Μια επεξήγηση τριών διαφορετικών τύπων ρυθμιστών τάσης
Όταν απαιτείται σταθερή και αξιόπιστη τάση , οι ρυθμιστές τάσης είναι το συστατικό Go-to. Λαμβάνουν τάση εισόδου και δημιουργούν ρυθμιζόμενη τάση εξόδου, ανεξάρτητα από την τάση εισόδου είτε σε σταθερή στάθμη τάσης είτε σε ρυθμιζόμενη στάθμη τάσης (επιλέγοντας τα σωστά εξωτερικά εξαρτήματα).
Αυτή η αυτόματη ρύθμιση της στάθμης της τάσης εξόδου γίνεται με διάφορες τεχνικές ανατροφοδότησης, μερικές απλές όπως μια δίοδος Zener, ενώ άλλες περιλαμβάνουν σύνθετες τοπολογίες ανατροφοδότησης που μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση, την αξιοπιστία, την αποτελεσματικότητα και να προσθέσουν άλλα χαρακτηριστικά όπως η αύξηση της τάσης εξόδου πάνω από την τάση εισόδου τον ρυθμιστή τάσης.
Τύποι Ρυθμιστών Τάσης
Υπάρχουν διάφοροι τύποι ρυθμιστών τάσης που κυμαίνονται από πολύ προσιτές έως πολύ αποδοτικές. Ο πιο προσιτός και συχνά ο ευκολότερος τύπος ρυθμιστή τάσης που χρησιμοποιείται είναι γραμμικοί ρυθμιστές τάσης.
Οι γραμμικοί ρυθμιστές έρχονται σε μερικούς τύπους, είναι πολύ συμπαγής και χρησιμοποιούνται συχνά σε συστήματα χαμηλής τάσης και χαμηλής ισχύος.
Οι ρυθμιστές εναλλαγής είναι πολύ πιο αποδοτικοί από τους γραμμικούς ρυθμιστές τάσης, αλλά είναι πιο δύσκολο να λειτουργούν με και πιο ακριβά.
Γραμμικές Ρυθμιστές
Ένας από τους πιο βασικούς τρόπους για τη ρύθμιση της τάσης και την παροχή σταθερής τάσης για τα ηλεκτρονικά είναι η χρήση ενός τυπικού 3-ακροδέκτη γραμμικού ρυθμιστή τάσης όπως ο LM7805, ο οποίος παρέχει έξοδο 5 βολτ 1 amp με τάση εισόδου μέχρι 36 volts ανάλογα με το μοντέλο).
Οι γραμμικοί ρυθμιστές λειτουργούν προσαρμόζοντας την αποτελεσματική σειρά αντίστασης του ρυθμιστή με βάση μια τάση ανατροφοδότησης, ουσιαστικά γίνεται ένα κύκλωμα διαιρέτη τάσης. Αυτό επιτρέπει στον ρυθμιστή να παράγει μια αποτελεσματική σταθερή τάση ανεξάρτητα από το τι φορτίο ρεύματος τοποθετείται πάνω του, μέχρι την τρέχουσα χωρητικότητά του.
Ένα από τα μεγάλα μειονεκτήματα των γραμμικών ρυθμιστών τάσης είναι η μεγάλη ελάχιστη πτώση τάσης στον ρυθμιστή τάσης, ο οποίος είναι 2.0 volts στον τυπικό γραμμικό ρυθμιστή τάσης LM7805. Αυτό σημαίνει ότι για να έχετε σταθερή έξοδο 5 volts, απαιτούνται τουλάχιστον είσοδο 7 volt. Αυτή η πτώση τάσης διαδραματίζει μεγάλο ρόλο στην ισχύ που απορροφάται από τον γραμμικό ρυθμιστή, ο οποίος θα έπρεπε να διαχέει τουλάχιστον 2 βατ, εάν έδινε φορτίο 1 amp (2 τάσεις πτώσης τάσης 1 amp).
Η κατανάλωση ισχύος γίνεται χειρότερη όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου. Έτσι, για παράδειγμα, ενώ μια πηγή 7 V που ρυθμίζεται σε 5 βολτ με 1 ενισχυτή θα διαλύσει 2 W μέσω του γραμμικού ρυθμιστή, μια πηγή 10 V που ρυθμίζεται στα 5 βολτ που παράγει το ίδιο ρεύμα θα διασκορπίσει 5 W, καθιστώντας τον ρυθμιστή μόνο 50% αποδοτικό .
Ρυθμιστές εναλλαγής
Οι γραμμικοί ρυθμιστές είναι εξαιρετικές λύσεις για εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης, χαμηλού κόστους, όπου η διαφορά τάσης μεταξύ εισόδου και εξόδου είναι χαμηλή και δεν απαιτείται μεγάλη ισχύς. Η μεγαλύτερη πλευρά προς τις γραμμικές ρυθμιστικές αρχές είναι ότι είναι πολύ ανεπαρκείς, πράγμα που συμβαίνει όταν οι κανονισμοί αλλαγής τροφοδοσίας μπαίνουν στο παιχνίδι.
Όταν απαιτείται υψηλή απόδοση ή αναμένεται μεγάλη τάση εισόδου, συμπεριλαμβανομένων τάσεων εισόδου κάτω από την επιθυμητή τάση εξόδου, ο ρυθμιστής μεταγωγής γίνεται η καλύτερη επιλογή. Οι ρυθμιστές τάσης εναλλαγής έχουν αποδοτικότητα ισχύος 85% ή καλύτερα σε σύγκριση με τις γραμμικές αποδοτικότητες ρυθμιστή τάσης που είναι συχνά κάτω από το 50%.
Οι ρυθμιστές μεταγωγής γενικά απαιτούν επιπλέον εξαρτήματα πάνω από τους γραμμικούς ρυθμιστές και οι τιμές των εξαρτημάτων έχουν πολύ μεγαλύτερη επίπτωση στη συνολική απόδοση των ρυθμιστών αλλαγής από τους γραμμικούς ρυθμιστές.
Υπάρχουν επίσης περισσότερες προκλήσεις σχεδίασης στη χρήση των ρυθμιστών διακοπτών αποτελεσματικά χωρίς να διακυβεύεται η απόδοση ή η συμπεριφορά του υπολοίπου του κυκλώματος λόγω του ηλεκτρονικού θορύβου που μπορεί να παράγει ο ρυθμιστής.
Δίοδοι Zener
Ένας από τους απλούστερους τρόπους ρύθμισης της τάσης είναι με μια δίοδο Zener. Ενώ ένας γραμμικός ρυθμιστής είναι ένα αρκετά βασικό στοιχείο με λίγα πρόσθετα εξαρτήματα που απαιτούνται για εργασία και πολύ λίγη πολυπλοκότητα του σχεδιασμού, μια δίοδος Zener μπορεί να παρέχει επαρκή ρύθμιση τάσης σε ορισμένες περιπτώσεις με ένα και μόνο συστατικό στοιχείο.
Δεδομένου ότι μια δίοδος Zener αποφεύγει κάθε επιπλέον τάση πάνω από το κατώφλι τάσης διάσπασης στη γείωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας πολύ απλός ρυθμιστής τάσης με την τάση εξόδου να τραβιέται κατά μήκος των αγωγών της διόδου zener.
Δυστυχώς, οι Zeners είναι συχνά πολύ περιορισμένοι στην ικανότητά τους να χειρίζονται την ισχύ που περιορίζει όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ρυθμιστές τάσης σε εφαρμογές πολύ χαμηλής ισχύος μόνο. Όταν χρησιμοποιείτε διόδους Zener με αυτό τον τρόπο, είναι καλύτερο να περιορίσετε τη διαθέσιμη ισχύ που μπορεί να ρεύσει μέσω του Zener επιλέγοντας στρατηγικά μια σωστά διαστασιοποιημένη αντίσταση.