A feszültségszabályozók bemeneti feszültséget vesznek fel, és szabályozott kimeneti feszültséget hoznak létre, függetlenül a bemeneti feszültségtől, akár rögzített feszültségszinten, akár állítható feszültségszinten. A kimeneti feszültség szintjének ezt az automatikus szabályozását különféle visszacsatolási technikák kezelik. Ezen technikák némelyike olyan egyszerű, mint a Zener-dióda. Mások összetett visszacsatolási topológiákat tartalmaznak, amelyek javítják a teljesítményt, a megbízhatóságot és a hatékonyságot, és további funkciókat adnak hozzá, például a kimeneti feszültséget a feszültségszabályozó bemeneti feszültsége fölé emelik.
A feszültségszabályozók számos áramkörben közös jellemzők, amelyek biztosítják, hogy az érzékeny elektronika állandó, stabil feszültséget kapjon.
A lineáris feszültségszabályozók működése
Rögzített feszültség fenntartása ismeretlen és potenciálisan zajos bemenettel visszacsatoló jelet igényel, hogy tisztázza, milyen beállításokat kell végrehajtani. A lineáris szabályozók teljesítménytranzisztort használnak változó ellenállásként, amely úgy viselkedik, mint a feszültségosztó hálózat első fele. A feszültségosztó kimenete megfelelően hajtja meg a teljesítménytranzisztort, hogy állandó kimeneti feszültséget tartson fenn.
Mivel a tranzisztor úgy viselkedik, mint egy ellenállás, energiát pazarol azáltal, hogy hővé alakítja – gyakran sok hőt. Mivel a hővé alakított teljes teljesítmény megegyezik a bemeneti feszültség és a kimeneti feszültség közötti feszültségesés szorzatával a betáplált áramerősséggel, a disszipált teljesítmény gyakran nagyon magas lehet, ami jó hűtőbordákat igényel.
A lineáris szabályozó egy alternatív formája a söntszabályozó, például a Zener-dióda. Ahelyett, hogy változó soros ellenállásként működne, mint a tipikus lineáris szabályozó, a söntszabályozó egy utat biztosít a földhöz a túlfeszültség (és az áram) átáramlásához. Az ilyen típusú szabályozó gyakran kevésbé hatékony, mint egy tipikus soros lineáris szabályozó. Ez csak akkor praktikus, ha kevés áramra van szükség, és kevés áramot szolgáltat.
A kapcsolási feszültségszabályozók működése
A kapcsolási feszültségszabályozó más elven működik, mint a lineáris feszültségszabályozók. Ahelyett, hogy feszültség- vagy áramelnyelőként működne, hogy állandó kimenetet biztosítson, a kapcsolószabályozó egy meghatározott szinten tárolja az energiát, és visszacsatolást használ annak biztosítására, hogy a töltési szint minimális feszültséghullám mellett maradjon fenn. Ez a technika lehetővé teszi, hogy a kapcsolási szabályozó hatékonyabb legyen, mint a lineáris szabályozó azáltal, hogy a tranzisztort csak akkor kapcsolja be teljesen (minimális ellenállással), ha az energiatároló áramkörnek energiára van szüksége. Ez a megközelítés a rendszerben elvesztegetett teljes teljesítményt a tranzisztor ellenállására csökkenti a kapcsolás során, amikor az átmenet vezetőről (nagyon alacsony ellenállás) nem vezetőre (nagyon nagy ellenállásra) és egyéb kis áramköri veszteségekre vált át.
Minél gyorsabban kapcsol egy kapcsolószabályozó, annál kisebb energiatároló kapacitásra van szüksége a kívánt kimeneti feszültség fenntartásához, ami azt jelenti, hogy kisebb alkatrészek is használhatók. A gyorsabb kapcsolás költsége azonban a hatékonyság csökkenését jelenti, mivel több időt fordítanak a vezető és a nem vezető állapotok közötti átmenetre. Az ellenállásos fűtés több energiát veszít.
A gyorsabb kapcsolás másik mellékhatása a kapcsolási szabályozó által keltett elektronikus zaj növekedése. Különböző kapcsolási technikák használatával a kapcsolási szabályozó:
- Csökkentse le a bemeneti feszültséget (buck topológia).
- Növelje a feszültséget (növelő topológia).
- Mindkettő csökkenti vagy növeli a feszültséget (buck-boost), ha szükséges a kívánt kimeneti feszültség fenntartásához.
Ez a rugalmasság a kapcsolószabályozókat nagyszerű választássá teszi számos akkumulátoros alkalmazáshoz, mivel a kapcsolószabályzó megnövelheti vagy megnövelheti az akkumulátor bemeneti feszültségét, amikor az akkumulátor lemerül.
