Voltaj regülatörleri bir giriş voltajı alır ve sabit voltaj seviyesinde ya da ayarlanabilir voltaj seviyesinde giriş voltajından bağımsız olarak regüle edilmiş bir çıkış voltajı oluşturur. Çıkış voltaj seviyesinin bu otomatik düzenlemesi, çeşitli geri besleme teknikleriyle gerçekleştirilir. Bu tekniklerden bazıları bir Zener diyotu kadar basittir. Diğerleri, performansı, güvenilirliği ve verimliliği artıran ve voltaj regülatörüne giriş voltajının üzerinde çıkış voltajını artırmak gibi başka özellikler ekleyen karmaşık geri bildirim topolojilerini içerir. Voltaj regülatörleri, hassas elektronik cihazlara sabit, kararlı bir voltaj sağlanmasını sağlamak için birçok devrede ortak bir özelliktir.
Doğrusal Voltaj Regülatörleri Nasıl Çalışır?
Bilinmeyen ve potansiyel olarak gürültülü bir girişe sahip sabit bir voltajı korumak, hangi ayarlamaların yapılması gerektiğini açıklığa kavuşturmak için bir geri bildirim sinyali gerektirir. Doğrusal regülatörler, bir voltaj bölücü ağın ilk yarısı gibi davranan değişken bir direnç olarak bir güç transistörü kullanır. Voltaj bölücünün çıkışı, sabit bir çıkış voltajını korumak için güç transistörünü uygun şekilde çalıştırır. Transistör bir direnç gibi davrandığından, enerjiyi ısıya dönüştürerek boşa harcar – çoğu zaman çok fazla ısı. Isıya dönüştürülen toplam güç, giriş voltajı ile çıkış voltajı arasındaki voltaj düşüşü ile sağlanan akımın çarpımına eşit olduğundan, dağıtılan güç genellikle çok yüksek olabilir ve iyi soğutucular gerektirir. Doğrusal bir regülatörün alternatif bir biçimi, bir Zener diyot gibi bir şönt regülatördür. Tipik lineer regülatörün yaptığı gibi değişken bir seri direnç olarak hareket etmek yerine, bir şönt regülatörü, aşırı voltajın (ve akımın) içinden akması için bir toprağa giden bir yol sağlar. Bu tip bir regülatör, genellikle tipik bir seri lineer regülatörden daha az verimlidir. Yalnızca çok az güce ihtiyaç duyulduğunda ve sağlandığında pratiktir.
Anahtarlamalı Voltaj Regülatörleri Nasıl Çalışır?
Anahtarlamalı voltaj regülatörü, doğrusal voltaj regülatörlerinden farklı bir prensipte çalışır. Sabit bir çıktı sağlamak için bir voltaj veya akım düşürücü olarak hareket etmek yerine, bir anahtarlama regülatörü enerjiyi belirli bir seviyede depolar ve şarj seviyesinin minimum voltaj dalgalanmasıyla korunmasını sağlamak için geri besleme kullanır. Bu teknik, yalnızca enerji depolama devresi bir enerji patlamasına ihtiyaç duyduğunda, bir transistörü tamamen açarak (minimum dirençle) anahtarlama regülatörünün doğrusal regülatörden daha verimli olmasını sağlar. Bu yaklaşım, iletkenden (çok düşük direnç) iletken olmayana (çok yüksek direnç) ve diğer küçük devre kayıplarına geçiş sırasında anahtarlama sırasında sistemde boşa harcanan toplam gücü transistörün direncine düşürür. Anahtarlamalı regülatör ne kadar hızlı anahtarlanırsa, istenen çıkış voltajını korumak için o kadar az enerji depolama kapasitesi gerekir, bu da daha küçük bileşenlerin kullanılabileceği anlamına gelir. Bununla birlikte, daha hızlı anahtarlamanın maliyeti, iletken ve iletken olmayan durumlar arasında geçiş için daha fazla zaman harcandığından verimlilikte bir kayıptır. Dirençli ısıtmadan daha fazla güç kaybedilir. Daha hızlı anahtarlamanın bir başka yan etkisi, anahtarlama regülatörü tarafından üretilen elektronik gürültüdeki artıştır. Farklı anahtarlama teknikleri kullanarak bir anahtarlama regülatörü şunları yapabilir:
- Giriş voltajını azaltın (buck topolojisi).
- Voltajı yükseltin (topolojiyi artırın).
- İstenilen çıkış voltajını korumak için gerilimi gerektiği gibi azaltın veya yükseltin (buck-boost).
Bu esneklik, anahtarlama regülatörlerini birçok pille çalışan uygulama için mükemmel bir seçim haline getirir çünkü anahtarlama regülatörü, pil boşalırken pilden giriş voltajını artırabilir veya artırabilir.