Razlike između linearnih regulatora snage switching regulatora i serijalnih regulatora
1. Linearni regulatori u usporedbi sa prekidnim regulatorima
Linearni regulator zahteva ulaznu napetost veću od izlazne napetosti. On rukuje razlikom između ulazne i izlazne napetosti, poznatom kao napetost padanja, menjajući impedans svojih internih regulacionih elemenata (kao što je tranzistor).
Zamislite linearni regulator kao preciznog "stručnjaka za kontrolu napetosti." Kada se suoči sa prekomerno velikom ulaznom napetnošću, odlučno "postupa" tako što "odseca" deo koji prelazi željenu izlaznu razinu, osiguravajući da izlazna napetost ostane konstantna. Prekomerna napetost koja je "odsečena" konačno se ispaljuje kao toplota, održavajući stabilan izlaz.
U pogledu konfiguracije šeme, tipični serijeski linearni regulator koristi amplitudu greške, referentni izvor napetosti i provodni tranzistor kako bi formirao zatvoreni petljanje sistemi koji kontinuirano nadgleda i ispravlja izlaznu napetost u stvarnom vremenu.
Linearni regulatori uglavnom uključuju troelektronske regulatora i LDO (Low Dropout) regulatora. Prvi koriste konvencionalnu arhitekturu koja zahteva relativno veliku razliku između ulazne i izlazne napetosti (obično ≥2 V), što dovodi do niže efikasnosti, i su prikladni za srednje- do visokosnabdevanje. S druge strane, LDO regulatori su optimizovani za minimalnu napetost padanja (do 0.1 V), čime postaju idealni za scenarije gde su ulazna i izlazna napetosti bliske - kao što su uređaji sa baterijama - mada je potrebno pažljivo termalno dizajniranje.
Slika 1 ilustruje načela rada linearnih i prekidnih regulatora.
Sa druge strane, prekidni regulatori kontrolisu vreme provedeno u stanju provodnosti i vreme isključenja električnih prekidača (recimo MOSFET-a) kako bi prilagodili ciklus dužine energijskog prenosa. Ulazna napetost se onda pretvara u stabilnu srednju izlaznu napetost putem skladištenja i filtriranja induktivnosti i kapacitivnosti.
Njihova ključna karakteristika je "čupanje" regulacije: ulazna napetost se čupi na visokoj brzini, a energija dostavljena na izlaz se kontrolise podesavanjem dužine ciklusa prekidača. Ovaj pristup postiže znatno veću efikasnost u poređenju sa linearnim regulatorima.
Zajedničke topologije prekidnih regulatora uključuju Buck (snizivanje), Boost (podizanje) i druge, podržavajuši širok spektar ulaznih napetosti i budući prikladni za visokosnabdevanje aplikacije ili okruženja sa značajnim fluktuacijama ulazne napetosti.
Slika 2 daje upoređivanje linearnih i prekidnih regulatora. Možete odabrati odgovarajući tip na osnovu vaših specifičnih potreba: izaberite linearni regulator kada su prioriteti niska buka i jednostavnost šeme; opterite se prekidnim regulatorom kada su potrebna visoka efikasnost i visoko snabdevanje.
| Karakteristike | Linearni regulator | Regulator sa prekidanjem |
| Efikasnost | Niska (velika gubitna snaga kada je razlika naponâ velika) | Visoka (80%-95%) |
| Zahtev za odvajanjem toplote | Potreban hlađivač (toplina se direktno ispušta) | Niski (toplina se generiše indirektno zbog gubitaka pri prekidanju) |
| Šum | Čisto izlazno napajanje, bez visokofrekventnih fluktuacija | Postoji šum pri prekidanju, potrebna optimizacija filtera |
| Scenariji primene | Niskosnabdevni, visokoprecizni izvori napajanja (npr. senzori) | Visokosnabdevni, široki raspon ulaznih naponâ (npr. moduli napajanja) |
2. Serijski regulatori napona
Serijski regulator napon je postavljen između izvora struje i opterećenja, delujući kao precizan "čuvar regulacije napona." Njegov način rada uključuje dinamičko podešavanje otpora varijabilnog otpornika u odgovor na promene ulaznog napona ili izlazne struje, čime se održava izlazni napon na stabilnoj, prethodno postavljenoj vrednosti.
U modernoj elektronskoj tehnologiji, serijski regulatori IC koriste aktivne uređaje – poput MOSFET-a ili bipolarnih spojevnih tranzistora (BJT) – da elegantno zamenjuju tradicionalne varijabilne otpornike, značajno unapređujući performanse i pouzdanost regulatora.
Konfiguracija kola serijskog regulatora napona je precizna i dobro strukturirana, sastoji se uglavnom od sledećih četiri ključna komponenta:
● Izlazni tranzistor: Povezan u seriju između ulaznih i izlaznih pinova regulatora, on deluje kao most koji spaja izvor struje sa opterećenjem. Kada se pojave fluktuacije ulaznog napona ili izlazne struje, signal greškog pojačala precizno kontrolira bramnu napetost (za MOSFET-e) ili baznu struju (za BJT-ove) ovog tranzistora.
● Izvor referentne napetosti: Služi kao stabilni referentni standard za greškog pojačalo, igra ključnu ulogu. Greškog pojačalo se oslanja na ovu fiksnu referentnu napetost kako bi tačno regulisalo bramu ili bazu izlaznog tranzistora, čime se osigurava stabilan izlazni napon.
● Otpornici povratne veze: Deli izlazni napon kako bi generisao napetost povratne veze. Greškog pojačalo upoređuje ovu napetost povratne veze sa referentnom napetoscu kako bi dostiglo tačnu regulaciju izlaza. Dva otpornika povratne veze su povezani u seriju između VOUT i GND pinova, a napetost na njihovoj sredini se upušta u greškog pojačalo.
● Greškog pojačalo: Funkcioniše kao "inteligentni mozak" serijskog regulatora, pažljivo upoređuje napetost povratne veze (to jest, napetost na sredini delilaca otpornika povratne veze) sa referentnom napetoscu. Ako napetost povratne veze padne ispod referentne napetosti, greškog pojačalo povećava snagu pogona MOSFET-u, smanjujući njegovu napetost između drenca i izvoda, čime se podiže izlazni napon. S druge strane, ako napetost povratne veze premaši referentnu napetost, pojačalo smanjuje snagu pogona MOSFET-u, povećavajući napetost između drenca i izvoda i smanjujući izlazni napon.
U ovom članku dalje istražujemo načine rada funkcije i konfiguracije kola nekoliko tipova regulatora napona. U narednom delu objasniti ćemo mehanizam dinamičke regulacije linearnih regulatora i razliku između trostruki regulatora i LDO (Low Dropout) regulatora.
