Pengatur tegangan adalah fitur umum di banyak sirkuit untuk memastikan bahwa tegangan konstan dan stabil dipasok ke elektronik sensitif. Cara mereka beroperasi adalah tipikal dari banyak sirkuit analog, penggunaan umpan balik yang bijaksana dan elegan untuk menyesuaikan output ke tingkat yang diinginkan.
Ikhtisar Regulator Tegangan
Ketika voltase yang stabil dan dapat diandalkan dibutuhkan, pengatur tegangan adalah komponen yang masuk. Regulator tegangan mengambil tegangan input dan menciptakan tegangan output yang diatur terlepas dari tegangan input pada tingkat tegangan tetap atau dan tingkat tegangan yang dapat diatur (dengan memilih komponen eksternal yang tepat). Pengaturan otomatis tingkat tegangan output ini ditangani oleh berbagai teknik umpan balik, beberapa yang sederhana seperti dioda zener sementara yang lain termasuk topologi umpan balik kompleks yang dapat meningkatkan kinerja, keandalan, efisiensi, dan menambahkan fitur lain seperti meningkatkan tegangan output di atas tegangan input ke pengatur tegangan.
Bagaimana Regulator Tegangan Linear Bekerja
Mempertahankan tegangan tetap dengan input yang tidak diketahui dan berpotensi berisik (atau lebih buruk) membutuhkan sinyal umpan balik untuk mengetahui penyesuaian apa yang perlu dibuat. Regulator linear menggunakan transistor daya (baik BJT atau MOSFET tergantung pada komponen yang digunakan) sebagai resistor variabel yang berperilaku seperti paruh pertama dari jaringan pembagi tegangan. Output dari pembagi tegangan digunakan sebagai umpan balik untuk menggerakkan transistor daya secara tepat untuk mempertahankan tegangan keluaran konstan. Sayangnya, karena transistor berperilaku seperti resistor, ia menghabiskan banyak energi dengan mengubahnya menjadi panas, sering banyak panas. Karena daya total yang diubah menjadi panas sama dengan jatuh tegangan antara tegangan input dan tegangan output dikali arus yang dipasok, daya yang hilang dapat sangat tinggi dan memerlukan heatsink yang baik.
Bentuk alternatif dari pengatur linear adalah regulator shunt, seperti dioda Zener . Alih-alih bertindak sebagai resistansi seri variabel seperti regulator linier biasa, regulator shunt menyediakan jalur ke tanah untuk kelebihan tegangan (dan arus) mengalir melalui. Sayangnya, regulator jenis ini sering kali kurang efisien daripada regulator linear seri yang khas dan hanya praktis ketika sangat sedikit daya yang dibutuhkan dan dipasok.
Cara Kerja Regulator Tegangan Bergerak
Sebuah regulator tegangan switching bekerja pada prinsipal yang sama sekali berbeda dari regulator tegangan linier. Alih-alih bertindak sebagai penyangga tegangan atau arus untuk memberikan output konstan, pengatur switching menyimpan energi pada tingkat yang ditentukan dan menggunakan umpan balik untuk memastikan bahwa tingkat pengisian dipertahankan dengan riak tegangan minimal. Teknik ini memungkinkan regulator beralih menjadi jauh lebih efisien bahwa regulator linier dengan memutar transistor sepenuhnya pada (dengan resistansi minimal) hanya ketika rangkaian penyimpanan energi membutuhkan ledakan energi. Hal ini mengurangi total daya yang terbuang dalam sistem ke resistansi transistor selama peralihan karena transisi dari konduksi (resistansi sangat rendah) ke non-konduksi (resistansi sangat tinggi) dan kerugian sirkuit kecil lainnya.
Semakin cepat switch pengatur switching, semakin sedikit kapasitas penyimpanan energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan tegangan output yang diinginkan yang berarti komponen yang lebih kecil dapat digunakan. Namun, biaya switching lebih cepat adalah kerugian dalam efisiensi karena lebih banyak waktu dihabiskan transisi antara negara konduksi dan non-konduksi yang berarti lebih banyak daya yang hilang karena pemanasan resistif.
Efek samping lain dari peralihan yang lebih cepat adalah peningkatan kebisingan elektronik yang dihasilkan oleh pengatur switching. Dengan menggunakan teknik switching yang berbeda, regulator switching dapat menurunkan tegangan input (topologi buck), meningkatkan tegangan (meningkatkan topologi), atau keduanya turun atau meningkatkan tegangan (buck-boost) sesuai kebutuhan mempertahankan tegangan output yang diinginkan yang membuat switching regulator pilihan yang cocok untuk banyak aplikasi bertenaga baterai sejak regulator switching dapat meningkatkan atau meningkatkan tegangan input dari baterai saat baterai dilepas. Hal ini memungkinkan elektronik untuk terus berfungsi dengan baik melampaui titik di mana baterai bisa langsung memasok tegangan yang tepat untuk rangkaian untuk bekerja.