Regulatori napona uzimaju ulazni napon i stvaraju regulirani izlazni napon bez obzira na ulazni napon na fiksnoj ili podesivoj razini napona. Ovom automatskom regulacijom razine izlaznog napona upravljaju različite tehnike povratne sprege. Neke od ovih tehnika su jednostavne poput Zener diode. Druge uključuju složene povratne topologije koje poboljšavaju izvedbu, pouzdanost i učinkovitost i dodaju druge značajke poput povećanja izlaznog napona iznad ulaznog napona regulatoru napona.
Regulatori napona uobičajena su značajka u mnogim krugovima kako bi se osiguralo da se osjetljiva elektronika opskrbljuje konstantnim, stabilnim naponom.
Kako rade linearni regulatori napona
Održavanje fiksnog napona s nepoznatim i potencijalno šumnim ulazom zahtijeva povratni signal kako bi se razjasnilo koje prilagodbe je potrebno napraviti. Linearni regulatori koriste tranzistor snage kao promjenjivi otpornik koji se ponaša kao prva polovica mreže razdjelnika napona. Izlaz djelitelja napona pokreće tranzistor snage na odgovarajući način za održavanje konstantnog izlaznog napona.
Budući da se tranzistor ponaša kao otpornik, troši energiju pretvarajući je u toplinu - često puno topline. Budući da je ukupna snaga pretvorena u toplinu jednaka padu napona između ulaznog napona i izlaznog napona pomnoženog s dovedenom strujom, rasipana snaga često može biti vrlo visoka, zahtijevajući dobre hladnjake.
Alternativni oblik linearnog regulatora je shunt regulator, kao što je Zener dioda. Umjesto da djeluje kao varijabilni serijski otpor kao što to čini tipični linearni regulator, shunt regulator osigurava put do uzemljenja za protok viška napona (i struje). Ovaj tip regulatora često je manje učinkovit od tipičnog serijskog linearnog regulatora. Praktičan je samo kada je potrebna i isporučena mala snaga.
Kako rade sklopni regulatori napona
Preklopni regulator napona radi na drugačijem principu od linearnih regulatora napona. Umjesto da djeluje kao odvodnik napona ili struje kako bi osigurao konstantan izlaz, prekidački regulator pohranjuje energiju na definiranoj razini i koristi povratnu vezu kako bi osigurao da se razina napunjenosti održava uz minimalno valovitost napona. Ova tehnika omogućuje sklopnom regulatoru da bude učinkovitiji od linearnog regulatora tako što potpuno uključuje tranzistor (s minimalnim otporom) samo kada je krugu za pohranu energije potreban nalet energije. Ovaj pristup smanjuje ukupnu izgubljenu snagu u sustavu na otpor tranzistora tijekom prebacivanja dok prelazi iz provodljivog (vrlo nizak otpor) u nevodljivi (vrlo veliki otpor) i druge male gubitke u krugu.
Što se preklopni regulator brže prebacuje, to mu je potreban manji kapacitet pohrane energije za održavanje željenog izlaznog napona, što znači da se mogu koristiti manje komponente. Međutim, trošak bržeg prebacivanja je gubitak u učinkovitosti jer se više vremena troši na prijelaz između vodljivog i nevodljivog stanja. Gubi se više energije zbog otporničkog zagrijavanja.
Još jedna nuspojava bržeg prebacivanja je povećanje elektroničke buke koju stvara prekidački regulator. Upotrebom različitih tehnika prebacivanja, prekidački regulator može:
- Smanjite ulazni napon (buck topologija).
- Pojačajte napon (topologija pojačanja).
- Oboje smanjuju ili povećavaju napon (buck-boost) prema potrebi za održavanje željenog izlaznog napona.
Ova fleksibilnost čini preklopne regulatore izvrsnim izborom za mnoge aplikacije koje se napajaju baterijama jer preklopni regulator može povećati ili povećati ulazni napon iz baterije kako se baterija prazni.
