電圧レギュレータは、敏感な電子機器に一定で安定した電圧が供給されるように、多くの回路で共通の機能です。 彼らがどのように動作するかは、出力を所望のレベルに調整するフィードバックの賢明でエレガントな使用である多くのアナログ回路の典型である。
電圧レギュレータの概要
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必要です。 電圧レギュレータは、固定電圧レベルまたは可変電圧レベルのいずれかで入力電圧にかかわらず（正しい外部部品を選択することにより）入力電圧を取り込み、安定化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、さまざまなフィードバック手法によって処理されます。ツェナーダイオードのような単純なものもあれば、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もあります。電圧レギュレータ。
リニア電圧レギュレータの動作原理
未知で潜在的にノイズの多い（またはより悪い）入力で固定電圧を維持するには、どの調整を行う必要があるかを知るためのフィードバック信号が必要です。 リニアレギュレータは、分圧器ネットワークの前半のように動作する可変抵抗器としてパワートランジスタ （使用されるコンポーネントに応じてBJTまたはMOSFETのいずれか）を使用します。 分圧器の出力はフィードバックとして使用され、パワートランジスタを適切に駆動して一定の出力電圧を維持します。 残念なことに、トランジスタは抵抗のように動作するので、トランジスタは熱に変換することによって多くのエネルギーを消費し、多くの場合、熱が浪費されます。 熱に変換された総電力は、入力電圧と出力電圧との間の電圧降下に等しい電流であるため、消費電力は非常に高く、優れたヒートシンクを必要とすることがあります。
リニアレギュレータの代替形態は、 ツェナダイオードのようなシャントレギュレータである。 典型的なリニアレギュレータのように可変直列抵抗として動作するのではなく、シャントレギュレータは過電圧（および電流）が流れるためのグランドへの経路を提供します。 残念なことに、このタイプのレギュレータは、一般的なシリーズリニアレギュレータよりも効率が低下することが多く、必要な電力がほとんど供給されない場合にのみ実用的です。
スイッチング電圧レギュレータの動作原理
スイッチング電圧レギュレータは、リニア電圧レギュレータとはまったく異なる原理で動作します。 スイッチングレギュレータは、一定の出力を得るために電圧または電流シンクとして動作するのではなく、定義されたレベルでエネルギーを蓄積し、フィードバックを使用して電荷レベルが最小電圧リップルで維持されることを保証します。 この技術は、エネルギ蓄積回路がエネルギのバーストを必要とするときにのみ、トランジスタを完全にオン（最小抵抗で）させることによって、スイッチングレギュレータを線形レギュレータよりもずっと効率的にすることを可能にする。 これは、導通（非常に低い抵抗）から非導通（非常に高い抵抗）および他の小さな回路損失に移行する際に、スイッチング中にシステム内で浪費される全電力をトランジスタの抵抗に低減する。
スイッチング・レギュレータのスイッチングが速ければ速いほど、所望の出力電圧を維持するために必要なエネルギー蓄積容量が少なくなり、より小さな部品を使用することができる。 しかし、より速いスイッチングのコストは、導通状態と非導通状態との間の移行に費やされる時間が長くなり、抵抗加熱によってより多くの電力が失われることを意味するので、効率が低下する。
高速スイッチングの別の副作用は、スイッチングレギュレータによって生成される電子ノイズの増加です。 スイッチング・レギュレータは、異なるスイッチング技術を使用することにより、入力電圧を降圧したり（昇圧トポロジ）、昇圧トポロジーで昇圧したり、必要に応じて降圧または昇圧して必要な出力電圧を維持することができますスイッチングレギュレータは、バッテリ放電時にバッテリからの入力電圧を昇圧または昇圧することができるため、多くのバッテリ駆動アプリケーションに最適です。 これにより、電子回路は、回路が動作するための適切な電圧をバッテリが直接供給できる点を十分に超えて機能し続けることが可能になる。