تنظیم کننده های ولتاژ یک ولتاژ ورودی می گیرند و یک ولتاژ خروجی تنظیم شده بدون توجه به ولتاژ ورودی در سطح ولتاژ ثابت یا سطح ولتاژ قابل تنظیم ایجاد می کنند. این تنظیم خودکار سطح ولتاژ خروجی توسط تکنیک های بازخورد مختلف انجام می شود. برخی از این تکنیک ها به سادگی دیود زنر هستند. سایر موارد شامل توپولوژی های بازخورد پیچیده ای است که عملکرد، قابلیت اطمینان و کارایی را بهبود می بخشد و ویژگی های دیگری مانند افزایش ولتاژ خروجی بالاتر از ولتاژ ورودی به تنظیم کننده ولتاژ اضافه می کند.
تنظیم کننده های ولتاژ یک ویژگی مشترک در بسیاری از مدارها هستند تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ ثابت و پایداری برای الکترونیک حساس تامین می شود.
نحوه کار رگولاتورهای ولتاژ خطی
حفظ یک ولتاژ ثابت با ورودی ناشناخته و بالقوه نویز به یک سیگنال بازخورد نیاز دارد تا مشخص شود چه تنظیماتی باید انجام شوند. رگولاتورهای خطی از ترانزیستور قدرت به عنوان یک مقاومت متغیر استفاده می کنند که مانند نیمه اول یک شبکه تقسیم ولتاژ رفتار می کند. خروجی تقسیم‌کننده ولتاژ، ترانزیستور قدرت را به‌طور مناسب برای حفظ ولتاژ خروجی ثابت هدایت می‌کند.
از آنجایی که ترانزیستور مانند یک مقاومت رفتار می کند، با تبدیل آن به گرما و اغلب گرمای زیاد، انرژی را هدر می دهد. از آنجایی که کل توان تبدیل شده به گرما برابر است با افت ولتاژ بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی ضربدر جریان عرضه شده، توان تلف شده اغلب می تواند بسیار زیاد باشد و نیاز به هیت سینک های خوبی دارد.
یک شکل جایگزین از یک تنظیم کننده خطی یک تنظیم کننده شنت است، مانند دیود زنر. به جای اینکه مانند رگولاتور خطی معمولی به عنوان یک مقاومت سری متغیر عمل کند، یک رگولاتور شنت مسیری را برای عبور ولتاژ (و جریان) اضافی به زمین فراهم می کند.این نوع رگولاتور اغلب نسبت به یک رگولاتور خطی سری معمولی کارایی کمتری دارد. این فقط زمانی عملی است که برق کمی مورد نیاز و تامین شود.
چگونه تنظیم کننده های ولتاژ سوئیچینگ کار می کنند
تنظیم کننده ولتاژ سوئیچینگ بر اساس اصولی متفاوت از تنظیم کننده های ولتاژ خطی کار می کند. رگولاتور سوئیچینگ به جای اینکه به عنوان یک ولتاژ یا جریان برای ارائه خروجی ثابت عمل کند، انرژی را در یک سطح تعریف شده ذخیره می کند و از بازخورد استفاده می کند تا اطمینان حاصل شود که سطح شارژ با حداقل موج ولتاژ حفظ می شود. این تکنیک به رگولاتور سوئیچینگ اجازه می دهد تا با روشن کردن کامل ترانزیستور (با حداقل مقاومت) تنها زمانی که مدار ذخیره انرژی نیاز به انفجار انرژی دارد، نسبت به رگولاتور خطی کارآمدتر باشد. این روش کل توان تلف شده در سیستم را به مقاومت ترانزیستور در طول سوئیچینگ کاهش می دهد زیرا از رسانایی (مقاومت بسیار کم) به نارسانا (مقاومت بسیار بالا) و سایر تلفات مدار کوچک تبدیل می شود.
هر چه رگولاتور سوئیچینگ سریعتر سوئیچ شود، ظرفیت ذخیره انرژی کمتری برای حفظ ولتاژ خروجی مورد نظر نیاز دارد، به این معنی که می توان از قطعات کوچکتر استفاده کرد. با این حال، هزینه سوئیچینگ سریعتر از دست دادن کارایی است زیرا زمان بیشتری برای انتقال بین حالت رسانا و غیر رسانا صرف می شود. انرژی بیشتری از گرمایش مقاومتی تلف می شود.
یکی دیگر از عوارض سوئیچینگ سریعتر، افزایش نویز الکترونیکی تولید شده توسط رگولاتور سوئیچینگ است. با استفاده از تکنیک های مختلف سوئیچینگ، یک تنظیم کننده سوئیچینگ می تواند:
- ولتاژ ورودی را پایین بیاورید (توپولوژی باک).
- افزایش ولتاژ (توپولوژی تقویت کننده).
- هر دو در صورت نیاز ولتاژ را پایین آورده یا افزایش دهید (باک بوست) تا ولتاژ خروجی مورد نظر را حفظ کنید.
این انعطاف‌پذیری تنظیم‌کننده‌های سوئیچینگ را برای بسیاری از برنامه‌های باطری به گزینه‌ای عالی تبدیل می‌کند، زیرا رگولاتور سوئیچینگ می‌تواند ولتاژ ورودی باتری را با تخلیه باتری افزایش یا افزایش دهد.
