Regolatori di tensione

Cos'è un regolatore di tensione?

I regolatori di tensione sono utili per stabilizzare l'alimentazione in progetti come Arduino , specialmente quando si alimenta Arduino da batterie. I convertitori buck, ad esempio, possono abbassare la tensione di alimentazione per i sensori che richiedono una tensione inferiore a quella che Arduino può fornire. I convertitori boost sono utili in situazioni in cui la tensione della batteria disponibile è inferiore a quella necessaria e assicurano che il progetto continui a funzionare stabilmente.

Regolatori di tensione lineari

funzionano utilizzando un partitore di tensione per regolare l'uscita. Sono semplici, economici e facili da usare, ma non sono efficienti come altri tipi di regolatori di tensione, poiché tendono a dissipare molta potenza sotto forma di calore. Alcuni popolari IC regolatori di tensione lineari sono LM7805, LM7812 e LM317.

Regolatori di tensione a commutazione

Sono anche chiamati alimentatori switching (SMPS) e funzionano accendendo e spegnendo rapidamente un transistor per regolare l'uscita. Sono più efficienti dei regolatori di tensione lineari, ma sono più complessi e possono generare interferenze elettromagnetiche (EMI). Alcuni popolari regolatori di tensione switching IC includono LM2675, LM2575 e LM3478.

Convertitori Buck e Boost

Convertitore Buck

Un convertitore buck, noto anche come convertitore step-down, è un tipo di convertitore DC-DC che riduce la tensione di ingresso a una tensione di uscita inferiore. Ciò è utile nelle applicazioni in cui la tensione di alimentazione è superiore a quella necessaria per i componenti. Ad esempio, se si dispone di una batteria che eroga 12 volt, ma il dispositivo necessita solo di 5 volt, un convertitore buck può ridurre efficacemente tale tensione.

Convertitore di potenza

A differenza del convertitore buck, un convertitore boost aumenta la tensione di ingresso CC a una tensione di uscita CC più alta. Questo viene utilizzato quando la tensione di ingresso disponibile è inferiore a quella necessaria. Un esempio pratico sarebbe l'utilizzo di un convertitore boost per aumentare i 3,7 volt di una batteria agli ioni di litio ai 5 volt necessari per caricare i dispositivi USB . I convertitori boost sono importanti nell'elettronica portatile, dove è necessaria una tensione più alta di quella che la batteria può fornire.

Convertitore Buck-Boost

Un convertitore buck-boost integra le capacità di entrambi i convertitori buck e boost, consentendogli di abbassare la tensione di ingresso o di aumentarla fino a una tensione di uscita specifica. Ciò è particolarmente utile quando la tensione di ingresso fluttua, come nel caso delle batterie. Prendiamo ad esempio 4 batterie AA, che possono avere una tensione tra 4 V e 6,5 V, mentre un Arduino ha bisogno esattamente di 5 V per funzionare correttamente. Un convertitore buck-boost assicura che l' Arduino riceva sempre la tensione corretta, indipendentemente dal livello della batteria.

A cosa devo prestare attenzione quando scelgo un regolatore di tensione?

È importante scegliere un regolatore di tensione appropriato per l'applicazione specifica e rivedere attentamente le specifiche del produttore per assicurarsi che funzioni come previsto nelle condizioni specifiche del circuito.

Ci sono alcune cose da tenere presente quando si utilizzano i regolatori di tensione, tra cui:

1. Intervallo di tensione in ingresso: Assicurarsi che l'intervallo della tensione di ingresso del regolatore di tensione sia adatto alla propria applicazione. La tensione di ingresso deve rientrare nell'intervallo operativo specificato dal produttore per garantire il corretto funzionamento ed evitare danni al regolatore di tensione.
2. Intervallo di tensione di uscita: Controllare l'intervallo della tensione di uscita per assicurarsi che sia adatto alla propria applicazione.
3. Corrente di carico: Assicurarsi che la corrente di carico (la quantità di corrente che scorre attraverso il circuito) non superi il valore nominale massimo per il regolatore di tensione. Il superamento della corrente di carico massima può causare il surriscaldamento e il guasto del regolatore di tensione.
4. Intervallo di temperatura: Prestare attenzione all'intervallo di temperatura in cui può funzionare il regolatore di tensione. Molti regolatori di tensione hanno un intervallo di temperatura di esercizio specificato e il funzionamento al di fuori di questo intervallo può portare a scarse prestazioni o guasti.
5. Efficienza: Tenere presente che i regolatori di tensione possono avere efficienze variabili, ciò significa quanta energia viene sprecata sotto forma di calore durante il processo di regolazione.
6. Rumore: Alcuni regolatori di tensione possono introdurre rumore o ripple nella tensione di uscita. Questo può essere un problema per i dispositivi elettronici sensibili. Di solito i regolatori di commutazione generano più ripple come regolatori di tensione lineari.
7. Caratteristiche di protezione: Alcuni regolatori di tensione dispongono di funzioni di protezione integrate come protezione termica, protezione da sovracorrente e protezione da sovratensione.
8. Montaggio: Assicurarsi che il regolatore di tensione sia montato correttamente e raffreddato per evitare il surriscaldamento. Poiché i regolatori switching sono più efficienti, di solito hanno meno problemi di surriscaldamento.

Cos'è un regolatore di tensione a bassa caduta di tensione?

Un regolatore di tensione a bassa caduta di tensione (LDO) è un tipo di regolatore di tensione in grado di fornire una tensione di uscita stabile con una differenza di tensione relativamente piccola (ovvero, "tensione di caduta") tra l'ingresso e l'uscita. Ciò li rende particolarmente utili nelle applicazioni in cui la tensione di ingresso è vicina alla tensione di uscita desiderata o dove è necessaria una tensione di uscita precisa.

Gli LDO sono in genere regolatori lineari, il che significa che funzionano regolando la corrente che scorre attraverso un pass transistor per controllare la tensione di uscita. Poiché il pass transistor funziona nella sua regione lineare, la tensione di uscita è direttamente proporzionale alla tensione di ingresso. La differenza di tensione tra l'ingresso e l'uscita è il risultato della caduta di tensione attraverso il transistor di passaggio e di eventuali altre perdite interne nel regolatore.

Gli LDO hanno in genere una tensione di interruzione compresa tra circa 100 mV e 2 V, motivo per cui sono considerati a bassa interruzione, ciò consente loro di fornire una tensione di uscita stabile anche quando la tensione di ingresso è solo leggermente superiore alla tensione di uscita desiderata.