Spanningsregelaars

Wat is een spanningsregelaar?

Spanningsregelaars zijn handig voor het stabiliseren van de stroomvoorziening in bijvoorbeeld Arduino-projecten, vooral wanneer je de Arduino voedt met batterijen of accu's. Buck converters kunnen bijvoorbeeld de voedingsspanning verlagen voor sensoren die een lagere spanning vereisen dan de Arduino levert. Boost converters zijn nuttig in situaties waar de beschikbare batterijspanning lager is dan nodig, en zorgen dat het project stabiel blijft werken.

Lineaire spanningsregelaars

werken door middel van een spanningsdeler om de output te regelen. Ze zijn eenvoudig, goedkoop en gebruiksvriendelijk, maar ze zijn niet zo efficiënt als andere soorten spanningsregelaars, omdat ze de neiging hebben om veel vermogen als warmte af te voeren. Enkele populaire lineaire spanningsregelaar IC's zijn de LM7805, LM7812 en LM317.

Schakelende spanningsregelaars

Deze worden ook wel schakelende voedingen (SMPS) genoemd, werken door een transistor snel aan en uit te schakelen om de output te regelen. Ze zijn efficiënter dan lineaire spanningsregelaars, maar ze zijn complexer en kunnen elektromagnetische interferentie (EMI) genereren. Enkele populaire IC's voor schakelende spanningsregelaars zijn de LM2675, LM2575 en LM3478.

Buck en Boost converters

Buck Converter

Een buck converter, ook bekend als een step-down converter, is een type DC-DC converter die de invoerspanning verlaagt naar een lagere uitvoerspanning. Dit is handig in toepassingen waar de voedingsspanning hoger is dan wat nodig is voor de componenten. Bijvoorbeeld, als je een batterij hebt die 12 volt levert, maar je apparaat heeft slechts 5 volt nodig, dan kan een buck converter deze spanning efficiënt verlagen.

Boost Converter

In tegenstelling tot de buck converter, verhoogt een boost converter de DC-ingangsspanning naar een hogere DC-uitgangsspanning. Dit wordt gebruikt wanneer de beschikbare invoerspanning lager is dan nodig. Een praktisch voorbeeld zou zijn het gebruik van een boost converter om de 3,7 volt van een lithium-ion batterij te verhogen naar 5 volt, nodig voor het opladen van USB-apparaten. Boost converters zijn belangrijk in draagbare elektronica, waar een hogere spanning nodig is dan de batterij kan leveren.

Buck-Boost Converter

Een buck-boost converter integreert de capaciteiten van zowel buck als boost converters, waardoor het zowel de invoerspanning kan verlagen als verhogen naar een specifieke uitvoerspanning. Dit is vooral handig wanneer de invoerspanning fluctueert, zoals het geval is bij batterijen. Neem bijvoorbeeld 4 AA batterijen, die een spanning kunnen hebben tussen de 4V en 6.5V, terwijl een Arduino exact 5V nodig heeft om correct te functioneren. Een buck-boost converter zorgt ervoor dat de Arduino altijd de juiste spanning ontvangt, ongeacht het batterij niveau.

Waar moet ik op letten bij het kiezen van een spanningsregelaar?

Het is belangrijk om een spanningsregelaar te kiezen die geschikt is voor je specifieke toepassing en om de specificaties van de fabrikant zorgvuldig door te nemen om er zeker van te zijn dat deze zal werken zoals verwacht onder de specifieke omstandigheden van je schakeling.

Er zijn een paar dingen waar je op moet letten bij het gebruik van spanningsregelaars, waaronder:

1. Ingang spanning bereik: Zorg ervoor dat de input van de spanningsregelaar geschikt is voor je toepassing. De ingangsspanning moet binnen het door de fabrikant gespecificeerde werkbereik liggen om een goede werking te garanderen en schade aan de spanningsregelaar te voorkomen.
2. Output bereik: Controleer het bereik van de output spanning om er zeker van te zijn dat deze geschikt is voor je toepassing.
3. Belastingsstroom: Zorg ervoor dat de belastingsstroom (de hoeveelheid stroom die door de schakeling vloeit) de maximale belasting voor de spanningsregelaar niet overschrijdt. Overschrijding van de maximale belastingsstroom kan ervoor zorgen dat de spanningsregelaar oververhit raakt en uitvalt.
4. Temperatuurbereik: Houd rekening met het temperatuurbereik waarin de spanningsregelaar kan werken. Veel spanningsregelaars hebben een gespecificeerd bedrijfstemperatuurbereik en het gebruik buiten dit bereik kan leiden tot slechte prestaties of storingen.
5. Efficiëntie: Houd er rekening mee dat spanningsregelaars verschillende efficiënties kunnen hebben, dit betekent hoeveel energie als warmte wordt verspild tijdens het regelproces.
6. Ruis: Sommige spanningsregelaars kunnen ruis of rimpels in de output introduceren. Dit kan een probleem zijn voor gevoelige elektronische apparaten. Gewoonlijk genereren schakelende regelaars meer rimpel dan lineaire spanningsregelaars.
7. Beveiligingsfuncties: Sommige spanningsregelaars hebben ingebouwde beveiligingsfuncties zoals thermische beveiliging, overstroombeveiliging en overspanningsbeveiliging.
8. Montage: Zorg ervoor dat de spanningsregelaar goed gemonteerd en gekoeld is om oververhitting te voorkomen. Omdat schakelende regelaars efficiënter zijn, hebben ze meestal minder last van oververhitting.

Wat is een low-dropout spanningsregelaar?

Een spanningsregelaar met een lage spanningsval (LDO) is een soort spanningsregelaar die een stabiele output kan leveren met een relatief klein spanningsverschil (d.w.z. "spanningsval") tussen de ingang en de output . Dit maakt ze bijzonder nuttig in toepassingen waarbij de ingangsspanning dicht bij de gewenste output ligt.

LDO's zijn typisch lineaire regelaars, wat betekent dat ze werken door de stroom aan te passen die door een doorlaattransistor vloeit om de output te regelen. Omdat de doorlaattransistor in zijn lineaire gebied werkt, is de output recht evenredig met de ingangsspanning. Het spanningsverschil tussen de ingang en output is het resultaat van de spanningsval over de doorlaattransistor en eventuele andere interne verliezen in de regelaar.

LDO's hebben typisch een uitvalspanning tussen ongeveer 100mV en 2V, daarom worden ze beschouwd als lage uitval, hierdoor kunnen ze een stabiele output leveren, zelfs wanneer de ingangsspanning slechts iets hoger is dan de gewenste output .