Регуляторы напряжения берут входное напряжение и создают регулируемое выходное напряжение на фиксированном или регулируемом уровне. Эта автоматическая регулировка уровня выходного напряжения осуществляется различными типами регуляторов напряжения по-разному.
Типы регуляторов напряжения
Самым доступным и часто самым простым типом регуляторов напряжения являются линейные регуляторы напряжения. Линейные регуляторы компактны и часто используются в низковольтных маломощных системах. Импульсные стабилизаторы более эффективны, чем линейные стабилизаторы напряжения, но с ними сложнее работать и они дороже. Стабилитроны недороги и просты в использовании, но менее эффективны, чем линейные стабилизаторы.
Линейные регуляторы
Одним из основных способов обеспечения стабильного напряжения для электроники является использование стандартного 3-контактного линейного стабилизатора напряжения, такого как LM7805, который обеспечивает выходное напряжение 5 вольт, 1 ампер при входном напряжении. до 36 вольт (в зависимости от модели).
Линейные регуляторы работают, регулируя эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) регулятора на основе напряжения обратной связи, по существу становясь схемой делителя напряжения. Это позволяет регулятору выдавать постоянное напряжение независимо от приложенной к нему токовой нагрузки, вплоть до его допустимого тока.
Одним из больших недостатков линейных регуляторов напряжения является большое минимальное падение напряжения, которое составляет 2,0 вольта на стандартном линейном регуляторе напряжения LM7805. Это означает, что для получения стабильных 5 вольт на выходе требуется как минимум 7 вольт на входе. Это падение напряжения играет большую роль в мощности, рассеиваемой линейным стабилизатором, который должен рассеивать не менее 2 Вт, если он обеспечивает нагрузку в 1 ампер (падение напряжения на 2 вольта, умноженное на 1 ампер).
Рассеивание мощности ухудшается по мере увеличения разницы между входным и выходным напряжением. Например, в то время как 7-вольтовый источник, регулируемый до 5 вольт, выдающий 1 ампер, рассеивает 2 Вт через линейный регулятор, 10-вольтовый источник, регулируемый до 5 вольт, выдающий тот же ток, рассеивает 5 ватт, что делает регулятор эффективным только на 50%.
Импульсные регуляторы
Линейные стабилизаторы являются отличным решением для маломощных и недорогих приложений, где разница напряжений между входом и выходом невелика и не требуется много энергии. Самый большой недостаток линейных стабилизаторов заключается в том, что они неэффективны, и именно здесь в игру вступают импульсные стабилизаторы.
Когда требуется высокая эффективность или ожидается широкий диапазон входного напряжения, оптимальным вариантом становится импульсный стабилизатор. Импульсные стабилизаторы напряжения имеют КПД 85% или лучше по сравнению с КПД линейных стабилизаторов напряжения, который часто ниже 50%.
Импульсные регуляторы обычно требуют дополнительных компонентов по сравнению с линейными регуляторами. Значения компонентов больше влияют на общую производительность импульсных стабилизаторов, чем линейных стабилизаторов. Существуют также конструктивные проблемы, связанные с эффективным использованием импульсных стабилизаторов без ущерба для производительности схемы из-за электронного шума, который генерирует стабилизатор.
Зинеровские диоды
Один из самых простых способов регулирования напряжения - с помощью стабилитрона. В то время как линейные стабилизаторы обычно имеют простую конструкцию, стабилитрон обеспечивает адекватную стабилизацию напряжения в одном компоненте.
Поскольку стабилитроны шунтируют все лишнее напряжение выше порога напряжения пробоя на землю, их можно использовать в качестве простого регулятора напряжения с выходным напряжением на выводах стабилитрона.
Однако стабилитроны часто имеют ограниченную способность обрабатывать мощность, что ограничивает их только приложениями с низким энергопотреблением. При использовании стабилитронов таким образом лучше всего ограничить доступную мощность, которая может проходить через стабилитрон, путем стратегического выбора резистора подходящего размера.
