Spanningsregelaars nemen een ingangsspanning en creëren een gereguleerde uitgangsspanning op een vast of instelbaar niveau. Deze automatische regeling van het uitgangsspanningsniveau wordt door verschillende typen spanningsregelaars verschillend afgehandeld.
Soorten spanningsregelaars
De meest betaalbare en vaak het gemakkelijkste type spanningsregelaars om te gebruiken zijn lineaire spanningsregelaars. Lineaire regelaars zijn compact en worden vaak gebruikt in laagspannings-, laagvermogensystemen. Schakelende regelaars zijn efficiënter dan lineaire spanningsregelaars, maar zijn moeilijker om mee te werken en zijn duurder. Zenerdiodes zijn goedkoop en eenvoudig te gebruiken, maar zijn minder efficiënt dan lineaire regelaars.
Lineaire regelaars
Een van de meest basale manieren om een stabiele spanning voor elektronica te leveren, is het gebruik van een standaard 3-pins lineaire spanningsregelaar, zoals de LM7805, die een uitgang van 5 volt en 1 ampère levert met een ingangsspanning tot 36 volt (afhankelijk van het model). Lineaire regelaars werken door de equivalente serieweerstand (ESR) van de regelaar aan te passen op basis van een feedbackspanning, waardoor ze in wezen een spanningsdelercircuit worden. Hierdoor kan de regelaar een constante spanning afgeven, ongeacht de huidige belasting die erop wordt geplaatst, tot aan zijn huidige capaciteit. Een van de grote nadelen van lineaire spanningsregelaars is de grote minimale spanningsval, die 2,0 volt is op de standaard LM7805 lineaire spanningsregelaar. Dit betekent dat om de stabiele 5 volt-uitgang te krijgen, er minimaal een 7-volt ingang nodig is. Deze spanningsval speelt een grote rol in het vermogen dat wordt gedissipeerd door de lineaire regelaar, die minimaal 2 watt moet dissiperen als hij een belasting van 1 ampère levert (2 volt spanningsval maal 1 ampère). De vermogensdissipatie wordt erger naarmate het verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning groter wordt. Bijvoorbeeld, terwijl een 7-volt-bron die is geregeld op 5 volt en 1 ampère levert, 2 watt dissipeert via de lineaire regelaar, dissipeert een 10-volt-bron die is geregeld op 5 volt en dezelfde stroom levert, 5 watt, waardoor de regelaar slechts 50% efficiënt is.
Schakelende regelaars
Lineaire regelaars zijn geweldige oplossingen voor low-power, low-cost toepassingen waarbij het spanningsverschil tussen de input en output laag is en er niet veel stroom nodig is. Het grootste nadeel van lineaire regelaars is dat deze inefficiënt zijn, en dat is waar schakelende regelaars in het spel komen. Wanneer een hoog rendement nodig is of een breed ingangsspanningsbereik wordt verwacht, wordt een schakelende regelaar de beste optie. Schakelende spanningsregelaars hebben vermogensrendementen van 85% of beter in vergelijking met lineaire spanningsregelaars die vaak onder de 50% liggen. Schakelende regelaars vereisen over het algemeen extra componenten ten opzichte van lineaire regelaars. De waarden van de componenten hebben meer effect op de algehele prestaties van schakelende regelaars dan lineaire regelaars. Er zijn ook ontwerpuitdagingen bij het effectief gebruiken van schakelregelaars zonder afbreuk te doen aan de prestaties van het circuit als gevolg van de elektronische ruis die de regelaar genereert.
Zenerdiodes
Een van de eenvoudigste manieren om de spanning te regelen is met een zenerdiode. Hoewel lineaire regelaars meestal een eenvoudig ontwerp hebben, biedt een zenerdiode voldoende spanningsregeling in een enkele component. Omdat zenerdiodes alle extra spanning boven de doorslagspanningsdrempel naar aarde shunten, kan deze worden gebruikt als een eenvoudige spanningsregelaar waarbij de uitgangsspanning over de draden van de zenerdiode wordt getrokken. Zeners hebben echter vaak een beperkt vermogen om met stroom om te gaan, waardoor deze alleen beperkt zijn tot toepassingen met een laag stroomverbruik. Wanneer u Zener-diodes op deze manier gebruikt, is het het beste om het beschikbare vermogen dat door de Zener kan stromen te beperken door strategisch een weerstand van de juiste grootte te selecteren.