Jännisäätimet ottavat tulojännitteen ja luovat säädellyn lähtöjännitteen riippumatta tulojännitteestä joko kiinteällä jännitetasolla tai säädettävällä jännitetasolla. Tämä lähtöjännitetason automaattinen säätö hoidetaan erilaisilla takaisinkytkentätekniikoilla. Jotkut näistä tekniikoista ovat yhtä yksinkertaisia kuin Zener-diodi. Muita ominaisuuksia ovat monimutkaiset takaisinkytkentätopologiat, jotka parantavat suorituskykyä, luotettavuutta ja tehokkuutta ja lisäävät muita ominaisuuksia, kuten jännitteensäätimen tulojännitteen nostamisen.
Jännitteensäätimet ovat yleinen ominaisuus monissa piireissä, joilla varmistetaan, että herkkä elektroniikka syöttää tasaisen ja vakaan jännitteen.
Miten lineaariset jännitesäätimet toimivat
Kiinteän jännitteen ylläpitäminen tuntemattoman ja mahdollisesti kohinaisen tulon kanssa vaatii palautesignaalin, joka selvittää, mitä säätöjä on tehtävä. Lineaariset säätimet käyttävät tehotransistoria muuttuvana vastuksena, joka käyttäytyy kuten jännitteenjakajaverkon ensimmäinen puolisko. Jännitteenjakajan lähtö ohjaa tehotransistoria asianmukaisesti ylläpitämään vakiolähtöjännitettä.
Koska transistori käyttäytyy kuin vastus, se tuhlaa energiaa muuntamalla sen lämmöksi - usein paljon lämpöä. Koska lämmöksi muunnettu kokonaisteho on yhtä suuri kuin syöttöjännitteen ja lähtöjännitteen välinen jännitehäviö kerrottuna syötetyllä virralla, häviöteho voi usein olla erittäin suuri, mikä vaatii hyviä jäähdytyselementtejä.
Vaihtoehtoinen lineaarisäätimen muoto on shunttisäädin, kuten Zener-diodi. Sen sijaan, että se toimisi muuttuvana sarjaresistanssina, kuten tyypillinen lineaarinen säädin tekee, shunttisäädin tarjoaa polun maahan ylimääräisen jännitteen (ja virran) läpivirtaukselle. Tämän tyyppinen säädin on usein vähemmän tehokas kuin tyypillinen sarjan lineaarinen säädin. Se on käytännöllistä vain silloin, kun tarvitaan vain vähän virtaa.
Miten kytkentäjännitesäätimet toimivat
Kytkentäjännitteensäädin toimii eri periaatteella kuin lineaariset jännitesäätimet. Sen sijaan, että se toimisi jännitteen tai virran nieluna tuottamaan jatkuvaa ulostuloa, kytkentäsäädin varastoi energiaa määritetylle tasolle ja käyttää palautetta varmistaakseen, että lataustaso säilyy minimaalisella jännitteen a altoilulla. Tämä tekniikka mahdollistaa kytkentäsäätimen olevan tehokkaampi kuin lineaarinen säädin kytkemällä transistorin kokonaan päälle (minimaalisella resistanssilla) vain silloin, kun energian varastointipiiri tarvitsee energiapurskeen. Tämä lähestymistapa vähentää järjestelmässä hukattua kokonaistehoa transistorin resistanssiin kytkennän aikana, kun se siirtyy johtavasta (erittäin pieni vastus) johtamattomaan (erittäin suuri vastus) ja muihin pieniin piirihäviöihin.
Mitä nopeammin kytkentäsäädin vaihtaa, sitä vähemmän energian varastointikapasiteettia se tarvitsee ylläpitääkseen haluttua lähtöjännitettä, mikä tarkoittaa, että pienempiä komponentteja voidaan käyttää. Nopeamman kytkennän hinta on kuitenkin tehokkuuden menetys, koska enemmän aikaa kuluu siirtymiseen johtavan ja ei-johtavan tilan välillä. Resistiivinen lämmitys menettää enemmän tehoa.
Toinen nopeamman kytkennän sivuvaikutus on kytkentäsäätimen synnyttämän elektronisen kohinan lisääntyminen. Erilaisia kytkentätekniikoita käyttämällä kytkentäsäädin voi:
- Alenna tulojännitettä (buck-topologia).
- Nosta jännitettä (tehostustopologia).
- Sekä pienennä tai nosta jännitettä (buck-boost) tarpeen mukaan halutun lähtöjännitteen ylläpitämiseksi.
Tämä joustavuus tekee kytkentäsäätimistä erinomaisen valinnan moniin akkukäyttöisiin sovelluksiin, koska kytkentäsäädin voi nostaa tai lisätä akun syöttöjännitettä, kun akku tyhjenee.
