Verskille tussen Lineêre Regulateurs Switchende Regulateurs en Reeksregulateurs

1. Lineêre Reguleerders vs. Skakelreguleerders

'n Lineêre reguleerder vereis 'n invoerspanning wat hoër is as die uitvoerspanning. Dit hanteer die verskil tussen invoer- en uitvoerspanning—bekend as die dropout-spanning—deur die impedansie van sy interne regulerende element (soos 'n transistor) te varieer.

Dink aan 'n lineêre reguleerder as 'n presiese “spanningsbeheer-kundige.” Wanneer dit met oormatige invoerspanning gekonfronteer word, handel dit beslissend deur die gedeelte wat die gewenste uitvoernivo oorskry, af te skyn, om seker te maak dat die uitvoerspanning konstant bly. Die oormaat in spannings wat “afgesny” word, word uiteindelik as hitte verpers. Dit hou 'n stabiele uitset op.

In terme van sirkuitkonfigurasie gebruik 'n tipiese reekslineêre reguleerder 'n foutversterker, 'n verwysingsspanningsbronne en 'n pass-transistor om 'n geslote-lus terugvoerstelsel te vorm wat die uitvoerspanning kontinu in real-time moniteer en korigeer.

Lineêre reguleerders sluit hoofsaaklik drie-polse reguleerders en LDO (Low Dropout) reguleerders in. Die eerste maak gebruik van 'n konvensionele argitektuur wat 'n relatief groot invoer-uitvoerspanningsverskil vereis (tipies ≥2 V), wat lei tot laer doeltreffendheid, en is geskik vir medium- tot hoë-vermogentoepassings. Inteendeel, LDO-reguleerders is geoptimeer vir minimale dropout-spanning (so laag as 0.1 V), wat hulle ideaal maak vir situasies waar die invoer- en uitvoerspannings naby mekaar is—soos in batterye-aangedrewe toestelle—hoewel varsame termiese ontwerp benodig word.

Figuur 1 illustreer die werkprinsipes van lineêre en skakelreguleerders.

Skakelreguleerders, aan die ander kant, beheer die geleiding en afsluitingstyd van kragskake (bv. MOSFETs) om die plichtsiklus van energieoorgang te verstel. Die invoerspanning word dan na 'n stabiele gemiddelde uitvoerspanning omgevorm deur energieopberging en -filtering deur spoels en kondensators.

Hul kernkenmerk is “chopper-styl” regulering: die invoerspanning word by hoë frekwensie gekap, en die energie wat na die uitset gelewer word, word beheer deur die skakelplichtsiklus te verstel. Hierdie benadering bereik beduidend hoër doeltreffendheid in vergelyking met lineêre reguleerders.

Gewone topologieë van skakelreguleerders sluit Buck (trapaf), Boost (trapop) en ander in, wat wye invoerspanningsbereke ondersteun en hulle goed geskik maak vir hoë-vermogentoepassings of omgewings met betekenisvolle invoerspanningsfluktuasies.

Figuur 2 gee 'n vergelyking tussen lineêre en skakelreguleerders. Jy kan die gepaste tipe kies gebaseer op jou spesifieke behoeftes: kies 'n lineêre reguleerder wanneer lae geraas en sirkuitsimplisiteit prioriteite is; kies 'n skakelreguleerder wanneer hoë doeltreffendheid en hoë kragtoediening benodig word.

2. Reeks-spanningsregelaars

'n Reeks-spanningsregelaar is geplaas tussen die kragbron en die belasting, en funksioneer soos 'n presiese “spanningsreguleringwaker”. Sy werkprinsipe behels die dinamiese aanpassing van die weerstand van 'n veranderlike weerstand as reaksie op veranderinge in invoerspanning of uitvoerstroom, daardie die uitvoerspanning by 'n stabiele, vooraf ingestelde waarde behou.

In moderne elektroniese tegnologie gebruik reeks-regulator-IC's aktiewe toestelle soos MOSFETs of bipolaire joinkransistors (BJTs) om tradisionele veranderlike weerstande elegant te vervang, wat die prestasie en betroubaarheid van die regelaar beduidend verbeter.

Die skakelingkonfigurasie van 'n reeks-spanningsregelaar is presies en goed gestruktureer, en bestaan hoofsaaklik uit die volgende vier kernkomponente:

● Uitvoerkranstransistor: Geplaas in reeks tussen die invoer- en uitvoeraansluitings van die regelaar, dit funksioneer soos 'n brug wat die bo-rivierkragbron en die onderste belasting verbind. Wanneer fluktuasies in die invoerspanning of uitvoerstroom voorkom, beheer die sein van die fouteversterker presies die hekgspanning (vir MOSFETs) of basisstroom (vir BJTs) van hierdie transistor.

● Referensiespanningsbron: As die stabiele maatstaf vir die fouteversterker, speel die referensiespanningsbron 'n kritieke rol. Die fouteversterker vertrou op hierdie vaste referensie om die hek of basis van die uitvoerkranstransistor akkuraat te reguleer, daardie 'n stabiele uitvoerspanning verseker.

● Terugvoerweerstande: Hierdie weerstande verdeel die uitvoerspanning om 'n terugvoerspanning te genereer. Die fouteversterker vergelyk hierdie terugvoerspanning met die referensiespanning om presiese uitvoerregulering te bewerkstellig. Die twee terugvoerweerstande is in reeks tussen die VOUT- en GND-aansluitings verbonden, en die spanning by hul middelpunt word na die fouteversterker gevoer.

● Fouteversterker: As die “intelligente brein” van die reeks-regelaar, vergelyk die fouteversterker sorgvuldig die terugvoerspanning (d.w.s. die spanning by die middelpunt van die terugvoerweerstandsdeling) met die referensiespanning. As die terugvoerspanning onder die referensiespanning val, verhoog die fouteversterker die dryfsterkte na die MOSFET, verminder sy drain-bronspanning en verhoog dus die uitvoerspanning. Omgekeerd, as die terugvoerspanning die referensiespanning oorskry, verminder die versterker die MOSFET se dryfsterkte, verhoog die drain-bronspanning en verlaag dus die uitvoerspanning.

In hierdie artikel het ons die werkingprinsipes, funksies en skakelingkonfigurasies van verskeie tipes spanningsregelaars verder ondersoek. In die volgende deel sal ons die dinamiese regulasie-meganisme van lineêre regelaars verduidelik en die verskille tussen drie-pole regelaars en LDO (Low Dropout) regelaars klaarstel.