Der Unterschied zwischen einem Buck-Regler und einem Boost-Regler

Funktion und Ausgangsspannungsrichtung

Spannungsabnehmer (Step-Down-Regler)

Die Hauptfunktion eines Spannungsabnehmers besteht darin, eine höhere Eingangsspannung in eine niedrigere stabile Ausgangsspannung umzuwandeln. Zum Beispiel wird die gängige 12V Gleichspannungs-Eingangsspannung in eine stabile Ausgangsspannung von 5V oder 3,3V konvertiert, um den Bedarf an Niederspannungsversorgungen wie Mobiltelefonladegeräten und einigen Chips auf der Computer-Mainboard zu erfüllen.

Spannungsverstärker (Boost-Regler)

Der Spannungsverstärker erhöht die niedrigere Eingangsspannung auf eine höhere stabile Ausgangsspannung. Zum Beispiel kann in Geräten, die mit einer oder mehreren Trockenbatterien (1,5V oder 3V usw.) versorgt werden, die Spannung durch den Boost-Regler auf 5V, 9V usw. angehoben werden, um Schaltkreise oder Geräte mit höheren Spannungsanforderungen, wie tragbare Lautsprecher und einige handgehaltene Messgeräte, zu versorgen.

Schaltkreisstruktur und Arbeitsprinzip

Spannungsabnehmer (Step-Down-Regler)

• Grundlegende Schaltkreisstruktur: Der gängige Buck-Regler verwendet die Buck-Wandlerstruktur. Er besteht hauptsächlich aus Leistungsschalttransistoren (wie MOSFET), Spulen, Kondensatoren, Dioden und Steuerungsschaltkreisen.

• Arbeitsprinzip: Wenn der Leistungsschalttransistor eingeschaltet ist, lädt die Eingangsspannung die Spule, der Spulenstrom steigt linear, in diesem Fall ist die Diode abgeschaltet, und die Last wird vom Kondensator versorgt; wenn der Schalttransistor abgeschaltet wird, erzeugt die Spule eine Gegenstromspannung, die über die Diode dem Kondensator und der Last Strom liefert, und der Spulenstrom fällt linear. Durch die Steuerung der Einschalt- und Ausschaltzeit (Tastverhältnis) des Schalttransistors wird die Ausgangsspannung so eingestellt, dass sie stabil bleibt.

Spannungsverstärker (Boost-Regler)

• Grundlegende Schaltkreisstruktur: Die Boost-Wandlerstruktur wird normalerweise verwendet und enthält ebenfalls Leistungsschalttransistoren, Spulen, Kondensatoren, Dioden und Steuerungsschaltkreise.

• Arbeitsprinzip: Wenn der Leistungsschalttransistor eingeschaltet ist, wird die Eingangsspannung an beide Enden der Spule angelegt, der Spulenstrom steigt linear, in diesem Fall ist die Diode abgeschaltet, und der Kondensator entlädt sich an die Last, um die Ausgangsspannung zu halten; wenn der Schalttransistor ausgeschaltet ist, wird die Gegenstromspannung, die von der Induktivität erzeugt wird, mit der Eingangsspannung überlagert, der Kondensator wird über die Diode geladen und die Last versorgt. Durch die Anpassung der Einschalt- und Ausschaltzeit (Tastverhältnis) des Schalttransistors kann die Ausgangsspannung erhöht und stabilisiert werden.

Anwendungsszenarien

Spannungsabnehmer (Step-Down-Regler)

• Verbraucherelektronik: weit verbreitet in Mobiltelefonen, Tablets, Laptops und anderen Geräten. Die meisten Chips und Schaltkreismodule in diesen Geräten erfordern verschiedene Niederspannungsversorgungen, und die Stromversorgung des Geräts (z.B. Lithium-Batteriespannung oder externe Adapter-Spannung) ist relativ hoch, daher wird ein Spannungsabnehmer benötigt, um die Spannungsanforderungen verschiedener Komponenten zu erfüllen.

• Netzteiladapter: Wird verwendet, um die Netzspannung in eine niedrigere Gleichspannungs-Ausgangsspannung zu konvertieren, z.B. die gängige 220V Wechselspannung in 5V, 9V, 12V Gleichspannung, um Mobiltelefone, Router und andere Geräte zu laden oder zu versorgen.

Spannungsverstärker (Boost-Regler)

• Tragbare Geräte: Für tragbare Geräte, die mit Niederspannungs-Batterien (wie Trockenbatterien, Knopfbatterien) versorgt werden, wenn einige Komponenten im Gerät eine höhere Spannung erfordern. Zum Beispiel erhöhen einige Taschenlampen, die mit einer einzigen 1,5V-Trockenbatterie betrieben werden, die Spannung mit einem Boost-Regler auf 3V oder höher, um helleres Licht zu liefern.

• Erneuerbare Energiesysteme: Im Solarfotovoltaik-System, wenn die Ausgangsspannung der Photovoltaik-Zelle bei geringer Beleuchtungsstärke niedrig ist, kann der Boost-Regler die niedrige Spannung auf ein für nachfolgende Schaltkreise (wie Inverter) geeignetes Spannungsniveau heben, um die Nutzungseffizienz der Solarenergie zu verbessern.

Effizienzeigenschaften

Spannungsabnehmer (Step-Down-Regler)

Im Prozess des Spannungsabnehmens hängt die Effizienz des Spannungsabnehmers von der Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung, dem Laststrom, der Leistungsfähigkeit der Schaltkreiskomponenten und anderen Faktoren ab. Allgemein gesagt, wenn die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung klein ist, ist die Effizienz bei leichter Last (kleinem Laststrom) relativ gering, und die Effizienz verbessert sich mit zunehmendem Laststrom. Wenn jedoch die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung zu groß ist, sinkt die Effizienz auch aufgrund von Verlustleistung (hauptsächlich Verlusten in Komponenten wie Schalttransistoren und Spulen).

Spannungsverstärker (Boost-Regler)

Die Effizienz des Spannungsverstärkers wird ebenfalls von vielen Faktoren beeinflusst. Da im Prozess des Spannungsverstärkens die Spule mehr Energie speichern muss, um die Spannung zu erhöhen, und die Diode einen bestimmten Energieverlust im Umkehrschluss hat, kann die Effizienz bei niedriger Eingangsspannung, hoher Ausgangsspannung und schwerer Last (großem Laststrom) stark beeinträchtigt sein. Mit der technologischen Entwicklung werden jedoch neue Spannungsverstärker ständig effizienter.