Atšķirības starp lineārregulatoriem switching regulatoriem un sērijregulatoriem

1. Lineārie regultori vs. impulssaites regultori

Lineārijam regulatorijam nepieciešama ieejas spriegums, kas ir augstāks par izvades spriegumu. Tas kontrolē atšķirību starp ieejas un izvades spriegumiem, ko sauc par dropout spriegumu, mainot savas iekšējās regulēšanas elementa (piemēram, tranzistora) impedanci.

Iedomājieties lineāro regulatoru kā precīzu “sprieguma kontroles ekspertu”. Kad saskaras ar pārāk lielu ieejas spriegumu, tas noteikti “darbojas” “atgriežot” daļu, kas pārsniedz vēlamo izvades līmeni, nodrošinot, ka izvades spriegums paliek nemainīgs. Pārsniedzējais spriegums, kas “izgriezts”, beigu beigās tiek izdalīts kā siltums, uzturējot stabila izvadi.

Saistībā ar shēmas konfigurāciju tipisks virknē lineāris regultors izmanto kļūdas pastiprinātāju, referenču sprieguma avotu un tranzistoru, lai veidotu slēgtu atgriezenisko saiti, kas nepārtraukti uzrauga un labo izvades spriegumu reāllaikā.

Lineārie regultori galvenokārt ietver trīskontaktu regultorus un LDO (Low Dropout) regultorus. Pirmie izmanto tradicionālu arhitektūru, kas prasa salīdzinoši lielu ieejas un izvades spriegumu atšķirību (parasti ≥2 V), kas rezultē zemākā efektivitāte, un tie ir piemēroti vidējiem un augsti enerģētiskiem pielietojumiem. Savukārt LDO regultori ir optimizēti minimālam dropout spriegumam (līdz pat 0.1 V), padarot tos ideāli tādiem gadījumiem, kad ieejas un izvades spriegumi ir tuvi—piemēram, akumulatoru apgādāmajos ierīcēs—taču nepieciešama rūpīga termiskā izstrāde.

1. attēls parāda lineāro un impulssaites regulatoru darbības principus.

Impulssaites regultori, savukārt, kontrolē enerģijas pārnesanas pienākuma ciklu, mainot enerģijas pārslēgumu (piemēram, MOSFET) vadības un atslēgšanas laiku. Ieejas spriegums tad tiek pārveidots par stabiliem vidējiem izvades spriegumiem, izmantojot induktoru un kondensatoru enerģijas krājumu un filtrēšanu.

To būtiska īpašība ir “šķēres stilā” regulēšana: ieejas spriegums tiek sadalīts augstā frekvencē, un enerģijas piegāde izvadei tiek kontrolēta, mainot slēdziena pienākuma ciklu. Šis pieeja sasniedz nozīmisami augstāku efektivitāti salīdzinājumā ar lineārajām regultoriem.

Impulssaites regultoru bieži sastopami topoloģijas ietver Buck (samazināšana), Boost (paaugstināšana) un citus, atbalstot plašus ieejas sprieguma diapazonus, kas padara tos piemērotiem augstai enerģijai vai videņiem ar lielām ieejas sprieguma svārstībām.

2. attēls sniedz salīdzinājumu starp lineārām un impulssaites regultoriem. Jūs varat izvēlēties atbilstošo tipu atkarībā no jūsu specifiskajām vajadzībām: izmantojiet lineāro regultoru, ja prioritāte ir zemai troksnei un shēmas vienkāršotai; izvēlieties impulssaites regultoru, ja nepieciešama augsta efektivitāte un augsts enerģijas piegāde.

2. Seriālie sprieguma regultori

Seriālais sprieguma regultors ir novietots starp enerģijas avotu un slodzi, darbojoties kā precīzs “sprieguma regūlēšanas sargs”. Tā darbības princips ietver mainīgā rezistora pretestības dinamisku pielāgošanu atkarībā no ieņemtā sprieguma vai izvades strāvas maiņas, tādējādi uzturējot izvades spriegumu stabili, iepriekš noteiktā vērtībā.

Modernajā elektronikas tehnoloģijā seriālo regultoru IC izmanto aktīvos elementus — piemēram, MOSFET vai bipolāras savienojuma tranzistorus (BJT) — lai eleganti aizstātu tradicionālos mainīgos rezistorus, būtiski uzlabojot regultora veiktspēju un uzticamību.

Seriālā sprieguma regultora shēma ir precīza un labi strukturēta, galvenokārt sastāvotā no šādiem četriem pamatkomponentiem:

● Izvades tranzistors: Savienots seriāli starp regultora ieņemto un izvadīto kontaktu, tas darbojas kā tiltis, kas savieno augšupējo enerģijas avotu ar apakšējo slodzi. Kad notiek ieņemtā sprieguma vai izvades strāvas svārstības, kļūdas pastiprinātāja signāls precīzi kontrolē šī tranzistora vartiņu spriegumu (MOSFET gadījumā) vai bāzes strāvu (BJT gadījumā).

● References sprieguma avots: Darbojoties kā stabils mērķis kļūdas pastiprinātājam, references sprieguma avots spēlē kritisko lomu. Kļūdas pastiprinātājs atkarībā no šī fiksētā referencē precīzi reglamentē izvades tranzistora vartiņu vai bāzes, nodrošinot stabila izvades sprieguma saglabāšanu.

● Atgriezeniskās saites rezistori: Šie rezistori sadala izvades spriegumu, lai radītu atgriezeniskās saites spriegumu. Kļūdas pastiprinātājs salīdzina šo atgriezeniskās saites spriegumu ar references spriegumu, lai sasniegtu precīzu izvades reglamentēšanu. Divi atgriezeniskās saites rezistori ir savienoti seriāli starp VOUT un GND kontaktiem, un viņu viduspunkta spriegums tiek padevēts kļūdas pastiprinātājam.

● Kļūdas pastiprinātājs: Darbojoties kā seriālā regultora “intelektuālais smadzeņu centrālis”, kļūdas pastiprinātājs rūpīgi salīdzina atgriezeniskās saites spriegumu (t.i., atgriezeniskās saites rezistoru dalītāja viduspunkta spriegumu) ar references spriegumu. Ja atgriezeniskās saites spriegums samazinās zemāk par references spriegumu, kļūdas pastiprinātājs palielina MOSFET vadības stiprumu, samazinot tā draudz-avotu spriegumu un tādējādi paaugstinot izvades spriegumu. Otrādi, ja atgriezeniskās saites spriegums pārsniedz references spriegumu, pastiprinātājs samazina MOSFET vadības stiprumu, palielinot tā draudz-avotu spriegumu un atbilstoši samazinot izvades spriegumu.

Šajā rakstā mēs turpinājām pētīt dažādu sprieguma regultoru darbības principus, funkcijas un shēmas. Nākamajā sadaļā mēs izskaidrosim lineāro regultoru dinamisko reglamentēšanas mehānismu un noskaidrosim atšķirības starp trimkontaktu regultoriem un LDO (Low Dropout) regultoriem.