Esistono due tipi di regolatori di tensione: lineari e a commutazione.

I regolatori lineari utilizzano dispositivi attivi (BJT o MOSFET) a passaggio di corrente (in serie o in parallelo) controllati da un amplificatore differenziale ad alto guadagno. Il regolatore confronta la tensione di uscita con un riferimento di tensione di precisione e regola il dispositivo di passaggio per mantenere una tensione di uscita costante.

Un regolatore di commutazione converte una tensione di ingresso CC in una tensione di commutazione che viene applicata a un MOSFET di potenza o a un interruttore BJT. La tensione di uscita filtrata dell'interruttore di potenza viene rinviata a un circuito che controlla l'accensione e lo spegnimento dell'interruttore, in modo che la tensione di uscita rimanga costante indipendentemente dalle variazioni della tensione di ingresso o della corrente di carico.

2 Quali sono le topologie dei regolatori a commutazione?

Esistono tre topologie comuni: buck, boost e buck/boost. Altre topologie sono flyback, SEPIC, Cuk, push-pull, forward, full-bridge e half-bridge.

3 Come influisce la frequenza di commutazione sul progetto del regolatore?

Frequenze di commutazione più elevate consentono ai regolatori di utilizzare induttori e condensatori più piccoli. Ciò significa anche perdite di commutazione più elevate e un maggiore rumore del circuito.

4 Quali sono le perdite dei regolatori a commutazione?

La potenza necessaria per accendere e spegnere il MOSFET causa perdite ed è associata al driver del gate del MOSFET. Allo stesso modo, la commutazione da uno stato di conduzione a uno stato di non conduzione richiede un certo tempo e quindi genera una dissipazione di potenza del MOSFET. Inoltre, anche l'energia necessaria per caricare e scaricare la capacità di gate del MOSFET tra la tensione di soglia e la tensione di gate causa perdite.

5 Quali sono le applicazioni comuni dei regolatori lineari e a commutazione?

Per una data tensione di ingresso e di uscita, la dissipazione di potenza di un regolatore lineare è proporzionale alla corrente di uscita, quindi l'efficienza tipica può essere pari o inferiore al 50%. Ottimizzando il dispositivo, i regolatori a commutazione possono raggiungere un'efficienza del 90%. Tuttavia, il rumore di uscita di un regolatore lineare è molto inferiore a quello di un regolatore a commutazione a parità di tensione e corrente di uscita. In genere, i regolatori a commutazione possono gestire carichi di corrente più elevati rispetto ai regolatori lineari.

6 Come fa un regolatore a commutazione a controllare la sua uscita?

Un regolatore a commutazione deve modificare in qualche modo la tensione di uscita in risposta alle variazioni della tensione di ingresso e di uscita. Un approccio consiste nell'utilizzare il PWM per controllare l'ingresso dell'interruttore di potenza associato, controllando così il suo tempo di commutazione (duty cycle). Durante il funzionamento, la tensione di uscita filtrata del regolatore viene restituita al regolatore PWM per controllare il ciclo di lavoro. Se l'uscita filtrata cambia, il feedback applicato al regolatore PWM modifica il ciclo di lavoro per mantenere una tensione di uscita costante.

7 Quali sono le specifiche di progetto importanti per un circuito integrato regolatore?

I parametri fondamentali sono la tensione di ingresso, la tensione di uscita e la corrente di uscita. A seconda dell'applicazione, possono essere importanti anche altri parametri, come la tensione di ondulazione in uscita, la risposta ai transitori del carico, il rumore in uscita e l'efficienza. I parametri importanti dei regolatori lineari sono il dropout, il PSRR (rapporto di reiezione dell'alimentazione) e l'efficienza.

(rapporto di reiezione dell'alimentazione) e il rumore di uscita.