Regulátory napětí odebírají vstupní napětí a vytvářejí regulované výstupní napětí bez ohledu na vstupní napětí buď při pevné úrovni napětí, nebo při nastavitelné úrovni napětí. Tato automatická regulace úrovně výstupního napětí je řešena různými technikami zpětné vazby. Některé z těchto technik jsou stejně jednoduché jako Zenerova dioda. Mezi další patří komplexní zpětnovazební topologie, které zlepšují výkon, spolehlivost a účinnost a přidávají další funkce, jako je zvýšení výstupního napětí nad vstupní napětí do regulátoru napětí. Regulátory napětí jsou běžnou součástí mnoha obvodů, aby bylo zajištěno, že do citlivé elektroniky bude dodáváno konstantní a stabilní napětí.
Jak fungují lineární regulátory napětí
Udržování stálého napětí s neznámým a potenciálně hlučným vstupem vyžaduje signál zpětné vazby, který objasní, jaké úpravy je třeba provést. Lineární regulátory používají výkonový tranzistor jako proměnný rezistor, který se chová jako první polovina sítě děliče napětí. Výstup děliče napětí vhodně pohání výkonový tranzistor, aby udržoval konstantní výstupní napětí. Vzhledem k tomu, že se tranzistor chová jako rezistor, ztrácí energii přeměnou na teplo – často hodně tepla. Jelikož se celkový výkon přeměněný na teplo rovná úbytku napětí mezi vstupním napětím a výstupním napětím krát dodávaného proudu, může být rozptýlený výkon často velmi vysoký a vyžaduje dobré chladiče. Alternativní formou lineárního regulátoru je směšovač, jako je Zenerova dioda. Namísto toho, aby fungoval jako proměnný sériový odpor, jak to dělá typický lineární regulátor, poskytuje směšovací regulátor cestu k zemi, kde protéká nadměrné napětí (a proud). Tento typ regulátoru je často méně účinný než typický sériový lineární regulátor. Je to praktické pouze tehdy, když je zapotřebí a dodáno málo energie.
Jak fungují regulátory spínacího napětí
Regulátor spínacího napětí pracuje na jiném principu než lineární regulátory napětí. Spínací regulátor místo toho, aby fungoval jako napěťový nebo proudový jímač pro zajištění konstantního výstupu, ukládá energii na definované úrovni a pomocí zpětné vazby zajišťuje, že je úroveň nabití udržována s minimálním zvlněním napětí. Tato technika umožňuje, aby spínací regulátor byl účinnější než lineární regulátor, když plně zapne tranzistor (s minimálním odporem) pouze tehdy, když obvod pro akumulaci energie potřebuje výbuch energie. Tento přístup snižuje celkový zbytečný výkon v systému na odpor tranzistoru během přepínání, protože přechází z vodivých (velmi nízký odpor) do nevodivých (velmi vysoký odpor) a dalších malých obvodových ztrát. Čím rychleji se spínací regulátor přepne, tím menší kapacitu akumulace energie potřebuje k udržení požadovaného výstupního napětí, což znamená, že lze použít menší komponenty. Náklady na rychlejší přepínání jsou však ztrátou účinnosti, protože přechodu mezi vodivým a nevodivým stavem je věnováno více času. Více energie se ztrácí odporovým ohřevem. Dalším vedlejším účinkem rychlejšího spínání je zvýšení elektronického šumu generovaného spínacím regulátorem. Použitím různých spínacích technik může spínací regulátor:
- Snižte vstupní napětí (topologie buck).
- Zvyšte napětí (topologie topení).
- Oba snižují nebo zvyšují napětí (buck-boost) podle potřeby k udržení požadovaného výstupního napětí.
Díky této flexibilitě je spínací regulátor skvělou volbou pro mnoho aplikací napájených z baterie, protože spínací regulátor může při vybíjení baterie zvyšovat nebo zvyšovat vstupní napětí z baterie.