Voltaj Regülatörü Nedir?

Tüm elektronik cihazlar, önceden belirlenmiş güç değerlerine göre çalışır. Akım ve voltaj ise güç değerine göre belirlenir. Akım tüketimi dinamik ve cihaz yüküne bağlıyken, voltaj beslemesi sabittir ve cihazın düzgün çalışması için ideal olarak sabit olması gerekir. Cihaz için ihtiyaç duyulan bu ideal voltaj değeri ise voltaj regülatörü tarafından sağlanır. Dizüstü bilgisayarınızın, şarj cihazınızın ve kahve makinenizide hepsinde voltaj regülatörleri bulunur.

Voltaj Regülatörü Nedir?

Güç dalgalanmaları ve yüklerdeki değişimler sırasında voltajın düzenlenmesi gerekir. Elektronik cihazlarda istenen güç(AC-DC) ve istenen akım ve voltaja göre değişmektedir. Voltaj regülatörü ise tüm bu istenen değerleri sağlamak için kullanılır.

SMPS ve  şarj cihazı her ikisinde de sabit voltaj regülatörü olarak geçer.

Voltaj regülatörü genellikle daha yüksek ve değişken giriş voltajını, daha düşük, daha kararlı hale getirir. Ayrıca elektronik devrelere zarar verecek voltajlardan korur.

Farklı Voltaj Regülatörleri

Düşük voltajlı elektronik cihazlarda kullanılan voltaj regülatörleri genellikle entegre devrelerinden oluşur. Fiziksel tasarımına bağlı olarak, voltaj regülatörleri entegre devrelerde, elektromekanik cihazlarda veya katı hal otomatik regülatörlerine kadar birçok türü vardır. Aktif voltaj regülatörlerinin (transistörler veya op-amp’ler gibi yükseltici bileşenler kullanan)  en yaygın sınıflandırmaları, doğrusal ve anahtarlamalı regülatörlerdir.

Doğrusal regülatörler, genellikle IC’ler(entegre) olarak paketlenmiş basit transistör tabanlı cihazlardır. Dahili devreleri, çıkış voltajını bir referans voltajına karşı kontrol etmek için diferansiyel yükselteçler kullanır. Doğrusal voltaj regülatörleri, sabit çıkış uygulayabilir veya ayarlanabilir bir kontrole sahip olabilir. Genellikle çıkış akımıyla karşılaştırılabilir giriş akımına ihtiyaç duyarlar.

Anahtarlama regülatörleri, çıkış olarak aktarılan voltajın görev döngüsünü değiştirerek seri cihazı yüksek frekansta AÇIK/KAPALI konuma getirir. Ortak topolojileri buck, boost ve buck-boost’tur. Buck dönüştürücüler, voltaj düşüşü sırasında daha verimlidir ve hala çıkış akımını yükseltme yeteneğine sahiptir. Texas Instruments’ın (TI) TPS6125’i gibi boost dönüştürücüler, çıkış voltajını giriş voltajından daha fazla yükseltebilir.

Adafruit’in yerleşik TI TPS63060 ve Anahtarlama Regülatör Devresine sahip Buck-Boost Dönüştürücüsü (Resim kaynağı: Adafruit Industries (solda) & DigiKey SchemeIt (sağda))

Lineer voltaj regülatörlü entegre devreler

Elektronik devrelerde kullanılan en yaygın DC lineer sabit voltaj regülatör IC’leri, sırasıyla pozitif ve negatif voltaj çıkışı için 78XX ve 79XX serisidir. XX, 2,5 V ila 35 V arasında değişen ve 2 A’ya kadar akımı destekleyebilen çıkış voltajını sağlarlar. Yüzeye monte, TO-3 ve TO-220 çeşitleride mevcuttur. 

7805 IC ailesi

TMicroelectronics LM7805 , çıkış ve GND terminali boyunca +5 V voltaj verirken, TI’nin LM7912’si -12 V çıkış verir. Negatif voltajlar sadece GND terminaline göre göreceli bir referanstır.

Lineer voltaj regülatörleri, düşük maliyetli ve çok düşük elektromanyetik parazite sahip kullanımı kolay IC’lerdir ve voltaj dalgalanmalarına hızlı yanıt verirler. Basit uygulamalar için faydalı olsalar da, bunları kullanmanın birkaç dezavantajı vardır.

• 78XX ve 79XX IC’ler, yalnızca giriş voltajı çıkıştan en az 2,5 V veya daha fazlaysa sabit ve nominal çıkış voltajı sağlayabilir. Örneğin, 9 V Li-Ion pil ile çalışıyorsa, bir LM7809 IC’den 9 V çıkış elde edemezsiniz.
• Voltaj düşüşü, bu IC’lerin esasen sahte dirençler gibi davranması ve ekstra giriş pil gücünü ısı olarak serbest bırakması nedeniyle olur. Bu verimsizdir ve ısının, soğutucular veya fanlar kullanılarak dağıtılması gerekir. Yüksek voltajlı yüksek akımlı IC’ler, sabit sıcaklık aralıkları sağlamak için büyük ısı emicilere veya sürekli fan kullanımına ihtiyaç duyar. LM7805’e 24 V giriş gibi düşük çıkışlar için yüksek giriş voltajları, %20 gibi çok düşük bir verimliliğe sahiptir.

TI’nin LM317’si , dirençler kullanarak harici bir R1/R2 voltaj bölücü ilkesine dayalı olarak çıkış voltajını değiştirmeye izin veren DC doğrusal ayarlanabilir voltaj regülatörüdür . Kullanımı kolaydır ve gösterildiği gibi iki dirence ihtiyaç duyar. 1,25 V ila 37 V pozitif voltaj aralığında 1,5 A’ya kadar akım sağlayabilir. LM317 IC ailesinin diğer çeşitleri, LM317L ve LM317M , sırasıyla 100 mA ve 500 mA akım sağlar.

LM317 IC Ailesi Şeması (Resim kaynağı: Texas Instruments’tan Ürün Veri Sayfası )