Lineaarregulaatorite sariereguulaatorite ja lülitusregulaatorite erinevused
1. Lineaarsed regulaatorid vs. lülitusregulaatorid
Lineaarregulaator nõuab sissevooluva pinget, mis on kõrgem kui väljundpinge. See hoolitseb sisend- ja väljundpinge vahe eest - mida nimetatakse dropout-pingeks - muutes oma sisemise reguleerimiselementi (nt tranzistori) impedantsi.
Kujutlege lineaarregulaatorit täpseks "pingereegleerijaekspertiks". Kui see kohtub ühiskonnas ülepärase sisendpingega, siis see otsustavalt "toimetab" "katkestades" osa, mis ületab soovitud väljundtaset, tagades, et väljundpinge jääks püsivaks. Üleliigne pinge, mis "lõigatakse ära", läbib lõpuks soojuseena, säilitades stabiilse väljund.
Tööpõhimõttelises seadmes kasutab tavaline sariregulaator veavigastit, viitepingevälja ja läbipääsetava tranzistori, et luua kinnist süsteemi, mis jätkuvalt jälgib ja parandab väljundpinget reaalajas.
Lineaarregulaatorid hõlmavad peamiselt kolmepinna regulaatoreid ja LDO (Low Dropout) regulaatoreid. Viimane kasutab tavalist arhitektuuri, mis nõuab suhteliselt suurt sisendi- ja väljundpinge erinevust (tavaliselt ≥2 V), mis tähendab madalama efektiivsuse, ja sobib keskmine- ja kõrgevõimsuse rakendustele. Vastupidiselt on LDO-regulaatorid optimiseeritud minimaalse dropout-pinge (nii madal kui 0,1 V) jaoks, mis teeb neist ideaalseid olukordadele, kus sisend- ja väljundpinged on lähedased - näiteks akudega toidetud seadmetes - kuigi vajalik on ka põhjalik termiline disain.
Joonis 1 illustreerib lineaar- ja lülitusregulaatorite töötamise põhimõtteid.
Lülitusregulaatorid kontrollivad energiatransfeeri töötsükli reguleerides võimuliitude (nt MOSFETide) juhtimist ja välja lülitamist. Sisendpinge muudetakse siis stabiilseks keskmiseks väljundpingeks induktorite ja kondensaatorite abil energia varustamise ja filtrimise kaudu.
Nende põhilise omaduseks on "lülitusstiilne" reguleerimine: sisendpinge lõigatakse kõrge sagedusega, ja edastatava energia kontrollitakse lülituste töötsükli kaudu. See meetod saavutab lineaarregulaatoritega võrreldes oluliselt kõrgema efektiivsuse.
Levinud lülitusregulaatorite topoloogiad hõlmavad Buck (allapoole), Boost (ülespoole) ja muud, toetades laia sisendpinge ulatust ja sobides hästi kõrgevõimsuse rakenduste või olukordade jaoks, kus on suured sisendpinge lõkke.
Joonis 2 pakub lineaar- ja lülitusregulaatorite võrdlust. Saate valida sobiva tüübi vastavalt konkreetsetele vajadustele: valige lineaarregulaator, kui prioriteediks on madal müra ja lihtsustatud skeem; valige lülitusregulaator, kui on vaja kõrget efektiivsust ja kõrget võimsuse edastamist.
| Omadused | Lineaarregulaator | Lülitusregulaator |
| Efektiivsus | Madal (suur kaotus suure pingeerumise korral) | Kõrge (80%-95%) |
| Soojenduse kõrvaldamise nõue | Vajalik soojendussäili (soojus kõrvaldatakse otse) | Madal (soojus tekib kaudselt lülituskaotuste tõttu) |
| Mür | Puhane väljund, mitte kõrge sagedusega rippe | Lülitusmür on olemas, vajalik filtreerimise optimeerimine |
| Rakendusvaldkonnad | Madalvõimsuslikud, kõrgetäpsuse toidestatud (nt andurid) | Kõrgevõimsuslikud, lai pinguulatus (nt toiteühikud) |
2. Sarivooltregulaatorid
Sarivooltregulaator asub võidelahte ja koorma vahel, toimides täpseks "vooltreguleerimise kaitsjaks". Selle toimimisprintsiip hõlmab muutliku vastikute vastustuse dünaamilist reguleerimist sisendvoolu või väljundvoolu muutuste järgi, nii et väljundvool jääks stabiilseks, eelmääratud väärtusele.
Kaasaegses elektronikas kasutatakse sariregulaatorite integreeritud skeemides aktiivseid seadmeid – näiteks MOSFET-e või bipolaarseid ühenduspunktidega tranzistorid (BJT) – traditsiooniliste muutuvate vastikutega võrreldes, mis oluliselt suurendab regulaatori jõudlust ja usaldusväärsust.
Sarivooltregulaatori sirkuit on täpne ja hästi struktureeritud, peamiselt koosnes see järgmistest neljast põhikomponendist:
● Väljundtranzistor: See on ühendatud sariregulaatori sisend- ja väljundpinide vahel, mängides rolli silma, mis ühendab ülemise võidelahte ja alumise koorma. Kui sisendvool või väljundvool lülitub, kontrollib veaaempfier signaali täpselt seda tranzistori vaateringi (MOSFET-i puhul) või baasivoolu (BJT-i puhul).
● Referentsvoolallikas: See mängib kriitilist rolli veaaempfieri stabiilseks aluseks. Veaaempfier sõltub sellest fikseeritud referentsvoolust, et täpselt reguleerida väljundtranzistori vaateringi või baasivoolu, tagades nii stabiilse väljundvoolu.
● Tagasisidevastikud: Need vastikud jagavad väljundvoolu, luues tagasisidevoolu. Veaaempfier võrdleb seda tagasisidevoolu referentsvooluga, et saavutada täpne väljundreguleerimine. Kaks tagasisidevastikut on ühendatud sarisse VOUT ja GND pinide vahel, ja nende keskpunkti vool edastatakse veaaempfierile.
● Veaaempfier: See toimib sariregulaatori "intellektuaalseks ajukaitsena", hoolikalt võrdes tagasisidevoolu (st vastikute jagaja keskpunkti voolu) referentsvooluga. Kui tagasisidevool langeb alla referentsvoolu, suurendab veaaempfier MOSFET-i juhtimisvoolu, vähendades selle draain-lähte voolu ja seeläbi tõstes väljundvoolu. Vastupidi, kui tagasisidevool ületab referentsvoolu, vähendab amplifikaator MOSFET-i juhtimisvoolu, suurendades selle draain-lähte voolu ja vähendades väljundvoolu vastavalt.
Selles artiklis on me lähemalt uurinud mitmesuguste vooltregulaatorite tööpõhimõtteid, funktsioone ja sirkuitleid. Järgmisel osal selgitame lineaarregulaatorite dünaamilisi reguleerimehanisme ja selgitame erinevusi kolmepiniliste regulaatorite ja LDO (Low Dropout) regulaatorite vahel.
