Spannungsregler nehmen eine Eingangsspannung und erzeugen eine geregelte Ausgangsspannung unabhängig von der Eingangsspannung entweder auf einem festen oder einem einstellbaren Spannungspegel. Diese automatische Regulierung des Ausgangsspannungspegels wird durch verschiedene Rückkopplungstechniken gehandhabt. Einige dieser Techniken sind so einfach wie eine Zenerdiode. Andere umfassen komplexe Feedback-Topologien, die die Leistung, Zuverlässigkeit und Effizienz verbessern und weitere Funktionen wie das Anheben der Ausgangsspannung über die Eingangsspannung des Spannungsreglers hinzufügen.
Spannungsregler sind in vielen Sch altungen üblich, um sicherzustellen, dass empfindliche Elektronik mit einer konstanten, stabilen Spannung versorgt wird.
Wie lineare Spannungsregler funktionieren
Das Aufrechterh alten einer festen Spannung mit einem unbekannten und potenziell verrauschten Eingang erfordert ein Feedback-Signal, um zu verdeutlichen, welche Anpassungen vorgenommen werden müssen. Linearregler verwenden einen Leistungstransistor als variablen Widerstand, der sich wie die erste Hälfte eines Spannungsteilernetzwerks verhält. Der Ausgang des Spannungsteilers treibt den Leistungstransistor entsprechend an, um eine konstante Ausgangsspannung aufrechtzuerh alten.
Da sich der Transistor wie ein Widerstand verhält, verschwendet er Energie, indem er sie in Wärme umwandelt – oft sehr viel Wärme. Da die in Wärme umgewandelte Gesamtleistung gleich dem Spannungsabfall zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung multipliziert mit dem zugeführten Strom ist, kann die Verlustleistung oft sehr hoch sein, was gute Kühlkörper erfordert.
Eine alternative Form eines Linearreglers ist ein Nebenschlussregler, z. B. eine Zenerdiode. Anstatt wie ein typischer Linearregler als variabler Serienwiderstand zu fungieren, bietet ein Shunt-Regler einen Weg zur Masse, durch den überschüssige Spannung (und Strom) fließen kann. Diese Art von Regler ist oft weniger effizient als ein typischer Serien-Linearregler. Es ist nur praktisch, wenn wenig Strom benötigt und geliefert wird.
Funktionsweise von Sch altspannungsreglern
Ein Sch altspannungsregler arbeitet nach einem anderen Prinzip als lineare Spannungsregler. Anstatt als Spannungs- oder Stromsenke zu fungieren, um einen konstanten Ausgang bereitzustellen, speichert ein Sch altregler Energie auf einem definierten Niveau und verwendet Rückkopplung, um sicherzustellen, dass das Ladeniveau mit minimaler Spannungswelligkeit aufrechterh alten wird. Diese Technik ermöglicht es dem Sch altregler, effizienter als der Linearregler zu sein, indem ein Transistor nur dann vollständig eingesch altet wird (mit minimalem Widerstand), wenn die Energiespeichersch altung einen Energiestoß benötigt. Dieser Ansatz reduziert die im System verschwendete Gesamtleistung auf den Widerstand des Transistors während des Sch altens, wenn er von leitend (sehr niedriger Widerstand) zu nicht leitend (sehr hoher Widerstand) übergeht, und andere kleine Sch altungsverluste.
Je schneller ein Sch altregler sch altet, desto weniger Energiespeicherkapazität benötigt er, um die gewünschte Ausgangsspannung zu h alten, wodurch kleinere Bauteile verwendet werden können. Der Preis für ein schnelleres Sch alten ist jedoch ein Effizienzverlust, da mehr Zeit für den Übergang zwischen den leitenden und nichtleitenden Zuständen aufgewendet wird. Durch die Widerstandsheizung geht mehr Leistung verloren.
Ein weiterer Nebeneffekt des schnelleren Sch altens ist die Zunahme des elektronischen Rauschens, das vom Sch altregler erzeugt wird. Durch die Verwendung verschiedener Sch alttechniken kann ein Sch altregler:
- Verringern Sie die Eingangsspannung (Buck-Topologie).
- Erhöhen Sie die Spannung (Boost-Topologie).
- Beide verringern oder erhöhen die Spannung (Buck-Boost), um die gewünschte Ausgangsspannung beizubeh alten.
Diese Flexibilität macht Sch altregler zu einer guten Wahl für viele batteriebetriebene Anwendungen, da der Sch altregler die Eingangsspannung der Batterie erhöhen oder verstärken kann, wenn sich die Batterie entlädt.
