Spændingsregulatorer tager en indgangsspænding og skaber en reguleret udgangsspænding på enten et fast eller justerbart niveau. Denne automatiske regulering af udgangsspændingsniveauet håndteres forskelligt af forskellige typer spændingsregulatorer.
Typer af spændingsregulatorer
Den mest overkommelige og ofte den nemmeste type spændingsregulatorer at bruge er lineære spændingsregulatorer. Lineære regulatorer er kompakte og bruges ofte i lavspændings- og laveffektsystemer. Skiftende regulatorer er mere effektive end lineære spændingsregulatorer, men er sværere at arbejde med og er dyrere. Zener-dioder er billige og enkle at bruge, men er mindre effektive end lineære regulatorer.
Lineære regulatorer
En af de mest grundlæggende måder at give en stabil spænding til elektronik på er at bruge en standard 3-benet lineær spændingsregulator, såsom LM7805, som giver en 5-volt, 1-amp udgang med en indgangsspænding ved op til 36 volt (afhængigt af model).
Lineære regulatorer fungerer ved at justere regulatorens ækvivalente seriemodstand (ESR) baseret på en feedbackspænding, der i det væsentlige bliver et spændingsdelerkredsløb. Dette lader regulatoren udsende en konstant spænding uanset den aktuelle belastning på den, op til dens aktuelle kapacitet.
En af de store ulemper ved lineære spændingsregulatorer er det store minimale spændingsfald, som er 2,0 volt på standard LM7805 lineær spændingsregulator. Det betyder, at for at få det stabile 5 volt output, kræves der mindst en 7 volt indgang. Dette spændingsfald spiller en stor rolle i den effekt, der afgives af den lineære regulator, som skal afgive mindst 2 watt, hvis den leverer en 1-amp belastning (2-volt spændingsfald gange 1 amp).
Strømtabet bliver værre, efterhånden som forskellen mellem input- og outputspændingen bliver større. For eksempel, mens en 7-volts kilde reguleret til 5 volt, der leverer 1 ampere, spreder 2 watt gennem den lineære regulator, spreder en 10-volts kilde, der er reguleret til 5 volt, der leverer den samme strøm, 5 watt, hvilket gør regulatoren kun 50 % effektiv.
Skiftende regulatorer
Lineære regulatorer er fantastiske løsninger til lav-effekt, lave omkostninger applikationer, hvor spændingsforskellen mellem input og output er lav, og der ikke kræves meget strøm. Den største ulempe ved lineære regulatorer er, at disse er ineffektive, og det er her, at skifte regulatorer kommer i spil.
Når der er behov for høj effektivitet, eller der forventes en bred vifte af indgangsspænding, bliver en switching-regulator den bedste mulighed. Skiftende spændingsregulatorer har effekteffektiviteter på 85 % eller bedre sammenlignet med lineære spændingsregulatorer, der ofte er under 50 %.
Switchende regulatorer kræver generelt ekstra komponenter i forhold til lineære regulatorer. Værdierne af komponenterne har mere indflydelse på den samlede ydeevne af skiftende regulatorer end lineære regulatorer. Der er også designmæssige udfordringer ved at bruge omskiftningsregulatorer effektivt uden at kompromittere kredsløbets ydeevne som følge af den elektroniske støj, som regulatoren genererer.
Zener-dioder
En af de enkleste måder at regulere spændingen på er med en Zener-diode. Mens lineære regulatorer norm alt er grundlæggende i design, giver en Zener-diode tilstrækkelig spændingsregulering i en enkelt komponent.
Da Zener-dioder shunter al ekstra spænding over dens gennembrudsspændingstærskel til jord, kan den bruges som en simpel spændingsregulator med udgangsspændingen trukket over Zener-diodens ledninger.
Zenere har dog ofte begrænset evne til at håndtere strøm, hvilket begrænser disse til kun applikationer med lavt strømforbrug. Når du bruger Zener-dioder på denne måde, er det bedst at begrænse den tilgængelige strøm, der kan strømme gennem Zener-enheden ved strategisk at vælge en modstand i den rigtige størrelse.
