Forskelle mellem lineære regulatører switchende regulatører og serie-regulatører

1. Lineære regulatorer vs. bryderegulatorer

En lineær regulator kræver en inputspænding, der er højere end dens outputspænding. Den håndterer forskellen mellem input- og outputspændinger – kendt som faldspændingen – ved at variere impedansen i sit interne regulerende element (såsom en transistor).

Tænk på en lineær regulator som en præcis „spændingskontrolspecialist“. Når den står over for for høj inputspænding, „handler“ den bestemt ved at „afskære“ den del, der overstiger det ønskede outputniveau, og sikrer derved, at outputspændingen forbliver konstant. Den overskydende spænding, der „afskæres“, frigøres til sidst som varme og opretholder således en stabil output.

Set fra kredsløbsteknisk konfiguration bruger en typisk serie-lineær regulator en fejlforstærker, en referencespændingskilde og en passagetransistor til at danne et lukket feedback-system, der løbende overvåger og korrigerer outputspændingen i realtid.

Lineære regulatorer omfatter primært treterminalregulatorer og LDO (Low Dropout)-regulatorer. Den første anvender en konventionel arkitektur, der kræver en relativt stor forskel mellem input- og outputspænding (typisk ≥2 V), hvilket resulterer i lavere effektivitet, og er egnet til medium- til højeffektapplikationer. I modsætning hertil er LDO-regulatorer optimeret til minimal faldspænding (ned til 0,1 V), hvilket gør dem ideelle til scenarier, hvor input- og outputspændinger er tætte – såsom i batteridrevne enheder – selvom der kræves omhyggelig termisk design.

Figur 1 illustrerer driftsprincipperne for lineære og bryderegulatorer.

Bryderegulatorer styres derimod ved at kontrollere ledningstiden og frakoblingstiden for strømbrydere (f.eks. MOSFET'er) for at justere pulsbredden for energioverførslen. Inputspændingen omdannes derefter til en stabil gennemsnitlig outputspænding gennem energilagring og filtrering via spoler og kondensatorer.

Deres kerneegenskab er „chopertype“ regulering: inputspændingen afbrydes med høj frekvens, og den energi, der leveres til output, styres ved at justere bryderens pulsbredde. Denne metode opnår en væsentligt højere effektivitet sammenlignet med lineære regulatorer.

Almindelige topologier for bryderegulatorer inkluderer Buck (spændingsfald), Boost (spændingsstigning) og andre, understøtter brede indgangsspændingsintervaller og er derfor velegnede til højeffektapplikationer eller miljøer med betydelige variationer i indgangsspænding.

Figur 2 giver en sammenligning mellem lineære og bryderegulatorer. Du kan vælge den passende type ud fra dine specifikke behov: vælg en lineær regulator, når lav støj og kredsløbssimplicitet har høj prioritet; vælg en bryderegulator, når høj effektivitet og høj effektoverførsel er påkrævet.

2. Rækkefølges spændingsregulatører

En rækkefølges spændingsregulatør er placeret mellem strømforsyningen og belastningen og fungerer som en præcis "spændingsreguleringsvagt". Dens arbejdsmåde indebærer dynamisk justering af modstand på en variabel modstand i respons på ændringer i indgangsspænding eller udgangsstrøm, hvilket dermed opretholder udgangsspændingen ved en stabil, forudindstillet værdi.

I moderne elektronik teknologi bruger rækkefølges regulator IC'er aktive komponenter – såsom MOSFET'er eller bipolare junction transistorer (BJT'er) – til elegant at erstatte traditionelle variable modstande, hvilket betydeligt forbedrer regulatoren's ydeevne og pålidelighed.

Kredsløbskonfigurationen af en rækkefølges spændingsregulatør er præcis og velstruktureret, primært bestående af følgende fire kernekomponenter:

● Udtransistor: Forbundet i serie mellem ind- og udgangspinnerne på regulatoren, fungerer den som en bro mellem den upstream strømforsyning og den downstream belastning. Når der forekommer fluktuationer i indgangsspænding eller udgangsstrøm, kontrollerer signalet fra fejlforstærkeren præcist gitterspændingen (for MOSFET'er) eller basestrømmen (for BJT'er) på denne transistor.

● Referencespændingskilde: Som den stabile reference for fejlforstærkeren spiller referencespændingskilden en kritisk rolle. Fejlforstærkeren anvender denne faste reference til præcis at regulere gitteret eller basen på udtransistoren, hvilket sikrer en stabil udgangsspænding.

● Feedbackmodstande: Disse modstande deler udgangsspændingen for at generere en feedbackspænding. Fejlforstærkeren sammenligner denne feedbackspænding med referencespændingen for at opnå præcis udgangsregulering. De to feedbackmodstande er forbundet i serie mellem VOUT- og GND-pinnerne, og spændingen midtvejs bliver ført ind i fejlforstærkeren.

● Fejlforstærker: Funktioner som den "intelligente hjerne" i rækkefølgesregulatoren, fejlforstærkeren sammenligner nøje feedbackspændingen (dvs. spændingen midtvejs i feedbackmodstandsdivideren) med referencespændingen. Hvis feedbackspændingen falder under referencespændingen, øger fejlforstærkeren drivstyrken til MOSFET'en, reducerer dens drenge-kilde-spænding og dermed hæver udgangsspændingen. Omvendt, hvis feedbackspændingen overstiger referencespændingen, reducerer forstærkeren MOSFET'ens drivstyrke, øger drenge-kilde-spændingen og nedbringer udgangsspændelsen i overensstemmelse hermed.

I denne artikel har vi yderligere udforsket arbejdsmåder, funktioner og kredsløbskonfigurationer for flere typer spændingsregulatører. I næste afsnit vil vi forklare de dynamiske regulering mekanismer for lineære regulatører og klargøre forskellen mellem tre-terminal regulatører og LDO (Low Dropout) regulatører.