Ein Spannungsregler ist ein einfaches und kostengünstiges Gerät, das die Eingangsspannung am Ausgang auf einen anderen Pegel ändern und auch unter verschiedenen Lastbedingungen eine konstante Ausgangsspannung aufrechterhalten kann. Fast alle elektronischen Geräte, von Ihrem Handy-Ladegerät über Klimaanlagen bis hin zu komplexen elektromechanischen Geräten, verwenden einen Spannungsregler, um die verschiedenen Gleichspannungen für verschiedene Komponenten im Gerät bereitzustellen. Abgesehen davon verwenden alle Stromversorgungskreise Spannungsreglerchips.
In Ihrem Smartphone wird beispielsweise ein Spannungsregler verwendet, um die Batteriespannung für die Komponenten (wie LED-Hintergrundbeleuchtung, Mikrofon, Sim-Karte usw.) zu erhöhen oder zu verringern, die eine höhere oder niedrigere Spannung als die Batterie benötigen. Die Wahl des falschen Spannungsreglers kann zu einer Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit, einem höheren Stromverbrauch und sogar zu frittierten Komponenten führen.
In diesem Artikel werden einige wichtige Parameter erläutert, die bei der Auswahl eines Spannungsreglers für Ihr Projekt berücksichtigt werden müssen.
Wichtige Faktoren für die Auswahl des Spannungsreglers
1. Eingangsspannung und Ausgangsspannung
Der erste Schritt zur Auswahl eines Spannungsreglers besteht darin, die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung zu kennen, mit denen Sie arbeiten werden. Lineare Spannungsregler benötigen eine Eingangsspannung, die höher als die Nennausgangsspannung ist. Wenn die Eingangsspannung kleiner als die gewünschte Ausgangsspannung ist, führt dies zu einer unzureichenden Spannung, die dazu führt, dass der Regler abfällt und einen ungeregelten Ausgang liefert.
Zum Beispiel, wenn Sie einen 5 V - Spannungsregler mit einer Dropout - Spannung 2V verwenden, dann sollte die Eingangsspannung sein, die mindestens gleich die 7V für einen geregelten Ausgang. Eine Eingangsspannung unter 7 V führt zu einer ungeregelten Ausgangsspannung.
Es gibt verschiedene Arten von Spannungsreglern für verschiedene Eingangs- und Ausgangsspannungsbereiche. Zum Beispiel benötigen Sie einen 5-V-Spannungsregler für Arduino Uno und einen 3,3-V-Spannungsregler für ESP8266. Sie können sogar einen variablen Spannungsregler verwenden, der für eine Reihe von Ausgangsanwendungen verwendet werden kann.
2. Ausfallspannung
Die Ausfallspannung ist die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des Spannungsreglers. Zum Beispiel min. Die Eingangsspannung für 7805 beträgt 7 V und die Ausgangsspannung 5 V, sodass die Ausfallspannung 2 V beträgt. Wenn die Eingangsspannung unterschreitet, führt die Ausgangsspannung (5 V) + Ausfallspannung (2 V) zu einem ungeregelten Ausgang, der Ihr Gerät beschädigen kann. Überprüfen Sie daher vor der Auswahl eines Spannungsreglers die Ausfallspannung.
Die Ausfallspannung variiert mit den Spannungsreglern. Beispielsweise finden Sie eine Reihe von 5-V-Reglern mit unterschiedlicher Ausfallspannung. Linearregler können äußerst effizient sein, wenn sie mit einer sehr niedrigen Eingangsabfallspannung betrieben werden. Wenn Sie also eine Batterie als Stromquelle verwenden, können Sie LDO-Regler für eine bessere Effizienz verwenden.
3. Verlustleistung
Lineare Spannungsregler verbrauchen mehr Leistung als Schaltspannungsregler. Übermäßige Verlustleistung kann zu Batterieentladung, Überhitzung oder Beschädigung des Produkts führen. Wenn Sie also einen linearen Spannungsregler verwenden, berechnen Sie zuerst die Verlustleistung. Für Linearregler kann die Verlustleistung berechnet werden durch:
Leistung = (Eingangsspannung - Ausgangsspannung) x Strom
Sie können die Schaltspannungsregler anstelle der linearen Spannungsregler verwenden, um das Problem der Verlustleistung zu vermeiden.
4. Effizienz
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung, das proportional zum Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung ist. Der Wirkungsgrad von Spannungsreglern wird also direkt durch die Ausfallspannung und den Ruhestrom begrenzt, da der Wirkungsgrad umso geringer ist, je höher die Ausfallspannung ist.
Für einen höheren Wirkungsgrad müssen die Ausfallspannung und der Ruhestrom minimiert und die Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang minimiert werden.
5. Spannungsgenauigkeit
Die Gesamtgenauigkeit eines Spannungsreglers hängt von der Leitungsregelung, der Lastregelung, der Referenzspannungsdrift, der Spannungsdrift des Fehlerverstärkers und dem Temperaturkoeffizienten ab. Typische Linearregler haben normalerweise eine Ausgangsspannungsspezifikation, die garantiert, dass der geregelte Ausgang innerhalb von 5% des Nennwerts liegt. Wenn Sie also den Spannungsregler zur Stromversorgung der digitalen ICs verwenden, ist eine Toleranz von 5% kein großes Problem.
6. Lastregelung
Die Lastregelung ist definiert als die Fähigkeit der Schaltung, eine bestimmte Ausgangsspannung unter verschiedenen Lastbedingungen aufrechtzuerhalten. Die Lastregelung wird ausgedrückt als:
Lastregelung = ∆Vout / ∆I out
7. Leitungsregelung
Die Leitungsregelung ist definiert als die Fähigkeit der Schaltung, die angegebene Ausgangsspannung mit der variierenden Eingangsspannung aufrechtzuerhalten. Die Leitungsregelung wird ausgedrückt als:
Lastregelung = ∆V out / ∆V in
Also für einen richtigen Spannungsregler für jede Anwendung auszuwählen, sollte man alle halten die oben genannten Faktoren in Betracht,