Pagkakaiba ng Linear Regulators Switching Regulators at Series Regulators

1. Regulador Linear vs. Regulador Switching

Ang isang regulador linear ay nangangailangan ng isang input voltage na mas mataas kaysa sa output voltage nito. Ito ay nagpapahayag ng pagkakaiba sa pagitan ng input at output voltages—na kilala bilang dropout voltage—sa pamamagitan ng pagbabago ng impedance ng internal regulating element nito (tulad ng transistor).

Isipin ang isang regulador linear bilang isang mahusay na "eksperto sa pagkontrol ng voltage." Kapag hinaharap ang labis na input voltage, ito ay matiyagang "umaksyon" sa pamamagitan ng "pagputol" ng bahagi na lumalampas sa inaasahang output level, upang tiyakin na ang output voltage ay mananatiling pantay. Ang labis na voltage na "itinrim" ay huling dinisenyado bilang init, na nagpapanatili ng isang matatag na output.

Sa termino ng configuration ng circuit, ang isang tipikal na series linear regulator ay gumagamit ng isang error amplifier, isang reference voltage source, at isang pass transistor para mabuo ang isang closed-loop feedback system na patuloy na monitore at kumorekta ng output voltage sa real time.

Ang mga regulador linear ay pangunahing binubuo ng three-terminal regulators at LDO (Low Dropout) regulators. Ang unang-una ay gumagamit ng isang tradisyonal na arkitektura na nangangailangan ng isang relatyibong malaking input-to-output voltage difference (karaniwang ≥2 V), na nagreresulta sa mas mababang efficiency, at angkop para sa medium- hanggang high-power applications. Sa kabilang banda, ang mga LDO regulators ay optimized para sa minimal dropout voltage (bilang mababa na 0.1 V), kaya sila ay ideal para sa mga scenario kung saan ang input at output voltages ay malapit—tulad ng sa mga battery-powered devices—bagaman ang mapagmatyagang thermal design ay kinakailangan.

Ang Figure 1 ay nagpapakita ng mga prinsipyong operasyon ng linear at switching regulators.

Sa kabilang banda, ang mga switching regulators ay kontrol ang timing ng conduction at turn-off ng mga power switches (halimbawa, MOSFETs) upang ayusin ang duty cycle ng energy transfer. Ang input voltage ay pagkatapos ay inililipat sa isang matatag na average output voltage sa pamamagitan ng energy storage at filtering ng mga inductors at capacitors.

Ang kanilang pangunahing katangian ay "chopper-style" regulation: ang input voltage ay hinahati sa mataas na frequency, at ang energy na idinedeliver sa output ay kontrolado sa pamamagitan ng pag-aayos ng switch duty cycle. Ang approach na ito ay nagpapahiwatig ng mararaming mas mataas na efficiency kumpara sa mga regulador linear.

Ang mga karaniwang topologies ng switching regulators ay kasama ang Buck (step-down), Boost (step-up), at iba pa, na sumusuporta sa malawak na input voltage ranges at angkop para sa high-power applications o mga kapaligiran na may malaking pagbabago sa input voltage.

Ang Figure 2 ay nagbibigay ng isang pagsusuri sa pagitan ng linear at switching regulators. Maaari kang pumili ng angkop na uri batay sa iyong partikular na pangangailangan: pumili ng isang linear regulator kapag ang mababang noise at simpleng circuit ang prioridad; pumili ng isang switching regulator kapag ang mataas na efficiency at mataas na power delivery ang kinakailangan.

2. Regulator ng Boltang Serye

Ang regulator ng boltang serye ay nakalagay sa pagitan ng pinagmulan ng lakas at ng load, gumaganap bilang isang maingat na "tagapagbantay ng regulasyon ng voltage." Ang prinsipyong operasyon nito ay kumakatawan sa dinamikong pag-ayos ng resistensiya ng variable resistor sa tugon sa mga pagbabago sa input voltage o output current, upang panatilihin ang output voltage sa isang matatag at pre-set na halaga.

Sa modernong teknolohiya ng elektronika, ang mga IC ng serye ng regulator ay gumagamit ng mga aktibong device—tulad ng MOSFETs o bipolar junction transistors (BJTs)—upang magandang palitan ang mga tradisyonal na variable resistors, na nagpapataas ng kaunti ng performance at reliabilidad ng regulator.

Ang konfigurasyon ng circuit ng serye ng voltage regulator ay tumpak at maayos, na pangunahing binubuo ng sumusunod na apat na core components:

● Output Transistor: Nakakonekta sa serye sa pagitan ng input at output pins ng regulator, ito ay gumaganap bilang tulay na naka-link sa upstream power source at downstream load. Kapag may mga pagbabago sa input voltage o output current, ang signal mula sa error amplifier ay maingat na kontrol ang gate voltage (para sa MOSFETs) o base current (para sa BJTs) ng transistor na ito.

● Reference Voltage Source: Bilang isang matatag na benchmark para sa error amplifier, ang reference voltage source ay naglalarawan ng isang mahalagang papel. Ang error amplifier ay umaasa sa fixed na reference na ito upang maingat na regulahan ang gate o base ng output transistor, upang tiyakin ang isang matatag na output voltage.

● Feedback Resistors: Ang mga resistor na ito ay naghihiwa-hiwalay ng output voltage upang lumikha ng feedback voltage. Ang error amplifier ay nagsasalungat ng feedback voltage na ito sa reference voltage upang makamit ang maingat na regulasyon ng output. Ang dalawang feedback resistors ay nakakonekta sa serye sa pagitan ng VOUT at GND pins, at ang voltage sa kanilang midpoint ay inilalagay sa error amplifier.

● Error Amplifier: Bilang ang "intelligent brain" ng serye ng regulator, ang error amplifier ay maingat na nagsasalungat ng feedback voltage (i.e., ang voltage sa midpoint ng feedback resistor divider) sa reference voltage. Kung ang feedback voltage ay bumaba sa ibaba ng reference voltage, ang error amplifier ay tumataas ng drive strength sa MOSFET, binabawasan ang drain-source voltage at kaya't tumaas ang output voltage. Sa kabaligtaran, kung ang feedback voltage ay lumampas sa reference voltage, ang amplifier ay binabawasan ang drive strength ng MOSFET, tumataas ang drain-source voltage at bumababa ang output voltage nang tugma.

Sa artikulong ito, kami ay mas malayo pa ring nag-explore ng mga prinsipyo ng paggana, mga tungkulin, at mga konfigurasyon ng circuit ng ilang uri ng voltage regulators. Sa susunod na bahagi, kami ay ipaliwanag ang mekanismo ng dynamic regulation ng linear regulators at linawin ang mga pagkakaiba sa pagitan ng three-terminal regulators at LDO (Low Dropout) regulators.