Spannungsregler nehmen eine Eingangsspannung und erzeugen eine geregelte Ausgangsspannung mit einem festen oder einstellbaren Pegel. Diese automatische Regelung des Ausgangsspannungspegels wird von verschiedenen Arten von Spannungsreglern unterschiedlich gehandhabt.
Arten von Spannungsreglern
Die günstigste und oft am einfachsten zu verwendende Art von Spannungsreglern sind lineare Spannungsregler. Linearregler sind kompakt und werden häufig in Niederspannungssystemen mit geringem Stromverbrauch verwendet. Sch altregler sind effizienter als lineare Spannungsregler, aber schwieriger zu handhaben und teurer. Zenerdioden sind kostengünstig und einfach zu verwenden, aber weniger effizient als Linearregler.
Linearregler
Eine der grundlegendsten Möglichkeiten, eine stabile Spannung für die Elektronik bereitzustellen, ist die Verwendung eines standardmäßigen linearen 3-Pin-Spannungsreglers, wie z. B. des LM7805, der einen 5-Volt-1-Ampere-Ausgang mit einer Eingangsspannung liefert mit bis zu 36 Volt (je nach Modell).
Linearregler arbeiten, indem sie den äquivalenten Serienwiderstand (ESR) des Reglers basierend auf einer Rückkopplungsspannung anpassen und im Wesentlichen zu einer Spannungsteilersch altung werden. Dadurch kann der Regler unabhängig von der Strombelastung eine konstante Spannung bis zu seiner Stromkapazität ausgeben.
Einer der großen Nachteile von linearen Spannungsreglern ist der große minimale Spannungsabfall, der beim standardmäßigen linearen Spannungsregler LM7805 2,0 Volt beträgt. Das heißt, um den stabilen 5-Volt-Ausgang zu erh alten, ist mindestens ein 7-Volt-Eingang erforderlich. Dieser Spannungsabfall spielt eine große Rolle bei der Verlustleistung des Linearreglers, der mindestens 2 Watt verbrauchen muss, wenn er eine Last von 1 Ampere liefert (2 Volt Spannungsabfall mal 1 Ampere).
Die Verlustleistung wird schlimmer, wenn die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung größer wird. Während beispielsweise eine auf 5 Volt geregelte 7-Volt-Quelle, die 1 Ampere liefert, 2 Watt durch den Linearregler abführt, verbraucht eine auf 5 Volt geregelte 10-Volt-Quelle, die den gleichen Strom liefert, 5 Watt, wodurch der Regler nur 50 % effizient ist.
Sch altregler
Linearregler sind großartige Lösungen für Low-Power-, Low-Cost-Anwendungen, bei denen die Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang gering ist und nicht viel Strom benötigt wird. Der größte Nachteil von Linearreglern ist, dass diese ineffizient sind, und hier kommen Sch altregler ins Spiel.
Wenn ein hoher Wirkungsgrad erforderlich ist oder ein großer Eingangsspannungsbereich erwartet wird, ist ein Sch altregler die beste Option. Sch altspannungsregler haben einen Wirkungsgrad von 85 % oder besser im Vergleich zu linearen Spannungsreglern, die oft unter 50 % liegen.
Sch altregler erfordern im Allgemeinen zusätzliche Komponenten gegenüber Linearreglern. Die Werte der Komponenten wirken sich bei Sch altreglern stärker auf die Gesamtleistung aus als bei Linearreglern. Es gibt auch Design-Herausforderungen bei der effektiven Verwendung von Sch altreglern, ohne die Leistung der Sch altung zu beeinträchtigen, die sich aus dem elektronischen Rauschen ergibt, das der Regler erzeugt.
Zenerdioden
Eine der einfachsten Möglichkeiten, die Spannung zu regulieren, ist die Verwendung einer Zenerdiode. Während Linearregler normalerweise ein einfaches Design haben, bietet eine Zenerdiode eine angemessene Spannungsregelung in einer einzigen Komponente.
Da Zener-Dioden alle Extraspannungen oberhalb ihrer Durchbruchspannungsschwelle zur Masse nebenschließen, können sie als einfacher Spannungsregler verwendet werden, wobei die Ausgangsspannung über die Leitungen der Zener-Diode gezogen wird.
Zener haben jedoch oft eine begrenzte Fähigkeit, mit Strom umzugehen, was diese auf Anwendungen mit geringem Stromverbrauch beschränkt. Wenn Sie Zener-Dioden auf diese Weise verwenden, ist es am besten, die verfügbare Leistung, die durch den Zener fließen kann, zu begrenzen, indem Sie strategisch einen Widerstand in der richtigen Größe auswählen.
