Pagkakaiba ng Linear Regulators Switching Regulators at Series Regulators

1. Regulador Linear vs. Regulador Switching

Ang isang regulador linear ay nangangailangan ng input voltage na mas mataas kaysa sa output voltage nito. Ito ay nagpapahayag ng pagkakaiba sa pagitan ng input at output voltages—na kilala bilang dropout voltage—sa pamamagitan ng pagbabago ng impedance ng internal regulating element nito (tulad ng transistor).

Ipaglaban ang isang regulador linear bilang isang “eksperto sa pagkontrol ng voltage.” Kapag may labis na input voltage, ito ay matiyagang “umaksyon” sa pamamagitan ng “pagputol” ng bahagi na lumampas sa inaasahang output level, sigurado na ang output voltage ay mananatiling pantay. Ang labis na voltage na “itinrim” ay huling dinidissipate bilang init, panatilihin ang isang matatag na output.

Sa termino ng circuit configuration, ang isang tipikal na series linear regulator ay gumagamit ng isang error amplifier, isang reference voltage source, at isang pass transistor upang mabuo ang isang closed-loop feedback system na patuloy na monitore at kumorekta sa output voltage sa real time.

Ang mga regulador linear ay pangunahing binubuo ng three-terminal regulators at LDO (Low Dropout) regulators. Ang unang-una ay gumagamit ng isang tradisyunal na architecture na nangangailangan ng isang relatibong malaking input-to-output voltage difference (karaniwang ≥2 V), na nagresulta sa mas mababang efficiency, at angkop para sa medium- to high-power applications. Sa katunayan, ang mga LDO regulators ay optimized para sa minimal dropout voltage (bilang kaunti bilang 0.1 V), kaya sila ang ideal para sa mga scenario kung saan ang input at output voltages ay malapit—tulad ng sa battery-powered devices—bagaman ang maingat na thermal design ay kinakailangan.

Ang Figure 1 ay nagpapakita ng operating principles ng linear at switching regulators.

Ang mga switching regulators, sa kabilang banda, ay kontrolin ang conduction at turn-off timing ng power switches (halimbawa, MOSFETs) upang ayusin ang duty cycle ng energy transfer. Ang input voltage ay pagkatapos ay inililipat sa isang stable average output voltage sa pamamagitan ng energy storage at filtering ng mga inductor at capacitor.

Ang kanilang core characteristic ay “chopper-style” regulation: ang input voltage ay hinati sa mataas na frequency, at ang energy na inililipat sa output ay nakokontrol sa pamamagitan ng pag-aadjust ng switch duty cycle. Ang approach na ito ay nagpapataas ng significantly higher efficiency kumpara sa mga linear regulators.

Ang mga karaniwang topologies ng switching regulators ay kasama ang Buck (step-down), Boost (step-up), at iba pa, na sumusuporta sa malawak na input voltage ranges at angkop para sa high-power applications o mga environment na may significant input voltage fluctuations.

Ang Figure 2 ay nagbibigay ng isang paghahambing sa pagitan ng linear at switching regulators. Maaari kang pumili ng angkop na uri batay sa iyong espesyal na pangangailangan: pumili ng isang linear regulator kapag ang low noise at circuit simplicity ang prioridad; pumili ng isang switching regulator kapag ang high efficiency at high power delivery ang kinakailangan.

2. Regulador ng Voltaje sa Serye

Ang isang regulador ng voltaje sa serye ay naka-position sa pagitan ng pinagmulan ng lakas at ang load, na gumagana bilang isang eksaktong "guardian ng regulasyon ng voltaje." Ang prinsipyong operasyon nito ay kasama ang dinamikong pag-aayos ng resistansiya ng isang variable resistor sa tugon sa mga pagbabago sa input voltage o output current, upang panatilihin ang output voltage sa isang matatag na, pre-set na halaga.

Sa modernong teknolohiya ng elektronika, ang mga IC ng series regulator ay gumagamit ng aktibong mga device—tulad ng MOSFETs o bipolar junction transistors (BJTs)—upang magandang palitan ang tradisyonal na mga variable resistor, na siyang nagpapataas ng kaunti ng performance at reliabilidad ng regulator.

Ang configuration ng circuit ng isang regulador ng voltaje sa serye ay tumpak at maayos, na bunsod ng sumusunod na apat na core component:

● Output Transistor: Nakakonekta sa serye sa pagitan ng input at output pins ng regulator, ito ay gumagana bilang tulay na nakakonekta sa upstream power source at downstream load. Kapag may mga fluctuation sa input voltage o output current, ang signal mula sa error amplifier ay tumpak na kontrola ang gate voltage (para sa MOSFETs) o base current (para sa BJTs) ng transistor na ito.

● Reference Voltage Source: Bilang isang matatag na benchmark para sa error amplifier, ang reference voltage source ay may mahalagang papel. Ang error amplifier ay umasa sa fixed na reference na ito upang tumpak na regulahin ang gate o base ng output transistor, upang tiyakin ang isang matatag na output voltage.

● Feedback Resistors: Ang mga resistor na ito ay hinati ang output voltage upang lumikha ng feedback voltage. Ang error amplifier ay kumukumpara ng tumpak ang feedback voltage na ito sa reference voltage upang makamit ang tumpak na regulasyon ng output. Ang dalawang feedback resistors ay nakakonekta sa serye sa pagitan ng VOUT at GND pins, at ang voltage sa kanilang midpoint ay in-feed sa error amplifier.

● Error Amplifier: Bilang ang "intelligent brain" ng series regulator, ang error amplifier ay tumpak na kumukumpara ang feedback voltage (i.e., ang voltage sa midpoint ng feedback resistor divider) sa reference voltage. Kung ang feedback voltage ay bumaba sa ibaba ng reference voltage, ang error amplifier ay taas ang drive strength sa MOSFET, binabawasan ang drain-source voltage at kaya't taas ang output voltage. Sa kabaligtaran, kung ang feedback voltage ay lumampas sa reference voltage, ang amplifier ay baba ang drive strength sa MOSFET, taas ang drain-source voltage at baba ang output voltage ayon sa pangangailangan.

Sa artikulong ito, kami ay mas malayo pa ring pinalaman ang mga prinsipyo ng paggana, mga tungkulin, at configuration ng circuit ng ilang uri ng mga regulador ng voltaje. Sa susunod na bahagi, kami ay ipaliwanag ang mekanismo ng dynamic regulation ng linear regulators at linawin ang mga pagkakaiba sa pagitan ng three-terminal regulators at LDO (Low Dropout) regulators.