Os reguladores de tensión son unha característica común en moitos circuítos para asegurar que unha tensión constante e estable sexa subministrada a electrónica sensible. Como funcionan é típico de moitos circuítos analóxicos, o uso xenuíno e elegante dos comentarios para axustar a saída ao nivel desexado.
Descrición xeral do regulador de tensión
Cando se precisa unha tensión constante e fiable, os reguladores de voltaxe son os compoñentes. Os reguladores de voltaxe levan unha tensión de entrada e crean unha tensión de saída regulada independentemente da tensión de entrada a un nivel de tensión fixa ou a un nivel de tensión ajustable (seleccionando os compoñentes externos dereita). Esta regulación automática do nivel de tensión de saída é manexada por varias técnicas de retroalimentación, algunhas tan simples como un diodo zener, mentres que outras inclúen topoloxías complexas de retroalimentación que poden mellorar o rendemento, a fiabilidade, a eficiencia e engadir outras funcións como aumentar a tensión de saída por encima da tensión de entrada o regulador de tensión.
Como funcionan os reguladores de tensión lineal
Manter unha tensión fixa cunha entrada descoñecida e potencialmente ruidosa (ou peor) require un sinal de retroalimentación para saber cales son os axustes necesarios. Os reguladores lineares utilizan un transistor de potencia (BJT ou MOSFET dependendo do compoñente utilizado) como unha resistencia variable que se comporta como a primeira metade dunha rede divisora de tensión. A saída do divisor de tensión úsase como retroalimentación para conducir o transistor de potencia axeitadamente para manter unha tensión de saída constante. Desafortunadamente, dado que o transistor compórtase como un resistor, gasta moita enerxía converténdoo en calor, moitas veces moito calor. Unha vez que a potencia total convertida á calor é igual á caída de tensión entre a tensión de entrada ea tensión de saída a cantidade de corrente subministrada, a potencia disipada pode ser moi alta e esixir disipadores de calor.
Unha forma alternativa de regulador lineal é un regulador de derivación, como un diodo Zener . En vez de actuar como unha resistencia variable da serie como fai o regulador lineal típico, un regulador de derivación proporciona un camiño ao chan para que o fluxo de tensión (e corrente) exceda. Desafortunadamente, este tipo de regulador adoita ser aínda menos eficiente que un regulador linear da serie típica e só é práctico cando se necesita e subministra moi pouca enerxía.
Como funcionan os reguladores de tensión de conmutación
Un regulador de tensión de conmutación funciona nun principal completamente distinto que os reguladores de tensión lineal. En vez de funcionar como un disipador de tensión ou corrente para proporcionar unha saída constante, un regulador de conmutación almacena enerxía nun nivel definido e usa feedback para asegurar que o nivel de carga se manteña cunha ondulación mínima de tensión. Esta técnica permite que o regulador de conmutación sexa moito máis eficiente que o regulador lineal ao transformar completamente o transistor (con mínima resistencia) só cando o circuíto de almacenamento de enerxía necesita unha explosión de enerxía. Isto reduce a potencia total desperdiciada no sistema á resistencia do transistor durante a conmutación mentres se transita desde a condución (moi baixa resistencia) á non conduta (resistencia moi alta) e outras pequenas perdas de circuíto.
Canto máis rápido cambie o regulador de conmutación, menor capacidade de almacenamento de enerxía necesita manter a tensión de saída desexada, o que significa que se poden usar compoñentes máis pequenos. Non obstante, o custo dunha cambio máis rápido é unha perda de eficiencia cando se gasta máis tempo entre os estados de condución e de non condución, o que significa que se perde máis enerxía debido ao calentamiento resistivo.
Outro efecto secundario da conmutación máis rápida é o aumento do ruído electrónico xerado polo regulador de conmutación. Ao empregar diferentes técnicas de conmutación, un regulador de conmutación pode diminuír a tensión de entrada (topoloxía do buck), aumentar a tensión (topoloxía impulsora), ou ambos baixar ou aumentar a tensión (buck-boost) segundo sexa necesario manter a tensión de saída desexada o que fai que os reguladores de conmutación sexan unha boa elección para moitas aplicacións con batería, xa que o regulador de conmutación pode aumentar ou aumentar a tensión de entrada da batería mentres se descargan as baterías. Isto permite que a electrónica continúe funcionando moito máis alá do punto en que a batería podería fornecer directamente a tensión correcta para que funcione o circuíto.