Regolatore Lineare VS Regolatore Switching per multirotore

Perché usare un regolatore di tensione in un multirotore?

A volte potrebbe essere necessario per alimentare una parte del vostro multirotore con una tensione specifica. Ad esempio, alcune fotocamere richiedono 5V, 12V, alcuni trasmettitori video richiedono 3.3V, 5V, 7V e 12V. Per evitare il sovraccarico del vostro sistema RC con molte batterie separate di diverse tensioni, è possibile utilizzare un regolatore di tensione direttamente dal pacco batteria principale o da quello adibito ai servizi. Ci sono principalmente due tipi di regolatori di tensione disponibili, switching e lineare. Ognuno di loro ha dei pro e contro e in questo articolo ci accingiamo a dare un'occhiata alle loro caratteristiche.

Regolatore Switching

Un regolatore di tensione switching funziona commutando la tensione d'ingresso e si spegne per caricare un induttore, da qui il termine di regolatore di commutazione . Con l'aiuto di un interruttore e un controller che regola il rapporto, con frequenze in genere tra 50Khz a 100Khz , a seconda della tensione e della corrente necessaria al carico elettrico, il regolatore si accende per un periodo di tempo più o meno lungo per rilasciare l'energia necessaria ai valori desiderati. Questo è un modo molto efficace di regolare la tensione e con perdite di energia relativamente basse, in genere può avere un efficienza 85% o superiore. Un fattore fortemente negativo è che emette un sacco di interferenze radio il che significa che in realtà agisce come un generatore di rumore. Inoltre produce rumore sulla tensione d'uscita noto anche come ripple. Data la natura di questi regolatori è possibile anche alimentare carichi con tensione superiore a quelle in ingresso al regolatore.

Regolatore Lineare

Un regolatore lineare consiste nel prendere la differenza tra la tensione l'ingresso e quella di uscita e questo lavoro si trasforma in calore. Maggiore è la differenza di tensione, maggiore è il calore che viene prodotto. Nella maggior parte dei casi, un regolatore lineare scendendo di tensione, spreca più potenza di quello che in realtà finisce per consegnare al dispositivo di destinazione! Cioè un'efficienza bassissima a volte di molto inferiore al 50%
Anche se sono inefficienti i regolatori lineari sono molto popolari per i dispositivi a bassa potenza, perché sono facili da usare e molto economici. Il regolatore di tensione lineare in realtà riduce anche il ripple della tensione in uscita e non emette interferenze some radio frequenze (non è così rumoroso come regolatore switching), quindi sono popolari per l'alimentazione di dispositivi sensibili al rumore.

Quale usare in un multirotore?

Dipende molto da cosa si vuole fare con esso. Per applicazioni sensibili al rumore e se l'efficienza non è un grosso problema è meglio usare regolatore lineare. Se invece l'efficienza è più importante e non ci preoccupa il rumore, si può stare sul regolatore di switching .

Per esempio se avete bisogno di ottenere una tensione stabilizzata di 12V per il trasmettitore video FPV dalla batteria principale 4S(14,8V) del multirotore, è preferibile usare un regolatore di tensione lineare, perché i trasmettitori video e le telecamere sono tutti dispositivi analogici molto sensibili al ripple e al rumore; per di più le frequenze radio emesse dal regolatore switching possono anche ridurre le prestazioni del sistema video. Come descritto in precedenza, non abbiamo questo problema utilizzando il regolatore lineare. E' vero anche che se vogliamo ottenere una tensione di 12V da una batteria 3S (11,1 V) siamo costretti ad usare un regolatore switching  che è l'unica soluzione per ottenere una tensione d'uscita maggiore di quella in ingresso

è possibile anche mettere un filtro LC per ridurre ulteriormente il ripple della tensione in uscita.

Con il regolatore lineare abbiamo l'alimentazione più pulita , il compromesso è che sprecare un po' più di energia sulla conversione è sempre un grande affare? Calcoliamo quanta energia viene sprecata in calore. Il calore (in watt) può essere calcolato come (tensione di ingresso - tensione di uscita) x assorbimento di corrente. Per esempio nel caso di una lipo 4S completamente carica a 16.8V (4 celle a 4,2V ognuna), meno 12V in uscita, moltiplicato per 0,2 A (la corrente assorbita da un ipotetico trasmettitore video con 100mW d'antenna)

 (16,8-12)V * 0.2A = 0.96W

È molto? Diamo uno sguardo a ciò che la potenza di tutto il sistema con alimentazione di 16.8V e l'assorbimento di corrente in volo stazionario di circa 25A. Questo è

16.8V * 25A = 420W

Quasi 1W di calore sprecato per il trasmettitore video rispetto ai 420W di tutto il sistema ed è solo lo 0,23% con una minima influenza sul nostro tempo di volo