Explicació de tres tipus diferents de reguladors de tensió
Quan es necessita una tensió estable i fiable, els reguladors de voltatge són el component de sortida. Prenen una tensió d'entrada i creen una tensió de sortida regulada independentment de la tensió d'entrada a nivell de voltatge fix o nivell de tensió 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.
Tipus de reguladors de tensió
Hi ha diversos tipus de reguladors de tensió que van des de molt assequibles fins a molt eficients. El tipus de regulador de tensió més assequible i sovint més fàcil d'utilitzar són els reguladors de tensió lineals.
Els reguladors lineals vénen en un parell de tipus, són molt compactes, i s'utilitzen sovint en sistemes de baixa tensió i baixa potència.
Els reguladors de commutació són molt més eficients que els reguladors de voltatge lineal, però són més difícils de treballar i més cars.
Reguladors Lineals
Una de les maneres més bàsiques de regular el voltatge i proporcionar una tensió estable per a l'electrònica és utilitzar un regulador de tensió lineal estàndard de 3 pins, com el LM7805, que proporciona una sortida de 5 volts d'1 amp amb una tensió d'entrada de fins a 36 volts ( segons el model).
Els reguladors lineals funcionen ajustant la resistència efectiva de la sèrie del regulador basada en una tensió de retroalimentació, essencialment convertint-se en un circuit divisor de tensió. Això permet que el regulador produeixi una tensió constant eficaç, independentment de la càrrega actual que es trobi sobre ella, fins a la seva capacitat actual.
Una de les grans desavantatges dels reguladors de voltatge lineal és la gran caiguda de voltatge mínim a través del regulador de tensió, que és de 2,0 volts en el regulador de tensió lineal LM7805 estàndard. Això vol dir que per obtenir la sortida estable de 5 volts, cal una entrada de 7 volts com a mínim. Aquesta caiguda de voltatge juga un paper important en la potència dissipada pel regulador lineal, que hauria de dissipar almenys 2 watts si estava lliurant una càrrega d'1 amp (2 volts de caiguda de voltatge 1 amp).
La dissipació de potència empitjora, com més gran sigui la diferència entre la tensió d'entrada i de sortida. Així, per exemple, mentre una font de 7 volts regulada a 5 volts de lliurament d'1 amp dissiparia 2 watts a través del regulador lineal, una font de 10 volts regulada a 5 volts que subministrava el mateix corrent dissiparia 5 watts, fent que el regulador només fos un 50% eficient .
Reguladors de commutació
Els reguladors lineals són solucions excel·lents per a aplicacions de baix consum i de baix cost on la diferència de tensió entre l'entrada i la sortida és baixa i no es necessita molta energia. El costat més baix cap als reguladors lineals és que són molt ineficients, on és on entren reguladors de commutació.
Quan es necessita una alta eficiència o s'espera un ampli rang de voltatge d'entrada, incloses les tensions d'entrada per sota de la tensió de sortida desitjada, un regulador de commutació es converteix en la millor opció. Els reguladors de tensió de commutació tenen una eficiència energètica del 85% o superior en comparació amb les eficiències del regulador de voltatge lineal que sovint són inferiors al 50%.
Normalment, els reguladors de commutació requereixen components addicionals sobre els reguladors lineals i els valors dels components tenen un impacte molt superior al rendiment global dels reguladors de commutació que els reguladors lineals.
També hi ha més desafiaments de disseny en l'ús de reguladors de commutació de forma efectiva sense comprometre el rendiment o el comportament de la resta del circuit a causa del soroll electrònic que el regulador pot generar.
Diodos Zener
Una de les maneres més senzilles de regular la tensió és amb un díode Zener. Si bé un regulador lineal és un component bastant bàsic amb pocs components addicionals necessaris per treballar i una complexitat de disseny molt reduïda, un díode Zener pot proporcionar una regulació de voltatge adequada en alguns casos amb només un component.
Atès que un díode Zener evita tota tensió addicional per sobre del llindar de tensió del trencament a terra, es pot utilitzar com a regulador de voltatge molt senzill amb la tensió de sortida que es tira a través dels cables del díode Zener.
Desafortunadament, els Zeners sovint són molt limitats en la seva capacitat de manejar el poder, que limita on es poden utilitzar com a reguladors de voltatge només a aplicacions de molt baixa potència. Quan utilitzeu díodes Zener d'aquesta manera, és millor limitar la potència disponible que pot fluir a través del Zener seleccionant estratègicament una resistència de mida adequada.