הבדלים בין רגולטורי ליניאריים, רגולטורי קילוח ורגולטורי סדרתיים
1. רגולטורים ליניאריים לעומת רגולטורים מחליפים
רגולטור ליניארי דורש מתח כניסה גבוה יותר מהמתח החוצה. הוא מתמודד עם ההבדל בין המתח הנכנס למתח החוצה - הידוע כמתח נפילת מתח - על ידי שינוי ההתנגדות של אלמנט המשגיח הפנימי שלו (כגון טרנזיסטור).
חשוב לחשוב על רגולטור ליניארי כ"מומחה בקרת מתח מדויק." כאשר מתקף מול מתח כניסה יתר, הוא פועל בנחרצות על ידי "קיצוץ" החלק העולה על רמת המתח החוצה הרצויה, כדי להבטיח שהמתח החוצה נשאר קבוע. המתח העודף ש"נחתך" בסופו של דבר מתפזר כחום, תוך שמירה על יציבות המתח החוצה.
במונחים של תצורת מעגל, רגולטור ליניארי סדרתי טיפוסי משתמש בהרחבת טעות, מקור מתח chiếu, וטרנזיסטור מעבר כדי ליצור מערכת משוב סגורה שמשגיחה ומתקנת את המתח החוצה בזמן אמת.
רגולטורים ליניאריים כוללים בעיקר רגולטורים בעלת שלושה קצוות ורגולטורי LDO (Low Dropout). הראשון משתמש בארכיטקטורה קונבנציונלית הדורשת הפרש מתח כניסה-יציאה יחסית גדול (בדרך כלל ≥2 V), מה שגורם לאפקטיביות נמוכה יותר, והוא מתאים ליישומים בעלי מוגבלת כוח בינונית עד גבוהה. לעומת זאת, רגולטורי LDO מותאמים לפער מתח נפילת מתח מינימלי (עד 0.1 V), מה שמיישם אותם למקרים בהם המתח הנכנס והמחוץ קרובים - כמו במכשירים מזינים באמצעות סוללה - אף על פי שנדרשת תכנון חום זהיר.
תמונה 1 מציגה את עקרונות הפעולה של רגולטורים ליניאריים ורגולטורים מחליפים.
רגולטורים מחליפים, לעומת זאת, משלטים בשעות התאמה ואפיון מכיבת מתגים (כמו MOSFETs) כדי להתאים את מחזור העבודה של העברת אנרגיה. המתח הנכנס מומר למתח ממוצע יציב באמצעות אחסון אנרגיה והסנן על ידי מעבירים וקבלים.
תכונה הליבה שלהם היא "ניהול בסגנון חתיכת-הכל": המתח הנכנס נחתך בתדירות גבוהה, והאנרגיה המסופקת לחוצה נשלטת על ידי התאמת מחזור העבודה של המתגים. גישה זו מאפשרת השגת אפקטיביות גבוהה באופן משמעותי בהשוואה לרגולטורים ליניאריים.
טופולוגיות נפוצות של רגולטורים מחליפים כוללות Buck (ירידה במתח), Boost (עלייה במתח) ועוד, לתמיכה בטווח רחב של מתח כניסה ותואמים ליישומים בעלי מוגבלת כוח גבוהה או לסביבות שבהן ישנו פרץ מתח כניסה משמעותי.
תמונה 2 מציגה השוואה בין רגולטורים ליניאריים ורגולטורים מחליפים. ניתן לבחור את הסוג המתאים לפי הצרכים הספציפיים שלך: בחר ברגולטור ליניארי כאשר יש לתת עדיפות לנמוך רעש ופשטות המעגל; בחר ברגולטור מחליפי כאשר נדרשת אפקטיביות גבוהה ושירות כוח גבוה.
| מאפיינים | רגולטור ליניארי | רגולטור מעבר |
| יעילות | נמוכה (הפסד גבוה כאשר ההבדל בין מתחים גדול) | גבוהה (80%-95%) |
| דרישות פיזור חום | נדרש ספיגת חום (הפיזור ישיר) | נמוך (חום נוצר באופן עקיף על ידי הפסדי מעבר) |
| רעש | פלט טהור, ללא ריפלים בתדר גבוה | ồn קיים, דרוש אופטימיזציה של מסנן |
| תרחישים של יישום | ספק מתח בעוצמה נמוכה ומדוייקת (לדוגמה, חיישנים) | ספק מתח בעוצמה גבוהה ומתח כניסה רחב (לדוגמה, מודולי כוח) |
2. מוסבי מתח טוריים
מוסב מתח טורי ממוקם בין מקור החשמל והעומס, ופועל כ"שומר בקרה מדויק של המתח". עקרון הפעולה שלו כולל התאמת התנגדות של עכבר משתנה באופן דינמי כתגובה לשינויים במתח הקלט או בזרם הפלט, ובכך שומר על מתח הפלט בערך יציב ומוגדר מראש.
בטכנולוגיה האלקטרונית המודרנית, שבבי מוסבי מתח טוריים משתמשים בהתקנים פעילים—כמו MOSFETs או טרנזיסטורים בעלי צמת דו-קוטביים (BJTs)—שיכולים להחליף בצורה אירגונית את עכברי ההתנגדות המסורתית, ובכך משפרים משמעותית את הביצועים והאמינות של המוסב.
תצורת המעגל של מוסב מתח טורי היא מדויקת ומבוססת מבנה, וכוללת בעיקר ארבעה רכיבים מרכזיים:
● טרנזיסטור פלט: מחובר בטור בין הפינים של קלט ופלט של המוסב, והוא פועל כמו גשר המקשר בין מקור החשמל העליון לבין העומס התחתון. כאשר מתרחשים תנודות במתח הקלט או בזרם הפלט, האות מאmplיפייאר השגיאה שולט בצורה מדויקת במתח השער (עבור MOSFETs) או בזרם הבסיס (עבור BJTs) של טרנזיסטור זה.
● מקור מתח ייחוס: משמש כנקודת ייחוס יציבה עבור mplifier השגיאה, ולמקור הייחוס הזה יש תפקיד חשוב. mplifier השגיאה מסתמך על נקודת הייחוס הקבועה הזו כדי לרגול בצורה מדויקת את השער או הבסיס של טרנזיסטור הפלט, ובכך מבטיח מתח פלט יציב.
● עכברי המשוב: עכברים אלו מחלקים את מתח הפלט כדי ליצור מתח משוב. mplifier השגיאה משווה את מתח המשוב הזה עם מתח הייחוס כדי להשיג בקרה מדויקת של הפלט. שני עכברי המשוב מחוברים בטור בין הפינים VOUT ו-GND, והמתח בנקודת האמצע שלהם מוזן אל mplifier השגיאה.
● mplifier שגיאה: פועל כ"מוח חכם" של המוסב הטורי, mplifier השגיאה משווה בזהירות את מתח המשוב (כלומר, המתח בנקודת האמצע של מחלק עכברי המשוב) עם מתח הייחוס. אם מתח המשוב נמוך ממתח הייחוס, mplifier השגיאה מגדיל את עוצמת הניהול ל-MOSFET, מקטין את מתח הדрен-מקור, ובכך מעלה את מתח הפלט. מצד שני, אם מתח המשוב עולה על מתח הייחוס, mplifier מקטין את עוצמת הניהול של ה-MOSFET, מגדיל את מתח הדרן-מקור, ומקטין בהתאם את מתח הפלט.
במאמר זה, חקרנו עוד יותר את עקרונות הפעולה, הפונקציות ותצורות המעגל של מספר סוגים של מוסבי מתח. בגיליון הבא, נסביר את מנגנון הבקרה הדינמית של מוסבי לחץ ליניאריים ונבהיר את ההבדלים בין מוסבי שלושה הולכות לבין מוסבי LDO (Low Dropout).
