ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าใช้แรงดันไฟฟ้าขาเข้าและสร้างแรงดันเอาต์พุตที่มีการควบคุมที่ระดับคงที่หรือปรับได้ การควบคุมอัตโนมัติของระดับแรงดันไฟขาออกนี้ได้รับการจัดการแตกต่างกันไปตามตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าประเภทต่างๆ
ประเภทของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า
ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ราคาไม่แพงและมักจะง่ายที่สุดคือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น ตัวควบคุมเชิงเส้นมีขนาดกะทัดรัดและมักใช้ในระบบไฟฟ้าแรงต่ำและพลังงานต่ำ ตัวควบคุมการสลับมีประสิทธิภาพมากกว่าตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น แต่ใช้งานได้ยากกว่าและมีราคาแพงกว่า ซีเนอร์ไดโอดมีราคาไม่แพงและใช้งานง่าย แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าตัวควบคุมเชิงเส้น
ตัวควบคุมเชิงเส้น
วิธีพื้นฐานที่สุดวิธีหนึ่งในการให้แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือการใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นแบบ 3 พินแบบมาตรฐาน เช่น LM7805 ซึ่งให้เอาต์พุต 5 โวลต์ 1 แอมป์พร้อมแรงดันไฟฟ้าขาเข้า สูงสุด 36 โวลต์ (แล้วแต่รุ่น)
ตัวควบคุมเชิงเส้นทำงานโดยการปรับความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) ของตัวควบคุมตามแรงดันป้อนกลับ ซึ่งจะกลายเป็นวงจรแบ่งแรงดันโดยพื้นฐานแล้ว ซึ่งช่วยให้ตัวควบคุมส่งแรงดันคงที่โดยไม่คำนึงถึงกระแสที่วางไว้ จนถึงความจุปัจจุบัน
ข้อเสียอย่างหนึ่งของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นคือแรงดันตกคร่อมขั้นต่ำขนาดใหญ่ ซึ่งเท่ากับ 2.0 โวลต์บนตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น LM7805 มาตรฐาน ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้ได้เอาต์พุต 5 โวลต์ที่เสถียร จำเป็นต้องมีอินพุต 7 โวลต์เป็นอย่างน้อย แรงดันตกคร่อมนี้มีบทบาทอย่างมากในกำลังที่สูญเสียไปโดยตัวควบคุมเชิงเส้น ซึ่งต้องกระจายอย่างน้อย 2 วัตต์ หากให้โหลด 1 แอมป์ (แรงดันตก 2 โวลต์ คูณ 1 แอมป์)
การกระจายพลังงานแย่ลงเมื่อความแตกต่างระหว่างแรงดันอินพุตและเอาต์พุตกว้างขึ้น ตัวอย่างเช่น ในขณะที่แหล่งกำเนิด 7 โวลต์ที่ควบคุมเป็น 5 โวลต์โดยส่ง 1 แอมป์จะกระจาย 2 วัตต์ผ่านตัวควบคุมเชิงเส้น แหล่งกำเนิด 10 โวลต์ที่ควบคุมเป็น 5 โวลต์โดยส่งกระแสไฟฟ้าเดียวกันจะกระจายไป 5 วัตต์ ทำให้ตัวควบคุมมีประสิทธิภาพเพียง 50%
ตัวควบคุมการสลับ
ตัวควบคุมเชิงเส้นตรงเป็นโซลูชันที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำและต้นทุนต่ำ โดยที่ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุตต่ำ และไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมาก ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดสำหรับตัวควบคุมเชิงเส้นคือสิ่งเหล่านี้ไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นที่ที่ตัวควบคุมการเปลี่ยนเข้ามาเล่น
เมื่อต้องการประสิทธิภาพสูงหรือต้องการแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่หลากหลาย ตัวควบคุมสวิตช์จะกลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบสวิตชิ่งมีประสิทธิภาพพลังงาน 85% หรือดีกว่า เมื่อเทียบกับประสิทธิภาพตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นที่มักจะต่ำกว่า 50%
ตัวควบคุมการสลับโดยทั่วไปต้องการส่วนประกอบเพิ่มเติมเหนือตัวควบคุมเชิงเส้น ค่าของส่วนประกอบมีผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของตัวควบคุมการสลับมากกว่าตัวควบคุมเชิงเส้น นอกจากนี้ยังมีความท้าทายในการออกแบบในการใช้ตัวควบคุมการสลับอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพของวงจรที่เกิดจากเสียงรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ตัวควบคุมสร้างขึ้น
ซีเนอร์ไดโอด
วิธีควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดวิธีหนึ่งคือใช้ซีเนอร์ไดโอด ในขณะที่ตัวควบคุมเชิงเส้นมักจะเป็นพื้นฐานในการออกแบบ ไดโอดซีเนอร์ให้การควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอในส่วนประกอบเดียว
ตั้งแต่ซีเนอร์ไดโอดแบ่งแรงดันไฟฟ้าพิเศษทั้งหมดที่อยู่เหนือเกณฑ์แรงดันพังทลายลงสู่พื้น สามารถใช้เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบง่ายโดยดึงแรงดันเอาต์พุตข้ามลีดของซีเนอร์ไดโอด
อย่างไรก็ตาม Zeners มักจะมีความสามารถในการจัดการกับพลังงานที่จำกัด ซึ่งจำกัดสิ่งเหล่านี้สำหรับแอปพลิเคชันที่ใช้พลังงานต่ำเท่านั้น เมื่อใช้ซีเนอร์ไดโอดในลักษณะนี้ เป็นการดีที่สุดที่จะจำกัดกำลังไฟฟ้าที่สามารถไหลผ่านซีเนอร์ได้โดยการเลือกตัวต้านทานที่มีขนาดเหมาะสมอย่างมีกลยุทธ์