Regulátory napětí odebírají vstupní napětí a vytvářejí regulované výstupní napětí na pevné nebo nastavitelné úrovni. Tato automatická regulace úrovně výstupního napětí je řešena odlišně různými typy regulátorů napětí.
Typy regulátorů napětí
Nejlevnějším a často nejjednodušším typem regulátorů napětí, které lze použít, jsou lineární regulátory napětí. Lineární regulátory jsou kompaktní a často se používají v nízkonapěťových a nízkonapěťových systémech. Spínací regulátory jsou účinnější než lineární regulátory napětí, ale je obtížnější s nimi pracovat a jsou dražší. Zenerovy diody jsou levné a snadno použitelné, ale jsou méně účinné než lineární regulátory.
Lineární regulátory
Jedním z nejzákladnějších způsobů, jak zajistit stabilní napětí pro elektroniku, je použití standardního 3kolíkového lineárního regulátoru napětí, jako je LM7805, který poskytuje 5voltový 1-ampérový výstup se vstupním napětím až 36 voltů (v závislosti na modelu). Lineární regulátory pracují úpravou ekvivalentního sériového odporu (ESR) regulátoru na základě zpětnovazebního napětí, které se v podstatě stává obvodem děliče napětí. To umožňuje regulátoru vydávat konstantní napětí bez ohledu na aktuální zatížení na něj, až do jeho aktuální kapacity. Jednou z velkých nevýhod lineárních regulátorů napětí je velký minimální pokles napětí, který je na standardním lineárním regulátoru napětí LM7805 2,0 voltu. To znamená, že pro získání stabilního výstupu 5 voltů je nutný alespoň vstup 7 voltů. Tento pokles napětí hraje velkou roli ve ztrátovém výkonu lineárního regulátoru, který musí rozptýlit alespoň 2 watty, pokud dodává zátěž 1 A (pokles napětí 2 V krát 1 A). Ztráta výkonu se zhoršuje, jak se rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím rozšiřuje. Například zatímco 7voltový zdroj regulovaný na 5 voltů dodávajících 1 zesilovač rozptyluje 2 watty lineárním regulátorem, 10voltový zdroj regulovaný na 5 voltů dodávající stejný proud rozptyluje 5 wattů, což činí regulátor pouze 50% účinným.
Spínací regulátory
Lineární regulátory jsou skvělým řešením pro nízkoenergetické a nízkonákladové aplikace, kde je rozdíl napětí mezi vstupem a výstupem nízký a není potřeba příliš mnoho energie. Největší nevýhodou lineárních regulátorů je to, že jsou neúčinné, což je místo do hry vstupují spínací regulátory. Pokud je zapotřebí vysoká účinnost nebo se očekává široká škála vstupního napětí, stane se nejlepší volbou spínací regulátor. Regulátory spínacího napětí mají energetickou účinnost 85% nebo lepší ve srovnání s lineární účinností regulátoru napětí, která je často pod 50%. Spínací regulátory obecně vyžadují nad lineárními regulátory další komponenty. Hodnoty komponent mají větší vliv na celkový výkon spínacích regulátorů než lineární regulátory. Existují také konstrukční výzvy při účinném používání spínacích regulátorů, aniž by byla ohrožena výkonnost obvodu vyplývající z elektronického šumu, který regulátor generuje.
Zenerovy diody
Jedním z nejjednodušších způsobů regulace napětí je Zenerova dioda. Zatímco lineární regulátory mají obvykle základní konstrukci, Zenerova dioda poskytuje adekvátní regulaci napětí v jedné složce. Vzhledem k tomu, že Zenerovy diody přemisťují veškeré další napětí nad prahovou hodnotu průrazného napětí na zem, lze je použít jako jednoduchý regulátor napětí s výstupním napětím protaženým přes vodiče Zenerovy diody. Zenové však často mají omezenou schopnost zvládnout napájení, což je omezuje pouze na aplikace s nízkou spotřebou. Pokud používáte Zenerovy diody tímto způsobem, je nejlepší omezit dostupný výkon, který může protékat Zenerem, strategickým výběrem rezistoru správné velikosti.