Линейті регуляторлар, импульсқа жүктелген регуляторлар және қатардық регуляторлар арасындағы айырмашылықтар

1. Линейные регуляторы vs. Импульсные регуляторы

Линейный регулятор талап етедегі кіріс напряжениесының шығыс напряжениесынан жоғары болуы керек. Ол кіріс мен шығыс напряжение арасындагы айырма - бұл dropout напряжение деп аталатын - оның ішкі регулируушы элементінің (мысалы, транзистор) импедансын өзгертіп, басқарады.

Линейді регуляторды дәл "напряжение контролінің эксперти" деп естеп, өте жоғары кіріс напряжениесымен кездескенде, ол қажетті шығыс деңгейінен жоғары қалған бөлігін "қысқартып" тұратындығын ескеріңіз, сонда шығыс напряжение тұрақты қалады. "Қысқартылған" артық напряжение соңында жылу түрінде жойылып, тұрақты шығыс қамтамасыз етіледі.

Схемалық конфигурация жағынан, типтік сериялық линейді регулятор хата көбейткішін, эталон напряжение қызметкерін және өту транзисторын пайдаланып, реал уақытта шығыс напряжениесын және оны түзетуді жалғастырып отырған ауыстыру бағыттағы отзыв системасын құрайды.

Линейді регуляторлар негізінен үш терминалды регуляторлар және LDO (Low Dropout) регуляторларын қамтиды. Біріншісі әдеттеңізді құрылымын қолданып, кіріс-шығыс напряжение айырмасына (әдетте ≥2 В) қатысты төмен емес керек, сондықтан ол қатынас төмен, орта-жоғары өнеркәсіптік қолданыс үшін қолайлы. Сол сияқты, LDO регуляторлары минималды dropout напряжение (азайту 0.1 В) үшін оптимизделген, олар кіріс және шығыс напряжение бір-біріне жақын болған жағдайлар үшін - мысалы, батареялық құрылымдарда - идеалды, бірақ термодизайнға қарау керек.

Сурет 1 линейді және импульс регуляторлардың қызмет ететін принциптерін көрсетеді.

Басқа жағынан, импульс регуляторлар энергия передачасының duty cycle-ын өзгерту үшін энергия переключательлерінің (мысалы, MOSFET) өту мен өтуін басқарады. Кіріс напряжениесы индуктивтер мен конденсаторлар арқылы энергия сақталу және фильтрлеу арқылы тұрақты орташа шығыс напряжениеға айналдырылады.

Олардың негізгі өзіндігі "чоппер стилінде" регулировка: кіріс напряжениесы жоғары дауыста бөлінеді, ал шығысқа берілетін энергия переключатель duty cycle-ын өзгерту арқылы басқарылады. Бұл подход линейді регуляторлармен салыстырғанда маңызды артықшылықты ұсынады.

Импульс регуляторлардың кең таралған топологиялары Buck (step-down), Boost (step-up) және басқалары, кең кіріс напряжение аралықтарын қолдайды және олар жоғары өнеркәсіптік қолданыстар немесе кіріс напряжение өзгерістеріне қатысты мезгілдер үшін ыңғайлы.

Сурет 2 линейді және импульс регуляторларды салыстырады. Сіз өзіңіздің қажеттеріңізге қарай тура келетін түрді таңдауға болады: төмен тыю және схеманың қарапайымдығы маңызды болса, линейді регуляторды таңдаңыз; жоғары өнеркәсіп және жоғары энергия передачасы қажет болса, импульс регуляторды таңдаңыз.

2. Сериялық напряжение регуляторлары

Сериялық напряжение регуляторы энергетік баспасы мен жүк аралығында орналасқан, дәл “напряжение регуляциясының қорғаушысы” сияқты әрекет етеді. Аның әрекеттік принципі – енгізу напряжаниясының немесе шығыс тұрғысынан өзгерген жүрімдегі өзгермелі қарсылықтың өзгертуі арқылы, шығыс напряжаниясын стабилді, авансирленген мәнде сақтау.

Жаңа электрондық технологияларда, сериялық регулятор IC-лері MOSFET немесе биполярлық килемдер (BJT) сыяқты активті құрылғыларды қолданып, әдетте өзгермелі қарсылықтарды қысқартып, регулятордың әрекетін және иттикалдылығын өзартады.

Сериялық напряжение регуляторының электрек схемасы дәл және құрылымы таза, төмендегі төрт негізгі компоненттан тұрады:

● Шығыс транзисторы: Регулятордың енгізу және шығыс пиндері арасында серияла түрде қосылатын, бұл транзистор баспасы мен жүк арасындағы мост сияқты әрекет етеді. Енгізу напряжаниясының немесе шығыс тұрғысынан өзгерістер болғанда, қате амплификаторының сигналы бұл транзистордың заттақ (MOSFET үшін) немесе база тұрғысын (BJT үшін) дәл өзгертеді.

● Салыстыру напряжение баспасы: Бұл баспа қате амплификаторының стабилді эталон ретінде қызмет етеді. Қате амплификаторы бұл тұрақты баспаны қолданып, шығыс транзистордың заттақ (MOSFET үшін) немесе база тұрғысын (BJT үшін) дәл өзгертеді, сонымен шығыс напряжаниясының стабилділігін қамтамындары.

● Пайдаланулық қарсылықтар: Бұл қарсылықтар шығыс напряжаниясын бөлетін, пайдаланулық напряжание үтірін жасайды. Қате амплификаторы бұл пайдаланулық напряжение үтірін салыстыру напряжаниясымен салыстырып, дәл шығыс регуляциясын жасайды. Екі пайдаланулық қарсылық VOUT және GND пиндері арасында серияла қосылады, ал олардың орталық нүктесіндегі напряжация қате амплификаторына қосылады.

● Қате амплификаторы: Сериялық регулятордың “оқиғалы миын” ретінде қате амплификаторы пайдаланулық напряжение үтірін (яғни, пайдаланулық қарсылық бөлу үтірінің орталық нүктесіндегі напряжация) салыстыру напряжаниясымен дәл салыстырады. Егер пайдаланулық напряжение үтірі салыстыру напряжаниясынан төмен болса, қате амплификаторы MOSFET-ке берілетін драйв үлкендейді, сонымен drain-source напряжаниясын азайтады және шығыс напряжаниясын арттырады. Керісінше, егер пайдаланулық напряжение үтірі салыстыру напряжаниясынан жоғары болса, амплификатор MOSFET-ке берілетін драйвін азайтады, drain-source напряжаниясын арттырады және шығыс напряжаниясын азайтады.

Бұл мақалада, біз напряжение регуляторларының аралық түрлерінің әрекеттік принциптерін, функционалдық қасиеттерін және электрек схемаларын қысқаша зерттедік. Келесі мақалада, біз сызықты регуляторлардың динамикалық регуляция механизмін түсіндіредік және үш пинлі регуляторлар мен LDO (Low Dropout) регуляторлары арасындағы айырмашылықтарды анықтаймыз.