjat.
Descripció general del regulador de tensió
Quan es necessita una tensió estable i fiable, els reguladors de voltatge són els components de desplaçament. Els reguladors de tensió prenen una tensió d' entrada i creen un voltatge de sortida regulat independentment de la tensió d'entrada a nivell de tensió fixa o nivell de voltatge ajustable (seleccionant els components externs dret). Aquesta regulació automàtica del nivell de tensió de sortida es maneja amb diverses tècniques de retroalimentació, algunes tan simples com un díode zener, mentre que altres inclouen topologies complexes de retroalimentació que poden millorar el rendiment, la fiabilitat, l'eficiència i afegir altres funcions com augmentar la tensió de sortida per sobre de la tensió d'entrada el regulador de tensió.
Com funcionen els reguladors lineals de voltatge
Mantenir un voltatge fix amb una entrada desconeguda i potencialment sorollosa (o pitjor) requereix un senyal de retroalimentació per saber quins ajustaments s'han de fer. Els reguladors lineals utilitzen un transistor de potència (BJT o MOSFET depenent del component que s'utilitza) com una resistència variable que es comporta com la primera meitat de la xarxa divisora de tensió. La sortida del divisor de tensió s'utilitza com a retroalimentació per conduir el transistor de potència adequadament per mantenir una tensió de sortida constant. Desafortunadament, atès que el transistor es comporta com una resistència, es gasta molta energia convertint-la en calor, sovint molta calor. Atès que la potència total convertida a la calor és igual a la caiguda de voltatge entre la tensió d'entrada i la tensió de sortida dels temps que subministra, la potència dissipada sovint pot ser molt alta i requereixen dissipadors de calor.
Una forma alternativa de regulador lineal és un regulador de derivació, com un díode Zener . En lloc d'actuar com una resistència de sèrie variable com ho fa el regulador lineal típic, un regulador de derivació proporciona un camí cap a terra per a l'excés de tensió (i corrent) per fluir. Malauradament, aquest tipus de regulador sovint és encara menys eficient que el típic regulador lineal de la sèrie i només és pràctic quan es necessita i subministra molt poca energia.
Com funcionen els reguladors de tensió de commutació
Un regulador de tensió de commutació funciona en un principal completament diferent que els reguladors de voltatge lineal. En comptes d'actuar com a trossejador de tensió o corrent per proporcionar una sortida constant, un regulador de commutació emmagatzema energia a un nivell definit i utilitza retroalimentació per assegurar que el nivell de càrrega es mantingui amb un voltatge de tensió mínim. Aquesta tècnica permet que el regulador de commutació sigui molt més eficient que el regulador lineal convertint totalment un transistor (amb una resistència mínima) només quan el circuit d'emmagatzematge d'energia necessita una explosió d'energia. Això redueix la potència total desaprofitat en el sistema a la resistència del transistor durant la commutació a mesura que passa de la conducció (molt baixa resistència) fins a la no conductora (resistència molt alta) i altres pèrdues de petits circuits.
Com més ràpid canviï el regulador de commutació, la menor capacitat d'emmagatzematge d'energia necessita per mantenir la tensió de sortida desitjada, la qual cosa significa que es poden utilitzar components més petits. Tanmateix, el cost de la commutació més ràpida és una pèrdua d'eficiència, ja que es gasta més temps en la transició entre els estats conductors i no conductors, el que significa que es perd més energia a causa de la calefacció resistiva.
Un altre efecte secundari de la commutació més ràpida és l'augment del soroll electrònic generat pel regulador de commutació. Mitjançant l'ús de diferents tècniques de commutació, un regulador de commutació pot reduir la tensió d'entrada (topologia de buck), augmentar la tensió (augmentar la topologia) o reduir o reduir la tensió (impulsió del buck), segons sigui necessari, mantenir la tensió de sortida desitjada que fan que els reguladors de commutació siguin una bona elecció per a moltes aplicacions amb bateries, ja que el regulador de commutació pot augmentar o augmentar la tensió d'entrada de la bateria a mesura que es descarta la bateria. Això permet que l'electrònica continuï funcionant molt més enllà del punt en què la bateria podria subministrar directament la tensió correcta perquè el circuit funcioni.