Linear Regulators, Switching Regulators და Series Regulators-ის განსხვავებანი

1. ლინეარული რეგულატორები და სვიჩქარი რეგულატორები

ლინეარული რეგულატორი მოთხოვნის შემთხვევაში არის შეყვანის დაბადების დაზღვევა მისი გამოყენების დაბადების ზემოთ. ის უკუკრებს შეყვანისა და გამოყენების დაბადების განსხვავებას - რაც ცნობილია როგორც დარჩენის დაბადება - შეცვლით თავისი შინაარსის რეგულირების ელემენტის (როგორიცაა ტრანზისტორი) იმპედანტი.

წარმოიდგინეთ ლინეარული რეგულატორი როგორც ზუსტი "დაბადების კონტროლის ექსპერტი". როდესაც შეეხება არასამართი შეყვანის დაბადებას, ის გადაწყვეტით "მოქმედებს" და "ამოჭრის" ნაწილს, რომელიც აღემატება სასურველ გამოყენების დონეს, რათა დაუკავშირდეს გამოყენების დაბადების მუდმივობა. დამატებითი დაბადება, რომელიც არის "მოჭრილი", ბოლოს დაკარგულია სითბოდ, რაც უზრუნველყოფს სტაბილურ გამოყენებას.

შერჩევითი სქემის მიხედვით, სტანდარტული ლინეარული რეგულატორი იყენებს შეცდომის ამპლიფიკატორს, რეფერენციის დაბადების წყაროს და პასუხის ტრანზისტორს შესაძლებლობის შემთხვევაში დახურული ფედბაქ სისტემის შესაქმნელად, რომელიც უშუალოდ მონიტორებს და კორექტირებს გამოყენების დაბადებას რეალურ დროში.

ლინეარული რეგულატორები ძირითადად მოიცავს სამ-ტერმინალურ რეგულატორებს და LDO (Low Dropout) რეგულატორებს. პირველი იყენებს ტრადიციულ არქიტექტურას, რომელსაც საჭიროა შესაბამისი დიდი შეყვანის-გამოყენების დაბადების განსხვავება (ჩვეულებრივ ≥2 V), რაც იწვევს დაბალ ეფექტურობას და ადვილად შეესაბამება საშუალო-დიდ მოცულობის აპლიკაციებს. შესაბამისად, LDO რეგულატორები არის ოპტიმიზირებული მინიმალური დარჩენის დაბადებისთვის (დამატებით დაბალი რაოდენობა 0.1 V), რაც ხდება იდეალური შემთხვევა იმ სცენარისთვის, როდესაც შეყვანისა და გამოყენების დაბადებები ახლო მდებარეობენ - როგორიცაა ბატარიით დასახელებული მოწყობილობები, თუმცა საჭიროა დარღვევის კარგი დიზაინი.

სურათი 1 ილუსტრირებს ლინეარული და სვიჩქარი რეგულატორების მუშაობის პრინციპს.

სვიჩქარი რეგულატორები, კი, კონტროლიруენ შემდეგი და გამორთვის დროს ენერგიის გადართვის სიტერების (როგორიცაა MOSFETs) შესაბამისად და ადვილად ენერგიის გადართვის დიურაციის რეგულირებას. შეყვანის დაბადება შემდეგ ხდება სტაბილური საშუალო გამოყენების დაბადება ენერგიის შესანახად და ფილტრირებით ინდუქტორებისა და კონდენსატორების მიერ.

მათი ძირითადი ქვედასახე არის "დაჭრის სტილის" რეგულირება: შეყვანის დაბადება დაჭრილია მაღალი სიხშირეზე, და ენერგიის გადასართავად გამოყენებისთვის კონტროლირება ხდება რეგულირებით სიტერის დიურაციის შესაბამისად. ეს მეთოდი ხელისუფლად აღწევს ნაკლებ ეფექტურობას ლინეარული რეგულატორებთან შედარებით.

სვიჩქარი რეგულატორების საერთო ტოპოლოგიები მოიცავს Buck (დარტყმა), Boost (ზრდა) და სხვა, რომლებიც მხარდაჭერენ ფართო შეყვანის დაბადების დიაპაზონს და საშუალებას აძლევენ გამოყენებას დიდ მოცულობის აპლიკაციებში ან გარემოებში, რომელშიც შეყვანის დაბადების დიდი ფლუქტუაციებია დაკავშირებული.

სურათი 2 შეიცავს ლინეარული და სვიჩქარი რეგულატორების შედარებას. შეძლებთ შეარჩიოთ შესაბამისი ტიპი თქვენი კონკრეტული მოთხოვნების შესაბამისად: აირჩიეთ ლინეარული რეგულატორი, როდესაც პრიორიტეტი არის დაბალი ხუთი და სქემის მარტივობა; აირჩიეთ სვიჩქარი რეგულატორი, როდესაც საჭიროა დიდი ეფექტურობა და დიდი მოცულობის გადართვა.

2. სერიული ვოლტაჟის რეგულატორები

სერიული ვოლტაჟის რეგულატორი მდებარეობს ენერგიის წყაროსა და ტვირთს შორის და მუშაობს როგორც ზუსტი "ვოლტაჟის რეგულაციის დამცველი". მისი მუშაობის პრინციპი მოიცავს შესაძლებლობას დინამიურად ადაპტირებს ვარიაბელი რეზისტორის რეზისტენტს შესაბამისად შემოსავალი ვოლტაჟის ან გამოსავალი დენის ცვლილებების შესაბამისად, რათა განათავსოს გამოსავალი ვოლტაჟი სტაბილურად დახურული ფიქსირებული მნიშვნელობაზე.

თანამედროვე ელექტრონულ ტექნოლოგიაში, სერიული რეგულატორის ინტეგრირებული ჩიპები გამოიყენებენ აქტიურ დევისებს - როგორიცაა MOSFET-ები ან ბიპოლარული ჯუნქციური ტრანზისტორები (BJT-ები) - რათა ელეგანტურად ჩანაცვლონ ტრადიციული ვარიაბელი რეზისტორები, რაც საშუალებას აძლევს ნაკლებად გაუმჯობესონ რეგულატორის პერფორმანსს და ნადежებას.

სერიული ვოლტაჟის რეგულატორის შესაბამისი სქემა ზუსტი და კარგად დარგულია და ძირითადად შედგება შემდეგი ოთხი კორე კომპონენტი:

● გამოსავალი ტრანზისტორი: დაკავშირებული რეგულატორის შესაბამის შესავალსა და გამოსავალს შორის, ის მუშაობს როგორც ხარისხის დასაბრუნებელი ტრანზისტორი ზემოთ მდებარე ენერგიის წყაროსა და ქვემოთ მდებარე ტვირთს შორის. როდესაც შემოსავალი ვოლტაჟი ან გამოსავალი დენი ცვლის თავის მნიშვნელობას, შეცდომის ამპლიფიკატორის სიგნალი ზუსტად კონტროლირებს ამ ტრანზისტორის გეიტის ვოლტაჟს (MOSFET-ებისთვის) ან ბაზის დენს (BJT-ებისთვის).

● რეფერენციული ვოლტაჟის წყარო: როგორც შეცდომის ამპლიფიკატორის სტაბილური ბენჩმარკი, რეფერენციული ვოლტაჟის წყარო თავდაპირველი როლის აკეთებს. შეცდომის ამპლიფიკატორი დამყარებულია ამ ფიქსირებულ რეფერენციაზე და ზუსტად რეგულირებს გამოსავალი ტრანზისტორის გეიტს ან ბაზას, რათა უზრუნველყოს სტაბილური გამოსავალი ვოლტაჟი.

● უკუსარების რეზისტორები: ეს რეზისტორები დაყოფებით გამოსავალი ვოლტაჟი შექმნის უკუსარების ვოლტაჟს. შეცდომის ამპლიფიკატორი შედარებს ეს უკუსარების ვოლტაჟი რეფერენციულ ვოლტაჟთან და აღწერს ზუსტ გამოსავალი რეგულაციას. ამ ორი უკუსარების რეზისტორი VOUT-სა და GND-ს შორის დაკავშირებულია და მათი შუა წერტილის ვოლტაჟი შეიძლება შეიტაცოს შეცდომის ამპლიფიკატორში.

● შეცდომის ამპლიფიკატორი: როგორც სერიული რეგულატორის "ინტელექტური გეგმა", შეცდომის ამპლიფიკატორი ზუსტად შედარებს უკუსარების ვოლტაჟს (უკუსარების რეზისტორების დივიდერის შუა წერტილის ვოლტაჟს) რეფერენციულ ვოლტაჟთან. თუ უკუსარების ვოლტაჟი დაეცემა რეფერენციულ ვოლტაჟზე, შეცდომის ამპლიფიკატორი ზრდის მიმართულებას MOSFET-ის მიმართ, რედუცირებს მის დრეინ-სარც ვოლტაჟს და შესაბამისად ზრდის გამოსავალ ვოლტაჟს. პირიქით, თუ უკუსარების ვოლტაჟი აღემატება რეფერენციულ ვოლტაჟს, ამპლიფიკატორი შემცირებს MOSFET-ის მიმართულებას, ზრდის დრეინ-სარც ვოლტაჟს და შესაბამისად შემცირებს გამოსავალ ვოლტაჟს.

ამ სტატიაში ჩვენ უფრო განვიხილეთ რამდენიმე ტიპის ვოლტაჟის რეგულატორების მუშაობის პრინციპები, ფუნქციები და შესაბამისი სქემები. შემდეგ ნაწილში განვიხილავთ ლინიური რეგულატორების დინამიურ რეგულაციის მექანიზმს და განვსაზღვრავთ სამ-ტერმინალური რეგულატორებისა და LDO (Low Dropout) რეგულატორების განსხვავებებს.