Spændingsregulatorer tager en indgangsspænding og skaber en reguleret udgangsspænding uanset indgangsspændingen ved enten et fast spændingsniveau eller et justerbart spændingsniveau. Denne automatiske regulering af udgangsspændingsniveauet håndteres af forskellige feedback-teknikker. Nogle af disse teknikker er så simple som en Zener-diode. Andre omfatter komplekse feedback-topologier, der forbedrer ydeevne, pålidelighed og effektivitet og tilføjer andre funktioner som at booste udgangsspændingen over indgangsspændingen til spændingsregulatoren.
Spændingsregulatorer er en fælles funktion i mange kredsløb for at sikre, at en konstant, stabil spænding leveres til følsom elektronik.
Sådan fungerer lineære spændingsregulatorer
Vedligeholdelse af en fast spænding med en ukendt og potentielt støjende input kræver et feedbacksignal for at afklare, hvilke justeringer der skal foretages. Lineære regulatorer bruger en effekttransistor som en variabel modstand, der opfører sig som den første halvdel af et spændingsdelernetværk. Udgangen fra spændingsdeleren driver effekttransistoren passende for at opretholde en konstant udgangsspænding.
Fordi transistoren opfører sig som en modstand, spilder den energi ved at omdanne den til varme, ofte meget varme. Da den samlede effekt konverteret til varme er lig med spændingsfaldet mellem indgangsspændingen og udgangsspændingen gange den tilførte strøm, kan den afsatte effekt ofte være meget høj, hvilket kræver gode køleplader.
En alternativ form for en lineær regulator er en shuntregulator, såsom en Zener-diode. I stedet for at fungere som en variabel seriemodstand, som den typiske lineære regulator gør, giver en shuntregulator en vej til jord, så overskydende spænding (og strøm) kan strømme igennem. Denne type regulator er ofte mindre effektiv end en typisk lineær serieregulator. Det er kun praktisk, når der er brug for lidt strøm og forsynes.
Sådan fungerer skiftespændingsregulatorer
En skiftespændingsregulator fungerer efter et andet princip end lineære spændingsregulatorer. I stedet for at fungere som en spændings- eller strømsynk for at give et konstant output, lagrer en omskiftningsregulator energi på et defineret niveau og bruger feedback til at sikre, at ladeniveauet opretholdes med minimal spændingsrippel. Denne teknik gør det muligt for omskiftningsregulatoren at være mere effektiv end den lineære regulator ved kun at tænde en transistor helt (med minimal modstand), når energilagringskredsløbet har brug for et energiudbrud. Denne tilgang reducerer den totale effekt, der spildes i systemet til transistorens modstand under omskiftningen, da den går fra ledende (meget lav modstand) til ikke-ledende (meget høj modstand) og andre små kredsløbstab.
Jo hurtigere en omskifterregulator skifter, jo mindre energilagringskapacitet har den brug for for at opretholde den ønskede udgangsspænding, hvilket betyder, at mindre komponenter kan bruges. Omkostningerne ved hurtigere skift er imidlertid et effektivitetstab, da der bruges mere tid på at skifte mellem den ledende og ikke-ledende tilstand. Mere strøm går tabt fra resistiv opvarmning.
En anden bivirkning af hurtigere skift er stigningen i elektronisk støj, der genereres af koblingsregulatoren. Ved at bruge forskellige koblingsteknikker kan en koblingsregulator:
- Skru ned for indgangsspændingen (buck-topologi).
- Øg spændingen (forøg topologi).
- Både trapper ned eller øger spændingen (buck-boost) efter behov for at opretholde den ønskede udgangsspænding.
Denne fleksibilitet gør switching-regulatorer til et godt valg til mange batteridrevne applikationer, fordi switching-regulatoren kan øge eller booste inputspændingen fra batteriet, når batteriet aflades.
