Perbedaan Antara Regulator Linear Regulator Switching dan Regulator Seri

1. Regulator Linear vs. Regulator Switching

Regulator linear membutuhkan tegangan input yang lebih tinggi daripada tegangan outputnya. Ia menangani perbedaan antara tegangan input dan output—yang dikenal sebagai tegangan dropout—dengan mengubah impedansi elemen pengatur internalnya (seperti transistor).

Bayangkan regulator linear sebagai seorang "ahli kontrol tegangan" yang tepat. Ketika dihadapkan dengan tegangan input berlebih, ia bertindak tegas dengan "menghilangkan" bagian yang melebihi tingkat output yang diinginkan, memastikan tegangan output tetap konstan. Tegangan berlebih yang "dipotong" akhirnya dibuang sebagai panas, menjaga output stabil.

Dalam hal konfigurasi sirkuit, regulator linear seri biasa menggunakan amplifier kesalahan, sumber tegangan referensi, dan transistor pass untuk membentuk sistem umpan balik tertutup yang terus menerus memantau dan memperbaiki tegangan output secara real time.

Regulator linear terutama mencakup regulator tiga-terminal dan regulator LDO (Low Dropout). Yang pertama menggunakan arsitektur konvensional yang memerlukan perbedaan tegangan input-ke-output yang relatif besar (biasanya ≥2 V), menghasilkan efisiensi yang lebih rendah, dan cocok untuk aplikasi daya menengah hingga tinggi. Sebaliknya, regulator LDO dioptimalkan untuk minimal tegangan dropout (sekecil 0,1 V), menjadikannya ideal untuk skenario di mana tegangan input dan output sangat dekat—seperti pada perangkat bertenaga baterai—meskipun desain termal yang hati-hati diperlukan.

Gambar 1 menggambarkan prinsip kerja regulator linear dan switching.

Regulator switching, di sisi lain, mengontrol waktu konduksi dan pemutusan switch daya (misalnya MOSFET) untuk menyesuaikan siklus tugas transfer energi. Tegangan input kemudian dikonversi menjadi tegangan output rata-rata yang stabil melalui penyimpanan dan penyaringan energi oleh induktor dan kapasitor.

Ciri khas utamanya adalah pengaturan "chopper-style": tegangan input dipotong pada frekuensi tinggi, dan energi yang disampaikan ke output dikendalikan dengan menyesuaikan siklus tugas switch. Pendekatan ini mencapai efisiensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan regulator linear.

Topologi umum dari regulator switching termasuk Buck (penurunan), Boost (peningkatan), dan lainnya, mendukung rentang tegangan input yang luas dan sangat cocok untuk aplikasi daya tinggi atau lingkungan dengan fluktuasi tegangan input yang signifikan.

Gambar 2 memberikan perbandingan antara regulator linear dan switching. Anda dapat memilih jenis yang sesuai berdasarkan kebutuhan spesifik Anda: pilih regulator linear jika prioritas adalah noise rendah dan sirkuit sederhana; pilih regulator switching jika diperlukan efisiensi tinggi dan pengiriman daya tinggi.

2. Regulator Tegangan Seri

Regulator tegangan seri ditempatkan di antara sumber daya dan beban, berfungsi seperti "penjaga regulasi tegangan" yang tepat. Prinsip kerjanya melibatkan penyesuaian dinamis resistansi dari resistor variabel dalam menanggapi perubahan tegangan input atau arus output, sehingga menjaga tegangan output pada nilai yang stabil dan telah ditetapkan.

Dalam teknologi elektronik modern, IC regulator seri menggunakan komponen aktif—seperti MOSFET atau transistor junsi bipolar (BJT)—untuk menggantikan secara elegan resistor variabel tradisional, meningkatkan signifikan kinerja dan keandalan regulator.

Konfigurasi sirkuit regulator tegangan seri adalah presisi dan terstruktur dengan baik, terutama terdiri dari empat komponen inti berikut:

● Transistor Output: Terhubung secara seri antara pin input dan output regulator, ia berfungsi seperti jembatan yang menghubungkan sumber daya hulu dan beban hilir. Ketika terjadi fluktuasi pada tegangan input atau arus output, sinyal dari amplifikasi error mengontrol secara tepat tegangan gerbang (untuk MOSFET) atau arus basis (untuk BJT) dari transistor ini.

● Sumber Tegangan Referensi: Berfungsi sebagai patokan stabil untuk amplifikasi error, sumber tegangan referensi memainkan peran kritis. Amplifikasi error bergantung pada referensi tetap ini untuk mengatur secara akurat gerbang atau basis transistor output, sehingga memastikan tegangan output yang stabil.

● Resistor Umpan Balik: Resistor ini membagi tegangan output untuk menghasilkan tegangan umpan balik. Amplifikasi error membandingkan tegangan umpan balik ini dengan tegangan referensi untuk mencapai regulasi output yang tepat. Dua resistor umpan balik terhubung secara seri antara pin VOUT dan GND, dan tegangan pada titik tengahnya dimasukkan ke dalam amplifikasi error.

● Amplifikasi Error: Berfungsi sebagai "otak cerdas" dari regulator seri, amplifikasi error membandingkan secara hati-hati tegangan umpan balik (yaitu, tegangan pada titik tengah pembagi resistor umpan balik) dengan tegangan referensi. Jika tegangan umpan balik turun di bawah tegangan referensi, amplifikasi error meningkatkan kekuatan penggerak ke MOSFET, mengurangi tegangan drain-sumbernya, dan dengan demikian menaikkan tegangan output. Sebaliknya, jika tegangan umpan balik melebihi tegangan referensi, amplifier mengurangi kekuatan penggerak MOSFET, meningkatkan tegangan drain-sumber, dan menurunkan tegangan output sesuai.

Dalam artikel ini, kami telah lebih jauh menjelajahi prinsip kerja, fungsi, dan konfigurasi sirkuit dari beberapa jenis regulator tegangan. Di bagian selanjutnya, kami akan menjelaskan mekanisme regulasi dinamis dari regulator linier dan mengklarifikasi perbedaan antara regulator tiga-terminal dan LDO (Low Dropout).