Razlike između linearnih regulatora sustava toka snage switch regulatora i serijalnih regulatora
1. Linearni regulatori u usporedbi s prekidačkim regulatorima
Linearni regulator zahtijeva ulazni napon veći od izlaznog napona. Rukuje razlikom između ulaznog i izlaznog napona—poznatim kao dropout napon—varirajući impedanciju svog internog regulacijskog elementa (kao što je tranzistor).
Zamislite linearni regulator kao preciznog "stručnjaka za kontrolu napona." Kada se suoči s prevelikim ulaznim naponom, odlučno "postupa" "useckanjem" dijela koji premašuje željeni izlazni nivo, osiguravajući da izlazni napon ostane konstantan. Prekomjerna razlika napona koja se "useče" konačno se rasipa kao toplota, održavajući stabilni izlaz.
U pogledu konfiguracije kruga, tipični serijinski linearni regulator koristi pojačivač greške, izvor referentnog napona i provodni tranzistor kako bi formirao zatvoreni krug povratne informacije koji neprestano nadgleda i ispravlja izlazni napon u stvarnom vremenu.
Linearni regulatori uglavnom uključuju trozračne regulatori i LDO (Low Dropout) regulatori. Prvi koriste konvencionalnu arhitekturu koja zahtijeva relativno veliku razliku između ulaznog i izlaznog napona (obično ≥2 V), što rezultira nižom učinkovitosti, i prikladni su za srednje do visoke snage. S druge strane, LDO regulatori su optimizirani za minimalnu dropout razliku (do 0.1 V), čime postaju idealni za situacije gdje su ulazni i izlazni naponi blizu—kao što su uređaji na baterije—iako je potrebno pažljivo termalno dizajniranje.
Slika 1 ilustrira načela rada linearnih i prekidačkih regulatora.
Prekidački regulatori, s druge strane, kontroliraju vremena provodnosti i isključivanja strujnih prekidača (npr., MOSFET-a) kako bi prilagodili ciklus dužine prijenosa energije. Ulazni napon se tada pretvara u stabilni prosječni izlazni napon putem pohrane i filtriranja induktivnosti i kapacitivnosti.
Njihova ključna karakteristika je “čoparsko” reguliranje: ulazni napon se čopa na visokoj frekvenciji, a energija koja se dostavlja izlazu se kontrolira prilagođavanjem ciklusa dužine prekidača. Ovaj pristup postiže značajno višu učinkovitost u usporedbi s linearnim regulatorima.
Zajedničke topologije prekidačkih regulatora uključuju Buck (snizivanje), Boost (povećanje) i druge, podržavajući široki raspon ulaznih napona, što ih čini prikladnima za primjene s visokim snagama ili okruženja s značajnim fluktuacijama ulaznih napona.
Slika 2 daje usporedbu linearnih i prekidačkih regulatora. Možete odabrati odgovarajući tip temeljem vaših specifičnih potreba: odaberite linearni regulator kada su prioriteti nizak šum i jednostavnost kruga; odaberite prekidački regulator kada su potrebna visoka učinkovitost i visoka snaga.
| Karakteristike | Linearni regulator | Prekidni regulator |
| Učinkovitost | Niska (visoka gubitna snaga kada je razlika napona velika) | Visoka (80%-95%) |
| Zahtjev za odvajanjem topline | Potreban je hlađivač (toplina se direktno odvaja) | Nizak (toplina se generira indirektno preko gubitaka preklapanja) |
| Bučnost | Čisto izlazno, bez visokofrekventnih fluctuacija | Postoji buka preklapanja, potrebna optimizacija filtra |
| Primjene | Niskosnažni, visoko precizni napajanja (npr., senzori) | Visokosnažni, široki raspon ulaznih napona (npr., moduli napajanja) |
2. Serijski regulatori napona
Serijski regulator napon nalazi se između izvora struje i opterećenja, djelujući kao precizan "čuvar regulacije napona." Njegov način rada uključuje dinamičko prilagođavanje otpora varijabilnog otpornika u odgovor na promjene ulaznog napona ili izlaznog toka, čime se održava izlazni napon na stabilnoj, unaprijed postavljenoj vrijednosti.
U modernoj elektroničkoj tehnologiji, serijski regulacijski IC-ovi koriste aktivne uređaje – poput MOSFET-a ili bipolarnih spojevnih tranzistora (BJT) – da elegantno zamijene tradicionalne varijabilne otpornike, značajno unapređujući performanse i pouzdanost regulatora.
Shematska konfiguracija serijskog regulatora napona je precizna i dobro strukturirana, sastoji se uglavnom od sljedećih četiri ključna komponenta:
● Izlazni tranzistor: Povezan je u seriju između ulaznih i izlaznih priključaka regulatora, djelujući kao most koji povezuje izvor struje gore i opterećenje dolje. Kada dođe do fluktuacija ulaznog napona ili izlaznog toka, signal s pogrešnog pojačala precizno kontrolira bridanje (za MOSFET-e) ili osnovni tok (za BJT-e) ovog tranzistora.
● Izvor referentnog napona: Služi kao stabilni benchmark za pogrešno pojačalo, izvor referentnog napona igra ključnu ulogu. Pogrešno pojačalo se oslanja na ovaj fiksni referentni napon kako bi precizno reguliralo bridanje ili osnovni tok izlaznog tranzistora, čime se osigurava stabilni izlazni napon.
● Otpornici povratne veze: Ovi otpornici dijele izlazni napon kako bi generirali napon povratne veze. Pogrešno pojačalo uspoređuje ovaj napon povratne veze s referentnim naponom kako bi postiglo preciznu regulaciju izlaza. Dva otpornika povratne veze su povezani u seriju između VOUT i GND priključaka, a napon na njihovoj sredini se upušta u pogrešno pojačalo.
● Pogrešno pojačalo: Funkcionira kao "inteligentni mozak" serijskog regulatora, pogrešno pojačalo pažljivo uspoređuje napon povratne veze (tj. napon na sredini dijeljenja otpornika povratne veze) s referentnim naponom. Ako napon povratne veze padne ispod referentnog napona, pogrešno pojačalo povećava jačinu pogona za MOSFET, smanjujući njegov drain-source napon i time povećavajući izlazni napon. S druge strane, ako napon povratne veze premaši referentni napon, pojačalo smanjuje jačinu pogona za MOSFET, povećavajući drain-source napon i smanjujući izlazni napon.
U ovom članku dalje istražujemo načine rada, funkcije i shematske konfiguracije nekoliko vrsta regulatora napona. U sljedećem dijelu objasniti ćemo mehanizam dinamičke regulacije linearnih regulatora i razliku između trostranih regulatora i LDO (Low Dropout) regulatora.
