Doğrusal regülatörler, en basit regüle edilmiş DC-DC dönüştürme yöntemidir. Doğrusal regülatörler, sabit bir çıkış voltajı veya sabit bir çıkış akımı sağlamak üzere tasarlanabilir; ancak sabit çıkış voltajı uygulamaları çok daha yaygındır. Regülatörün içindeki gerçek uygulama, dikkatlice tasarlanmış bir geri besleme döngüsü ile çıkışı referans voltajına eşitlemeye zorlayan, voltaj kontrollü bir akım kaynağı olarak hareket eden bir PMOS transistörü olabilir (Şekil 1).
Ancak, çoğu pratik amaç için, değişken bir direnç gibi davranır (Şekil 2). Giriş voltajı, çıkış voltajı veya çıkış akımı değişirse, cihaz sabit bir çıkış sağlamak için direnci ayarlar. Büyük güç transistörlerini tamamen açık konumdan tamamen kapalı konuma getiren anahtarlamalı regülatörlerin aksine, doğrusal regülatörler, çıkışı düzenlemek için güç cihazını tam doğru dirençte ön gerilimlemek için kapı voltajında veya taban akımında küçük değişiklikler kullanır. Kontrol döngüsü cihazın içinde yapılandırılır ve belirtilen giriş ve çıkış kapasitörleri dışında harici bir kompanzasyona gerek yoktur.
Doğrusal regülatörlerin iki temel sınırlaması vardır: verimsizdirler ve yalnızca voltaj düşürme işlemi yapabilirler. Bununla birlikte, bu dezavantajlara rağmen, doğrusal regülatörler DC-DC alanında baskın konumdadır ve günümüzde uygulanan en yaygın DC-DC dönüştürme yöntemidir. Bunun başlıca nedeni üç avantajdır: gürültü, bekleme akımı ve maliyet.
Güç dağılımı, doğrusal regülatörün en büyük dezavantajıdır. Doğrusal regülatörde dağılan güç, cihaz üzerindeki voltaj ve içinden geçen akımın çarpımıdır (P=I*V, dirençle aynı). Daha fazla akım gerektiren veya girişten çıkışa büyük voltaj farkları gerektiren yükler, verimsiz doğrusal regülatör uygulamaları olacaktır.
Doğrusal regülatörlerin bir diğer önemli sınırlaması ise, giriş voltajı ve akımına kıyasla çıkış voltajını veya akımını artıramamalarıdır. Anahtarlamalı dönüştürücüler, topolojiye bağlı olarak, giriş voltajını (veya akımını) artırabilir veya azaltabilir. Doğrusal regülatörler bunu yapamaz; bunun yerine çıkış akımı ve çıkış voltajı her zaman girişten daha düşük olacaktır. Cihazın giriş ve çıkış arasında koruyabileceği minimum voltaj adımı, düşme voltajı olarak adlandırılır ve bu, düşük düşmeli regülatörün (LDO) tanımlayıcı özelliğidir.
Buna rağmen, doğrusal regülatörler, anahtarlamalı dönüştürücü uygulamalarında yaygın olarak bulunmayan birçok başka avantaj da sunar.
Doğrusal regülatörler, geçiş cihazının önyargısında küçük değişiklikler kullandıkları için, anahtarlamalı regülatörler veya şarj pompaları gibi harmonik gürültü üretmezler. Bu, onları elektronik ölçüm, ses veya görüntü yakalama uygulamalarında kullanılanlar gibi daha hassas yükleri besleyebilen çok daha kararlı güç kaynakları haline getirir.
Sessiz akım, regülatörü çalıştırmak için gereken önyargı akımı miktarıdır. Birçok giyilebilir veya IoT ürünü de dahil olmak üzere pille çalışan cihazlar, amaçlanan işlevlerini yerine getirirken olduğundan daha fazla şarj tüketebilir. %100 görev döngüsü fonksiyonlarına ve düşük sessiz akımlara sahip anahtarlamalı regülatörler bulmak mümkün olsa da, seçenekler sınırlı ve pahalıdır. Sonuç olarak, ömrünün büyük bir bölümünü bekleme modunda geçirecek uygulamalar, doğrusal regülatör kullanarak kararlı bir çıkışı korumak için gereken düşük güç tüketiminden sıklıkla faydalanabilir.
Son olarak, doğrusal regülatörler genellikle DC-DC dönüşümünü uygulamak için en ekonomik yoldur. Gerekli yük akımı küçükse veya izin verilen düşüş büyükse, cihazlar kompakt olabilir ve bu da gereken kart alanını sınırlar. Küçük giriş ve çıkış kapasitörlerine ihtiyaç duyabilirler, ancak genellikle anahtarlamalı regülatörlerde yaygın olarak kullanılan harici kompanzasyon bileşenlerine veya geri besleme dirençlerine ihtiyaç duymazlar. Daha da önemlisi, büyük ve pahalı olabilen manyetik bileşenlere (indüktörler veya transformatörler) ihtiyaç duymazlar. Sonuç olarak, doğrusal bir regülatörle yapıldığında DC-DC dönüşümünün toplam maliyeti çok daha düşüktür.
Doğrusal regülatörler, birçok düşük akımlı, girişle uyandırma, gürültüye duyarlı veya pille çalışan uygulama için DC-DC dönüşümlerini gerçekleştirmenin en etkili yolu olmaya devam eden güvenilir, elektriksel olarak sessiz, uygun maliyetli DC-DC dönüştürücülerdir.
Endüstri-Dünyası’nın amacı; endüstriyel mühendisliğine dünyanın her yerinde üretilip Türkiye pazarına sunulan yeni ürünler ve hizmetler ile ilgili bilgi vermektir. Eğer siz de firmanızın yeni ürünlerinin Endüstri Dünyası’nda yer almasını istiyorsanız lütfen teknik basın bültenlerinizi editörlerimize gönderin.
