Diferències entre reguladors lineals reguladors de commutació i reguladors en sèrie
1. Reguladors lineals vs. Reguladors commutats
Un regulador lineal requereix una tensió d'entrada més elevada que la seva tensió de sortida. Gestiona la diferència entre les tensions d'entrada i de sortida —coneguda com a tensió de caiguda— variant l'impedància de l'element intern de regulació (com ara un transistor).
Imagineu un regulador lineal com un "expert en control de tensió precís". Quan es troba amb una tensió d'entrada excessiva, actua de manera decidida "tallant" la part que supera el nivell de sortida desitjat, assegurant que la tensió de sortida roman constant. La tensió excedent que es "retalla" finalment es dissipa en forma de calor, mantenint una sortida estable.
En termes de configuració del circuit, un regulador lineal en sèrie típic utilitza un amplificador d'error, una font de tensió de referència i un transistor de pas per formar un sistema de retroalimentació en llaç tancat que monitoritza i corregeix contínuament la tensió de sortida en temps real.
Els reguladors lineals inclouen principalment reguladors de tres terminals i reguladors LDO (Low Dropout). El primer utilitza una arquitectura convencional que requereix una diferència de tensió entrada-sortida relativament gran (típicament ≥2 V), resultant en una eficiència més baixa, i és adequat per a aplicacions de potència mitjana o alta. En canvi, els reguladors LDO estan optimitzats per tenir una tensió de caiguda mínima (tan baixa com 0,1 V), cosa que els fa ideals per a escenaris on les tensions d'entrada i sortida són properes —com en dispositius alimentats per bateries— encara que es requereixi un disseny tèrmic cuidatós.
La figura 1 il·lustra els principis de funcionament dels reguladors lineals i commutats.
D'altra banda, els reguladors commutats controlen el moment de conducció i tall dels interruptors de potència (per exemple, MOSFETs) per ajustar el cicle de treball de la transferència d'energia. A continuació, la tensió d'entrada es converteix en una tensió de sortida mitjana estable mitjançant emmagatzematge d'energia i filtrat per inductors i condensadors.
La seva característica fonamental és la regulació "del tipus xarcuteria": la tensió d'entrada es talla a alta freqüència, i l'energia subministrada a la sortida es controla ajustant el cicle de treball de l'interruptor. Aquest enfocament aconsegueix una eficiència significativament més elevada en comparació amb els reguladors lineals.
Les topologies habituals dels reguladors commutats inclouen Buck (reducció), Boost (increment) i altres, compatibles amb amplis rangs de tensió d'entrada i adequades per a aplicacions d'alta potència o entorns amb fluctuacions importants de la tensió d'entrada.
La figura 2 proporciona una comparació entre reguladors lineals i commutats. Podeu seleccionar el tipus adequat segons les vostres necessitats específiques: trieu un regulador lineal quan la prioritat sigui un soroll baix i una simplicitat del circuit; opteu per un regulador commutat quan es requereixi alta eficiència i subministrament d'alta potència.
| Característiques | Regulador Lineal | Regulador de Conmutació |
| Eficiència | Baixa (alta pèrdua quan la diferència de tensió és gran) | Alta (80%-95%) |
| Requisit de Dissipació de Calor | Es requereix un disipador de calor (la calor es dissipa directament) | Baixa (la calor es genera indirectament per les pèrdues de commutació) |
| Soroll | Sortida neta, sense ondulació d'alta freqüència | Existeix soroll de commutació, cal optimitzar el filtre |
| Escenaris d'Aplicació | Alimentació de baixa potència i alta precisió (p. ex., sensors) | Alimentació de alta potència i ampli rang de tensió d'entrada (p. ex., mòduls d'alimentació) |
2.Reguladors de tensió en sèrie
Un regulador de tensió en sèrie es situa entre la font d'energia i la càrrega, actuant com un precís "guardià de regulació de tensió". El seu principi de funcionament implica ajustar dinàmicament la resistència d'un resistor variable en resposta a canvis en la tensió d'entrada o la corrent de sortida, així mantenint la tensió de sortida a un valor estable i preestablert.
En la tecnologia electrònica moderna, els CI (Circuits Integrats) reguladors en sèrie utilitzen dispositius actius—com els MOSFETs o els transistors de junta bipolar (BJTs)—per substituir elegantment els resistors variables tradicionals, millorant significativament el rendiment i la fiabilitat del regulador.
La configuració del circuit d'un regulador de tensió en sèrie és precisa i ben estructurada, constituïda principalment pels següents quatre components bàsics:
● Transistor de sortida: Connectat en sèrie entre els pins d'entrada i sortida del regulador, actua com un pont que lliga la font d'energia amont i la càrrega aval. Quan hi ha fluctuacions en la tensió d'entrada o la corrent de sortida, la senyal de l'amplificador d'error controla amb precisió la tensió de la porta (per als MOSFETs) o la corrent de base (per als BJTs) d'aquest transistor.
● Font de tensió de referència: Serveix com a referència estable per l'amplificador d'error, jugant un paper crític. L'amplificador d'error depèn d'aquesta referència fixa per regular amb precisió la porta o la base del transistor de sortida, assegurant així una tensió de sortida estable.
● Resistors de retroalimentació: Aquests resistors divideixen la tensió de sortida per generar una tensió de retroalimentació. L'amplificador d'error compara aquesta tensió de retroalimentació amb la tensió de referència per aconseguir una regulació de sortida precisa. Els dos resistors de retroalimentació estan connectats en sèrie entre els pins VOUT i GND, i la tensió al punt mitjà es fa arribar a l'amplificador d'error.
● Amplificador d'error: Funcionant com el "cervell intel·ligent" del regulador en sèrie, l'amplificador d'error compara amb cura la tensió de retroalimentació (és a dir, la tensió al punt mitjà del divisor de resistors de retroalimentació) amb la tensió de referència. Si la tensió de retroalimentació cau per davall de la tensió de referència, l'amplificador d'error augmenta la força de conducció al MOSFET, reduint la seva tensió drenca-font i així elevant la tensió de sortida. En canvi, si la tensió de retroalimentació supera la tensió de referència, l'amplificador redueix la força de conducció del MOSFET, incrementant la tensió drenca-font i baixant la tensió de sortida en conseqüència.
En aquest article, hem explorat més endins els principis de funcionament, les funcions i les configuracions de circuit de diversos tipus de reguladors de tensió. En la propera entrega, explicarem el mecanisme de regulació dinàmica dels reguladors lineals i clarificarem les diferències entre els reguladors de tres terminals i els reguladors LDO (Low Dropout).
