Pingeregulaatorid võtavad sisendpinge ja loovad reguleeritud väljundpinge sõltumata sisendpingest kas fikseeritud pingetasemel või reguleeritaval pingetasemel. Seda väljundpinge taseme automaatset reguleerimist käsitletakse erinevate tagasisidetehnikate abil. Mõned neist tehnikatest on sama lihtsad kui Zeneri diood. Teised hõlmavad keerulisi tagasiside topoloogiaid, mis parandavad jõudlust, töökindlust ja tõhusust ning lisavad muid funktsioone, nagu väljundpinge tõstmine pingeregulaatori sisendpingest kõrgemale.
Pingeregulaatorid on paljudes vooluahelates levinud funktsioon, mis tagab pideva ja stabiilse pinge tundlikule elektroonikale.
Kuidas lineaarsed pingeregulaatorid töötavad
Fikseeritud pinge säilitamiseks tundmatu ja potentsiaalselt mürarikka sisendiga on vaja tagasisidesignaali, et selgitada, milliseid kohandusi on vaja teha. Lineaarsed regulaatorid kasutavad muutuva takistina võimsustransistorit, mis käitub nagu pingejaoturi võrgu esimene pool. Pingejaguri väljund juhib võimsustransistori asjakohaselt, et säilitada konstantne väljundpinge.
Kuna transistor käitub nagu takisti, raiskab see energiat, muutes selle soojuseks – sageli palju soojust. Kuna soojuseks muundatud koguvõimsus võrdub sisendpinge ja väljundpinge vahelise pingelangusega, mis korrutatakse tarnitud vooluga, võib hajutatud võimsus sageli olla väga suur, nõudes head jahutusradiaatorid.
Lineaarse regulaatori alternatiivne vorm on šundiregulaator, näiteks Zeneri diood. Selle asemel, et toimida muutuva järjestikuse takistusena, nagu seda teeb tüüpiline lineaarne regulaator, loob šundiregulaator tee maapinnale liigse pinge (ja voolu) läbimiseks. Seda tüüpi regulaatorid on sageli vähem tõhusad kui tavaline seeria lineaarne regulaator. See on praktiline ainult siis, kui on vaja ja tarnitakse vähe voolu.
Kuidas lülituspingeregulaatorid töötavad
Lülituspinge regulaator töötab lineaarsetest pingeregulaatoritest erineval põhimõttel. Selle asemel, et toimida pinge- või vooluandurina, et tagada konstantne väljund, salvestab lülitusregulaator energiat kindlaksmääratud tasemel ja kasutab tagasisidet, et tagada laengutaseme säilitamine minimaalse pinge pulsatsiooniga. See meetod võimaldab lülitusregulaatoril olla tõhusam kui lineaarregulaatoril, lülitades transistori täielikult sisse (minimaalse takistusega) ainult siis, kui energiasalvesti vajab energiapuhangut. Selline lähenemine vähendab süsteemis raisatud koguvõimsust transistori takistuseni ümberlülitamise ajal, kui see läheb juhtiv alt (väga madal takistus) mittejuhtiv alt (väga suur takistus) ja muude väikeste vooluringide kadudesse.
Mida kiiremini lülitusregulaator lülitub, seda väiksemat energiasalvestusmahtu see soovitud väljundpinge säilitamiseks vajab, mis tähendab, et saab kasutada väiksemaid komponente. Kiirema ümberlülitamise hind on aga efektiivsuse vähenemine, kuna juhtiva ja mittejuhtiva oleku vahel üleminekuks kulub rohkem aega. Takistuslikul kuumutamisel läheb rohkem võimsust kaotsi.
Teine kiirema ümberlülitamise kõrvalmõju on lülitusregulaatori tekitatava elektroonilise müra suurenemine. Erinevaid lülitustehnikaid kasutades saab lülitusregulaator:
- Alandage sisendpinget (buck topology).
- Tõstke pinget (võimendustopoloogia).
- Vajadusel vähendage või suurendage pinget (buck-boost), et säilitada soovitud väljundpinget.
See paindlikkus muudab lülitusregulaatorid suurepäraseks valikuks paljude akutoitega rakenduste jaoks, kuna lülitusregulaator võib aku tühjenemisel aku sisendpinget tõsta või tõsta.
