Стабилизаторите на напрежение приемат входно напрежение и създават регулирано изходно напрежение на фиксирано или регулируемо ниво. Това автоматично регулиране на нивото на изходното напрежение се обработва по различен начин от различни видове регулатори на напрежение.
Видове регулатори на напрежение
Най-достъпният и често най-лесният тип регулатори на напрежението са линейните регулатори на напрежение. Линейните регулатори са компактни и често се използват в системи с ниско напрежение и ниска мощност. Превключващите регулатори са по-ефективни от линейните регулатори на напрежението, но са по-трудни за работа и са по-скъпи. Ценеровите диоди са евтини и лесни за използване, но са по-малко ефективни от линейните регулатори.
Линейни регулатори
Един от най-основните начини за осигуряване на стабилно напрежение за електрониката е използването на стандартен 3-пинов линеен регулатор на напрежението, като LM7805, който осигурява 5-волтов, 1-ампер изход с входно напрежение при до 36 волта (в зависимост от модела).
Линейните регулатори работят, като регулират еквивалентното серийно съпротивление (ESR) на регулатора въз основа на напрежението на обратната връзка, като по същество се превръщат във верига на делител на напрежение. Това позволява на регулатора да извежда постоянно напрежение, независимо от текущия товар, поставен върху него, до текущия му капацитет.
Един от големите недостатъци на линейните регулатори на напрежение е големият минимален спад на напрежението, който е 2,0 волта при стандартния линеен регулатор на напрежение LM7805. Това означава, че за да получите стабилен изход от 5 волта, е необходим поне 7-волтов вход. Този спад на напрежението играе голяма роля в мощността, разсейвана от линейния регулатор, който трябва да разсейва поне 2 вата, ако доставя товар от 1 ампер (спад на напрежението от 2 волта по 1 ампер).
Разсейването на мощността се влошава, когато разликата между входното и изходното напрежение се увеличава. Например, докато 7-волтов източник, регулиран на 5 волта, доставящ 1 ампер, разсейва 2 вата през линейния регулатор, 10-волтов източник, регулиран на 5 волта, доставящ същия ток, разсейва 5 вата, което прави регулатора само 50% ефективен.
Превключване на регулатори
Линейните регулатори са страхотни решения за приложения с ниска мощност и ниска цена, където разликата в напрежението между входа и изхода е малка и не се изисква много мощност. Най-големият недостатък на линейните регулатори е, че те са неефективни, което е мястото, където превключващите регулатори влизат в действие.
Когато е необходима висока ефективност или се очаква широк диапазон на входно напрежение, превключващият регулатор става най-добрият вариант. Превключващите регулатори на напрежение имат енергийна ефективност от 85% или по-добра в сравнение с ефективността на линейния регулатор на напрежение, която често е под 50%.
Превключващите регулатори обикновено изискват допълнителни компоненти в сравнение с линейните регулатори. Стойностите на компонентите имат по-голям ефект върху цялостната работа на импулсните регулатори, отколкото на линейните регулатори. Съществуват и предизвикателства при проектирането при ефективното използване на превключващите регулатори, без да се компрометира работата на веригата в резултат на електронния шум, който регулаторът генерира.
Ценерови диоди
Един от най-простите начини за регулиране на напрежението е с ценеров диод. Докато линейните регулатори обикновено са основни по дизайн, ценеровият диод осигурява адекватно регулиране на напрежението в един компонент.
Тъй като Zener диодите шунтират цялото допълнително напрежение над неговия праг на пробивното напрежение към земята, той може да се използва като обикновен регулатор на напрежение с изходно напрежение, изтеглено през проводниците на Zener диода.
Въпреки това, ценерите често имат ограничена способност да се справят с мощност, което ги ограничава само до приложения с ниска мощност. Когато използвате ценерови диоди по този начин, най-добре е да ограничите наличната мощност, която може да тече през ценеровите диоди, като стратегически изберете подходящо оразмерен резистор.
