Разница между понижающим регулятором и повышающим регулятором
Функция и направление выходного напряжения
Понижающий регулятор напряжения
Основная функция понижающего регулятора напряжения заключается в снижении более высокого входного напряжения до более низкого стабильного выходного напряжения. Например, общее входное напряжение постоянного тока 12 В преобразуется в стабильное выходное напряжение 5 В или 3,3 В для удовлетворения потребностей в низковольтном питании, таких как зарядные устройства для мобильных телефонов и некоторые чипы на материнской плате компьютера.
Повышающий регулятор напряжения
Повышающий регулятор напряжения предназначен для увеличения более низкого входного напряжения до более высокого стабильного выходного напряжения. Например, в некоторых устройствах, использующих одиночные или несколько сухих батарей (1,5 В или 3 В и т. д.) для питания, напряжение может быть повышено до 5 В, 9 В и т. д. через повышающий регулятор, чтобы обеспечить питание цепей или устройств, требующих более высоких напряжений, таких как портативные динамики и некоторые переносные измерительные приборы.
Структура схемы и принцип работы
Понижающий регулятор напряжения
Базовая структура схемы: Обычный понижающий регулятор использует структуру понижающего преобразователя. Он состоит в основном из силовых ключевых транзисторов (например, MOSFET), индуктивностей, конденсаторов, диодов и управляющих цепей.
Принцип работы: Когда силовой ключевой транзистор включен, входное напряжение заряжает индуктивность, ток в индуктивности линейно возрастает, в этот момент диод отключен, и нагрузка питается от конденсатора; когда ключевой транзистор выключен, индуктивность генерирует обратное электродвижущую силу, которая через диод подает питание на конденсатор и нагрузку, и ток в индуктивности линейно уменьшается. Управляя временем включения и выключения ключевого транзистора (коэффициентом заполнения), можно регулировать выходное напряжение, чтобы оно оставалось стабильным.
Повышающий регулятор напряжения
Базовая структура схемы: Обычно используется структура повышающего преобразователя, также включая силовые ключевые транзисторы, индуктивности, конденсаторы, диоды и управляющие цепи.
Принцип работы: Когда силовой ключевой транзистор включен, входное напряжение прикладывается к обоим концам индуктивности, ток в индуктивности линейно возрастает, в этот момент диод отключен, и конденсатор разряжается на нагрузку, чтобы поддерживать выходное напряжение; когда ключевой транзистор выключен, обратная электродвижущая сила, генерируемая индуктивностью, суммируется с входным напряжением, заряжая конденсатор через диод и подавая питание на нагрузку. Регулируя время включения и выключения ключевого транзистора (коэффициентом заполнения), можно повысить и стабилизировать выходное напряжение.
Сценарии применения
Понижающий регулятор напряжения
Потребительские электронные устройства: широко используются в мобильных телефонах, планшетах, ноутбуках и других устройствах. Большинство чипов и модулей цепей внутри этих устройств требуют различных уровней низковольтного питания, а входное питание устройства (например, напряжение литий-ионной батареи или внешнего адаптера) относительно высоко, поэтому требуется понижающий регулятор, чтобы удовлетворить требования по напряжению различных компонентов.
Блок питания: Используется для преобразования сетевого напряжения в более низкое постоянное выходное напряжение, например, обычное сетевое напряжение 220 В переменного тока в 5 В, 9 В, 12 В постоянного тока, для зарядки или питания мобильных телефонов, роутеров и других устройств.
Повышающий регулятор напряжения
Портативные устройства: Для портативных устройств, питающихся от низковольтных батарей (например, сухих элементов, кнопочных батарей), когда некоторые компоненты в устройстве требуют более высокого напряжения. Например, некоторые фонари, работающие от одной сухой батареи 1,5 В, используют повышающий регулятор, чтобы повысить напряжение до 3 В или выше, обеспечивая более яркое освещение.
Системы возобновляемой энергии: В системах солнечной фотоэлектрической генерации, когда выходное напряжение фотоэлемента низкое при низкой интенсивности света, повышающий регулятор может повысить низкое напряжение до уровня, подходящего для последующих цепей (например, инверторов), что повышает эффективность использования солнечной энергии.
Характеристики эффективности
Понижающий регулятор напряжения
В процессе понижения напряжения, эффективность понижающего регулятора зависит от разницы между входным и выходным напряжением, током нагрузки, характеристиками компонентов схемы и других факторов. В целом, когда разница между входным и выходным напряжением мала, эффективность относительно низка при легкой нагрузке (малый ток нагрузки), и эффективность улучшается с увеличением тока нагрузки. Однако, если разница между входным и выходным напряжением слишком велика, эффективность также снижается из-за потерь мощности (в основном потерь в компонентах, таких как ключевые транзисторы и индуктивности).
Повышающий регулятор напряжения
Эффективность повышающего регулятора также зависит от многих факторов. Поскольку в процессе повышения напряжения индуктивность должна хранить больше энергии, чтобы повысить напряжение, а диод будет иметь определенные потери энергии при обратном отсечении, то при низком входном напряжении, высоком выходном напряжении и большой нагрузке (большой ток нагрузки) эффективность может существенно пострадать, но с развитием технологии новые повышающие регуляторы постоянно улучшают свою эффективность.
