3種類の電圧レギュレータの説明
安定した信頼性の高い電圧が必要な場合は、 電圧レギュレータが重要な要素です。 これらは入力電圧を受け取り、固定電圧レベルまたは調整可能な電圧レベルのいずれかの入力電圧に関係なく、（正しい外部部品を選択することによって）調整された出力電圧を生成します。
この出力電圧レベルの自動調整は、ツェナーダイオードのような単純なものと、性能、信頼性、効率を向上させる複雑なフィードバックトポロジーを含むものなど、様々なフィードバック手法によって処理されます。電圧レギュレータ。
電圧レギュレータの種類
非常に手頃な価格から非常に効率的な範囲の電圧レギュレータには数多くの種類があります。 最も手頃な、しばしば最も簡単なタイプの電圧レギュレータは、リニア電圧レギュレータです。
リニアレギュレータは2つのタイプがあり、非常にコンパクトで、低電圧、低電力システムで頻繁に使用されます。
スイッチング・レギュレータはリニア電圧レギュレータよりもはるかに効率的ですが、動作するのが難しく、高価です。
リニアレギュレータ
電圧を調整して電子機器に安定した電圧を供給するための最も基本的な方法の1つは、LM7805などの標準の3ピンリニア電圧レギュレータを使用することです。これは5ボルト1アンペアの出力に36ボルトまでの入力電圧を供給しますモデルによって異なります）。
リニアレギュレータは、帰還電圧に基づいてレギュレータの実効直列抵抗を調整することで動作し、基本的に分圧回路となります。 これにより、レギュレータは、電流負荷に関係なく、現在の容量まで有効な定電圧を出力できます。
リニア電圧レギュレータの大きな欠点の1つは、電圧レギュレータの両端での大きな最小電圧降下です。標準LM7805リニア電圧レギュレータでは2.0ボルトです。 これは、安定した5ボルト出力を得るためには、少なくとも7ボルトの入力が必要であることを意味する。 この電圧降下は、1アンペア負荷（2ボルト電圧降下1アンペア時）を供給していた場合、少なくとも2ワットを散逸させなければならないリニアレギュレータによって消費される電力に大きな役割を果たします。
消費電力は入力電圧と出力電圧の差が大きいほど悪化します。 したがって、例えば、1ボルトを供給する5ボルトに調整された7ボルトのソースは、リニアレギュレータを介して2ワットを散逸させるが、同じ電流を供給する5ボルトに調整された10ボルトのソースは5ワットを散逸させるので、 。
スイッチングレギュレータ
リニアレギュレータは、入力と出力の電圧差が小さく、電力があまり必要ではない低電力、低コストのアプリケーションに最適なソリューションです。 リニアレギュレータの最大の欠点は、スイッチングレギュレータが機能する非常に非効率的であることです。
高効率が必要な場合、または入力電圧が所望の出力電圧より低い入力を含む広範囲の入力電圧が予想される場合は、スイッチング・レギュレータが最良の選択肢になります。 スイッチング電圧レギュレータは、しばしば50％を下回るリニア電圧レギュレータの効率と比較して85％以上の電力効率を備えています。
スイッチング・レギュレータは一般にリニア・レギュレータに比べて余分な部品を必要とし、その部品の値はリニア・レギュレータよりもスイッチング・レギュレータの全体的な性能に大きな影響を与えます。
また、スイッチングレギュレータが生成する電子ノイズに起因する回路の残りの部分の性能や動作を損なうことなく、スイッチングレギュレータを効果的に使用することには、より多くの設計課題があります。
ツェナーダイオード
電圧を調整する最も簡単な方法の1つはツェナーダイオードです。 リニアレギュレータは非常に基本的なコンポーネントであり、動作に必要な余分な部品がほとんどなく、設計の複雑さもほとんどありません。ツェナーダイオードは場合によっては単一の部品で十分な電圧調整を行うことができます。
ツェナーダイオードは 、ブレークダウン電圧スレッショルドを超えるすべての余分な電圧をグランドに分流するので、非常に簡単な電圧レギュレータとして使用でき、出力電圧はツェナーダイオードのリード間に引き込まれます。
残念なことに、ツェナーは、電圧レギュレータとして非常に低電力のアプリケーションだけに使用できる場所を制限する、電力処理能力が非常に限られていることがよくあります。 このようにツェナーダイオードを使用する場合は、適切なサイズの抵抗を戦略的に選択することにより、ツェナーを流れる可能性のある電力を制限することが最善です。