Bộ điều chỉnh điện áp là một tính năng phổ biến trong nhiều mạch để đảm bảo rằng điện áp ổn định, ổn định được cung cấp cho các thiết bị điện tử nhạy cảm. Cách hoạt động của chúng là điển hình của nhiều mạch tương tự, việc sử dụng thông tin phản hồi khôn ngoan và thanh lịch để điều chỉnh đầu ra ở mức mong muốn.
Tổng quan về điều chỉnh điện áp
Khi điện áp ổn định, đáng tin cậy là cần thiết, bộ điều chỉnh điện áp là các thành phần đi vào. Bộ điều chỉnh điện áp lấy điện áp đầu vào và tạo ra điện áp đầu ra được điều chỉnh bất kể điện áp đầu vào ở mức điện áp cố định hoặc mức điện áp có thể điều chỉnh (bằng cách chọn các thành phần bên ngoài bên phải). Điều này tự động điều chỉnh mức điện áp đầu ra được xử lý bởi các kỹ thuật phản hồi khác nhau, một số đơn giản như diode zener trong khi những thứ khác bao gồm các cấu trúc liên kết phản hồi phức tạp có thể cải thiện hiệu suất, độ tin cậy, hiệu quả và thêm các tính năng khác như tăng điện áp đầu ra trên điện áp đầu vào bộ điều chỉnh điện áp.
Làm thế nào điều chỉnh điện áp tuyến tính làm việc
Việc duy trì điện áp cố định với đầu vào không xác định và có khả năng gây nhiễu (hoặc tệ hơn) yêu cầu tín hiệu phản hồi để biết cần điều chỉnh những gì. Điều chỉnh tuyến tính sử dụng một bóng bán dẫn điện (hoặc BJT hoặc MOSFET tùy thuộc vào thành phần được sử dụng) như một điện trở biến hoạt động như nửa đầu của một mạng chia điện áp. Đầu ra của bộ chia điện áp được sử dụng làm phản hồi để điều khiển bóng bán dẫn điện một cách thích hợp để duy trì điện áp đầu ra không đổi. Thật không may, kể từ khi các bóng bán dẫn hoạt động như một điện trở nó lãng phí rất nhiều năng lượng bằng cách chuyển đổi nó để nhiệt, thường rất nhiều nhiệt. Vì tổng công suất được chuyển thành nhiệt bằng với điện áp giảm giữa điện áp đầu vào và điện áp đầu ra lần hiện tại được cung cấp, công suất tiêu hao thường rất cao và cần có tản nhiệt tốt.
Một dạng điều chỉnh tuyến tính thay thế là một bộ điều chỉnh shunt, chẳng hạn như một diode Zener . Thay vì hoạt động như một loạt biến kháng với bộ điều chỉnh tuyến tính điển hình, bộ điều chỉnh shunt cung cấp đường dẫn tới điện áp dư thừa (và dòng điện) chảy qua. Thật không may, loại điều chỉnh này thậm chí còn kém hiệu quả hơn so với bộ điều chỉnh tuyến tính loạt điển hình và chỉ thực tế khi cần rất ít nguồn điện và được cung cấp.
Cách chuyển mạch điều chỉnh điện áp hoạt động
Một bộ điều chỉnh điện áp chuyển mạch hoạt động trên một nguyên tắc hoàn toàn khác so với bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính. Thay vì hoạt động như điện áp hoặc dòng điện để cung cấp đầu ra không đổi, bộ điều chỉnh chuyển mạch lưu trữ năng lượng ở mức xác định và sử dụng phản hồi để đảm bảo mức sạc được duy trì với điện áp tối thiểu. Kỹ thuật này cho phép bộ điều chỉnh chuyển mạch hiệu quả hơn nhiều khi bộ điều chỉnh tuyến tính bằng cách biến một bóng bán dẫn hoàn toàn (với sức đề kháng tối thiểu) chỉ khi mạch lưu trữ năng lượng cần một chùm năng lượng. Điều này làm giảm tổng công suất bị lãng phí trong hệ thống với điện trở của transistor trong quá trình chuyển đổi khi nó chuyển từ tiến hành (trở kháng rất thấp) sang không dẫn điện (điện trở rất cao) và các tổn thất mạch nhỏ khác.
Bộ chuyển mạch điều chỉnh chuyển mạch càng nhanh, dung lượng lưu trữ năng lượng ít hơn cần để duy trì điện áp đầu ra mong muốn có nghĩa là các thành phần nhỏ hơn có thể được sử dụng. Tuy nhiên, chi phí chuyển đổi nhanh hơn là mất hiệu quả khi có nhiều thời gian hơn được chuyển qua lại giữa trạng thái dẫn điện và không dẫn điện có nghĩa là mất nhiều năng lượng hơn do sự nóng lên điện trở.
Một tác dụng phụ khác của việc chuyển mạch nhanh hơn là sự gia tăng tạp âm điện tử được tạo ra bởi bộ điều chỉnh chuyển mạch. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật chuyển mạch khác nhau, bộ điều chỉnh chuyển đổi có thể giảm điện áp đầu vào (buck topology), đẩy mạnh điện áp (tăng tô pô), hoặc cả hai bước xuống hoặc đẩy mạnh điện áp (buck-boost) khi cần. làm cho bộ điều chỉnh chuyển đổi trở thành lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng chạy bằng pin vì bộ điều chỉnh chuyển đổi có thể đẩy mạnh hoặc tăng điện áp đầu vào từ pin khi xả pin. Điều này cho phép các thiết bị điện tử tiếp tục hoạt động tốt ngoài điểm mà tại đó pin có thể cung cấp trực tiếp điện áp thích hợp cho mạch hoạt động.