Regulátor napětí je jednoduché a nákladově efektivní zařízení, které může změnit vstupní napětí na jinou úroveň na výstupu a může udržovat konstantní výstupní napětí i při různých podmínkách zatížení. Téměř všechna elektronická zařízení, od nabíječky mobilních telefonů přes klimatizační zařízení až po složitá elektromechanická zařízení, používají regulátor napětí k poskytování různých stejnosměrných napětí různým součástem zařízení. Kromě toho všechny napájecí obvody používají čipy regulátoru napětí.
Například ve vašem smartphonu se regulátor napětí používá ke zvýšení nebo snížení napětí baterie pro komponenty (jako je podsvícení LED, mikrofon, SIM karta atd.), Které vyžadují vyšší nebo nižší napětí než baterie. Výběr nesprávného regulátoru napětí může mít za následek ohrožení spolehlivosti, vyšší spotřebu energie a dokonce i smažené součásti.
V tomto článku tedy probereme některé důležité parametry, které je třeba mít na paměti při výběru regulátoru napětí pro váš projekt.
Důležité faktory pro výběr regulátoru napětí
1. Vstupní napětí a výstupní napětí
Prvním krokem k výběru regulátoru napětí je vědět o vstupním napětí a výstupním napětí, se kterými budete pracovat. Lineární regulátory napětí potřebují vstupní napětí, které je vyšší než jmenovité výstupní napětí. Pokud je vstupní napětí menší než požadované výstupní napětí, vede to ke stavu nedostatečného napětí, které způsobí, že regulátor vypadne a poskytne neregulovaný výstup.
Pokud například používáte 5V regulátor napětí s 2V výpadkovým napětím, pak by vstupní napětí mělo být nejméně 7V pro regulovaný výstup. Vstupní napětí pod 7 V bude mít za následek neregulované výstupní napětí.
Existují různé typy regulátorů napětí pro různé rozsahy vstupního a výstupního napětí. Například budete potřebovat 5V regulátor napětí pro Arduino Uno a 3,3V regulátor napětí pro ESP8266. Můžete dokonce použít regulátor proměnného napětí, který lze použít pro řadu výstupních aplikací.
2. Vypadávací napětí
Vypadávací napětí je rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím regulátoru napětí. Například min. Vstupní napětí pro 7805 je 7V a výstupní napětí je 5V, takže má výpadkové napětí 2V. Pokud vstupní napětí poklesne, výstupní napětí (5 V) + výpadkové napětí (2 V) bude mít za následek neregulovaný výstup, který může poškodit vaše zařízení. Takže před výběrem regulátoru napětí zkontrolujte výpadkové napětí.
Vypadávací napětí se mění s regulátory napětí; například můžete najít řadu 5V regulátorů s různým výpadkovým napětím. Lineární regulátory mohou být extrémně účinné, když jsou provozovány s velmi nízkým vstupním výpadkem napětí. Pokud tedy jako zdroj energie používáte baterii, můžete pro lepší účinnost použít regulátory LDO.
3. Ztráta energie
Lineární regulátory napětí rozptýlí více energie než spínací regulátory napětí. Nadměrné rozptýlení energie může způsobit vybití baterie, přehřátí nebo poškození produktu. Pokud tedy používáte lineární regulátor napětí, nejprve spočítejte ztrátový výkon. U lineárních regulátorů lze ztrátový výkon vypočítat pomocí:
Výkon = (vstupní napětí - výstupní napětí) x proud
Místo lineárních regulátorů napětí můžete použít regulátory spínacího napětí, abyste se vyhnuli problému se ztrátou energie.
4. Účinnost
Účinnost je poměr výstupního výkonu k příkonu, který je úměrný poměru výstupního napětí k vstupnímu napětí. Účinnost regulátorů napětí je tedy přímo omezena výpadkovým napětím a klidovým proudem, protože čím vyšší je výpadkové napětí, tím nižší je účinnost.
Pro vyšší účinnost musí být minimalizováno vypadávací napětí a klidový proud a musí být minimalizován rozdíl napětí mezi vstupem a výstupem.
5. Přesnost napětí
Celková přesnost regulátoru napětí závisí na regulaci vedení, regulaci zátěže, driftu referenčního napětí, driftu napětí chybového zesilovače a teplotním koeficientu. Typické lineární regulátory mají obvykle specifikaci výstupního napětí, která zaručuje, že regulovaný výstup bude v rozmezí 5% nominálního. Pokud tedy k napájení digitálních integrovaných obvodů používáte regulátor napětí, není 5% tolerance velkým problémem.
6. Regulace zatížení
Regulace zátěže je definována jako schopnost obvodu udržovat zadané výstupní napětí za různých podmínek zátěže. Regulace zatížení je vyjádřena jako:
Regulace zatížení = ∆Vout / ∆I out
7. Regulace linky
Regulace vedení je definována jako schopnost obvodu udržovat zadané výstupní napětí s měnícím se vstupním napětím. Regulace vedení je vyjádřena jako:
Regulace zatížení = ∆V out / ∆V in
Při výběru správného regulátoru napětí pro jakoukoli aplikaci byste měli vzít v úvahu všechny výše uvedené faktory,