Οι ρυθμιστές τάσης λαμβάνουν μια τάση εισόδου και δημιουργούν μια ρυθμιζόμενη τάση εξόδου ανεξάρτητα από την τάση εισόδου είτε σε σταθερό επίπεδο τάσης είτε σε ρυθμιζόμενο επίπεδο τάσης. Αυτή η αυτόματη ρύθμιση του επιπέδου τάσης εξόδου αντιμετωπίζεται με διάφορες τεχνικές ανάδρασης. Μερικές από αυτές τις τεχνικές είναι τόσο απλές όσο μια δίοδος Zener. Άλλα περιλαμβάνουν σύνθετες τοπολογίες ανάδρασης που βελτιώνουν την απόδοση, την αξιοπιστία και την αποδοτικότητα και προσθέτουν άλλες δυνατότητες, όπως η ενίσχυση της τάσης εξόδου πάνω από την τάση εισόδου στον ρυθμιστή τάσης.
Οι ρυθμιστές τάσης είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό σε πολλά κυκλώματα για να διασφαλιστεί ότι παρέχεται σταθερή, σταθερή τάση σε ευαίσθητα ηλεκτρονικά.
Πώς λειτουργούν οι γραμμικοί ρυθμιστές τάσης
Η διατήρηση μιας σταθερής τάσης με άγνωστη και δυνητικά θορυβώδη είσοδο απαιτεί ένα σήμα ανάδρασης για να διευκρινιστεί ποιες ρυθμίσεις πρέπει να γίνουν. Οι γραμμικοί ρυθμιστές χρησιμοποιούν ένα τρανζίστορ ισχύος ως μεταβλητή αντίσταση που συμπεριφέρεται σαν το πρώτο μισό ενός δικτύου διαιρέτη τάσης. Η έξοδος του διαιρέτη τάσης οδηγεί το τρανζίστορ ισχύος κατάλληλα ώστε να διατηρείται σταθερή τάση εξόδου.
Επειδή το τρανζίστορ συμπεριφέρεται σαν αντίσταση, σπαταλά ενέργεια μετατρέποντάς το σε θερμότητα-συχνά πολλή θερμότητα. Δεδομένου ότι η συνολική ισχύς που μετατρέπεται σε θερμότητα είναι ίση με την πτώση τάσης μεταξύ της τάσης εισόδου και της τάσης εξόδου επί το παρεχόμενο ρεύμα, η ισχύς που καταναλώνεται μπορεί συχνά να είναι πολύ υψηλή, απαιτώντας καλές ψύκτρες.
Μια εναλλακτική μορφή γραμμικού ρυθμιστή είναι ένας ρυθμιστής διακλάδωσης, όπως μια δίοδος Zener. Αντί να λειτουργεί ως αντίσταση μεταβλητής σειράς όπως κάνει ο τυπικός γραμμικός ρυθμιστής, ένας ρυθμιστής διακλάδωσης παρέχει μια διαδρομή προς τη γείωση για τη διέλευση υπερβολικής τάσης (και ρεύματος). Αυτός ο τύπος ρυθμιστή είναι συχνά λιγότερο αποδοτικός από έναν τυπικό γραμμικό ρυθμιστή σειράς. Είναι πρακτικό μόνο όταν απαιτείται και παρέχεται λίγη ισχύς.
Πώς λειτουργούν οι ρυθμιστές τάσης μεταγωγής
Ένας ρυθμιστής τάσης μεταγωγής λειτουργεί με διαφορετική αρχή από τους γραμμικούς ρυθμιστές τάσης. Αντί να λειτουργεί ως αγωγός τάσης ή ρεύματος για να παρέχει σταθερή έξοδο, ένας ρυθμιστής μεταγωγής αποθηκεύει ενέργεια σε ένα καθορισμένο επίπεδο και χρησιμοποιεί ανάδραση για να διασφαλίσει ότι το επίπεδο φόρτισης διατηρείται με ελάχιστη κυματισμό τάσης. Αυτή η τεχνική επιτρέπει στον ρυθμιστή μεταγωγής να είναι πιο αποδοτικός από τον γραμμικό ρυθμιστή ενεργοποιώντας πλήρως ένα τρανζίστορ (με ελάχιστη αντίσταση) μόνο όταν το κύκλωμα αποθήκευσης ενέργειας χρειάζεται μια έκρηξη ενέργειας. Αυτή η προσέγγιση μειώνει τη συνολική ισχύ που καταναλώνεται στο σύστημα στην αντίσταση του τρανζίστορ κατά τη διάρκεια της μεταγωγής καθώς μεταβαίνει από αγώγιμο (πολύ χαμηλή αντίσταση) σε μη αγώγιμο (πολύ υψηλή αντίσταση) και άλλες μικρές απώλειες κυκλώματος.
Όσο πιο γρήγορα αλλάζει ένας ρυθμιστής μεταγωγής, τόσο λιγότερη χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας χρειάζεται για να διατηρήσει την επιθυμητή τάση εξόδου, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρότερα εξαρτήματα. Ωστόσο, το κόστος της ταχύτερης μεταγωγής είναι απώλεια απόδοσης, καθώς περισσότερος χρόνος αφιερώνεται στη μετάβαση μεταξύ της αγώγιμης και της κατάστασης μη αγωγιμότητας. Περισσότερη ισχύς χάνεται από τη θέρμανση με αντίσταση.
Μια άλλη παρενέργεια της ταχύτερης εναλλαγής είναι η αύξηση του ηλεκτρονικού θορύβου που δημιουργείται από τον ρυθμιστή μεταγωγής. Χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές μεταγωγής, ένας ρυθμιστής μεταγωγής μπορεί:
- Μειώστε την τάση εισόδου (τοπολογία buck).
- Αυξήστε την τάση (τοπολογία ενίσχυσης).
- Κατεβάστε ή αυξήστε την τάση (buck-boost) όσο χρειάζεται για να διατηρήσετε την επιθυμητή τάση εξόδου.
Αυτή η ευελιξία κάνει τους ρυθμιστές μεταγωγής μια εξαιρετική επιλογή για πολλές εφαρμογές που τροφοδοτούνται από μπαταρίες, επειδή ο ρυθμιστής μεταγωγής μπορεί να αυξήσει ή να ενισχύσει την τάση εισόδου από την μπαταρία καθώς η μπαταρία αποφορτίζεται.
