Diferencoj Inter Lineaj Reguliloj Switching Regulators kaj Seriakaj Reguliloj

1. Lineara Reguliloj kontraŭ Ŝaltreguliloj

Lineara regulilo postulas enigan voltan pli altan ol sia eliga volto. Ĝi traktas la diferencon inter la eniga kaj eliga voltaj—konata kiel dropout-volto—per variado de la impedanco de sia interna regula elemento (kiel transistoro).

Pensu pri lineara regulilo kiel preciza “volta kontrolospertulo.” Kiam frontas troan enigan voltan, ĝi decisive “agadas” per “forviŝado” de la parto kiuj superas la deziratan eligan nivelon, certigante ke la eliga volto restas konstanta. La troa volto kiun “forviŝas” finfine dissendiĝas kiel varmo, daŭrigante stabilan eligon.

Je circuita konfiguro, tipa serio de lineara regulilo uzas eraroamplifikilon, referenca voltfonto, kaj pasanta transistoro por formi fermitciklan retroalimentadon sistemon, kiuj kontinuas montrado kaj korigo de la eliga volto en reala tempo.

Linearaj reguliloj plejofte inkluzivas tri-terminalajn regulilojn kaj LDO (Low Dropout) regulilojn. La antaŭa uzas tradician arkiteturon postulantan relativan grandan enigan al eligan voltan diferencon (tipike ≥2 V), rezultigante pli malaltan efikecon, kaj estas taŭga por meza- al alta-potenco aplikoj. Kontraste, LDO reguliloj estas optimizitaj por minimuma dropout-volto (ĉe tute 0.1 V), farante ilin idealajn por scenaroj kie la eniga kaj eliga voltaj estas proksimaj—kiel en baterio-alimentitaj aparatoj—kvankam atenta termika dizajno necesas.

Figuro 1 ilustras la operaciprinicipojn de linearaj kaj ŝaltreguliloj.

Ŝaltreguliloj, aliflanke, kontrolas la kondukadon kaj turnoff-tempo de potencŝaltiloj (ekz., MOSFETs) por adapti la duonperiodon de energitransfero. La eniga volto tiam konvertiĝas en stabila mezumo eliga volto tra energistokado kaj filtrado de induktoroj kaj kapacitoroj.

Ilia kerneca karaktero estas “trancista” regado: la eniga volto estas tranĉita je alta frekvenco, kaj la energio liverita al la eligo estas kontrolata per ajustado de la ŝaltduonperiodo. Tiu maniero atingas signife pli altan efikecon kompare al linearaj reguliloj.

Komunaj topologioj de ŝaltreguliloj inkluzivas Buck (step-down), Boost (step-up), kaj aliaj, subtenante larĝan enigan voltran gamon kaj taŭgante bone por alta-potenco aplikoj aŭ medioj kun signifa eniga voltra fluktuado.

Figuro 2 provizas komparon inter linearaj kaj ŝaltreguliloj. Vi povas elekti la taŭgan tipon bazitan sur via specifa bezono: elektu linearan regulilon kiam malalta bruado kaj cirkvito simpla estas prioritatoj; optu por ŝaltregulilo kiam alta efikeco kaj alta potenco livero estas bezonataj.

2. Seriaj ŝargreguliloj

Seria ŝargregulilo estas poziciita inter la povrofonto kaj la ŝarĝo, aganta kiel akurata “ŝargregula gardisto.” Ĝia funkcioprinco implicas dinamikan ajuston de la rezistanco de variiga rezistoro rekte al ŝanĝoj en la ensalutoa tensio aŭ elsalutoa kuranto, tiel konstantigante la elsalutan tension je stabila, antaŭfiksita valoro.

En moderna elektronika teknologio, seraj regulil-ICs uzas aktivelementojn—kiel MOSFET-oj aŭ duopolaj jontransistoroj (BJT-oj)—por elegante anstataŭigi tradiciajn variigajn rezistorojn, signife plibonigante la prestiĝon kaj fidindon de la regulilo.

La cirkvitostrukturo de seria tensioregulilo estas akurata kaj bone ordigita, ĉefkonstituata el la jenaj kvar kernkomponentoj:

● Elsaluta Transistoro: Konektita en serie inter la ensalutaj kaj elsalutaj kontaktoj de la regulilo, ĝi funkcias kiel pontilo liganta la supran povrofonton kun la suban ŝarĝon. Kiam okazas fluktuoj en la ensaluta tensio aŭ elsaluta kuranto, la signalo de la eraroamplifikilo precize regulas la portan tensio (por MOSFET-oj) aŭ bazan kuranton (por BJT-oj) de ĉi tiu transistoro.

● Referencatensiofonto: Funkciante kiel stabila referenco por la eraroamplifikilo, la referencatensiofonto ludas kritikan rolon. La eraroamplifikilo dependas sur ĉi tiu fiksa referenco por precize reguli la portan tensio aŭ bazan kuranton de la elsaluta transistoro, tiel assekurenda stabila elsaluta tensio.

● Retroalimentadrezistoroj: Ĉi tiuj rezistoroj dividas la elsalutan tension por generi retroalimentadan vicon. La eraroamplifikilo komparas ĉi tiun retroalimentadan vicon kun la referencatensio por atingi precizan elsalutan reguligon. La du retroalimentadrezistoroj estas konektitaj en serie inter la VOUT kaj GND kontaktetoj, kaj la vicado en ilia mezo estas enmetita en la eraroamplifikilon.

● Eraroamplifikilo: Funkciante kiel la “inteligenta cerbo” de la seria regulilo, la eraroamplifikilo atente komparas la retroalimentadan vicon (t.e., la vicado en la mezo de la retroalimentadrezistor-dividilo) kun la referencatensio. Se la retroalimentada tensio falas sub la referencatensio, la eraroamplifikilo pligrandigas la drivforton al la MOSFET, reduktante ĝian drain-source tensio kaj do pligrandigante la elsalutan tension. Konverse, se la retroalimentada tensio superas la referencatension, la amplifikilo reduktas la drivforton de la MOSFET, pligrandigante la drain-source tension kaj sekve malpligrandigante la elsalutan tension.

En ĉi tiu artikolo, ni plue esploris la funkcioprincipojn, funkciojn kaj cirkvitostrukturojn de diversaj specoj de tensioreguliloj. En la venonta parto, ni klarigos la dinaman regulmechanismon de lineara regulilo kaj klareigos la diferencojn inter trikontaktaj reguliloj kaj LDO (Low Dropout) reguliloj.