El principi de funcionament del regulador commutat

Els reguladors commutats són reguladors de tensió eficients que controlen la corrent començant i aturant ràpidament elements de commutació (com els MOSFETs) i assolen la regulació de tensió mitjançant components d'emmagatzematge d'energia (com els inductors o condensadors). A continuació, es presenta una explicació del seu funcionament i els seus components clau:

1. Control de l'element de commutació

El nucli d'un regulador commutat és un element de commutació que passa periòdicament de l'estat ON a l'estat OFF. Quan l'element de commutació està en l'estat ON, la tensió d'entrada es transmet a través de l'element de commutació a l'inductor; quan l'element de commutació està en l'estat OFF, la corrent a l'inductor es veu forçada a continuar fluixant a través del díode (o rectificador síncron) al final de sortida.

2. El paper dels inductors i condensadors

• Inductor: Com a component d'emmagatzematge, emmagatzema energia quan l'element de commutació està conduint i allibera energia quan l'element de commutació s'atura.

• Condensador: Connectat en paral·lel a la sortida per suavitzar la tensió de sortida i reduir les oscil·lacions causades per la interrupció de la corrent de l'inductor.

3. Control de Modulació d'Amplada de Puls (PWM)

La PWM és un mètode per controlar la proporció de temps de conducció i tall de l'element de commutació. Ajustant el cicle de treball (és a dir, la relació entre el temps de conducció i el temps de període) del senyal PWM, es pot controlar la velocitat amb què els inductors emmagatzemen i alliberen energia, regulant així la magnitud de la tensió de sortida.

4. Bucle de retroalimentació

Per mantenir l'estabilitat de la tensió de sortida, normalment es disposa d'un bucle de retroalimentació en els reguladors commutats de tipus buck. Aquest bucle monitoritza la tensió de sortida i la compara amb una tensió de referència. Si la tensió de sortida es desvia del valor establert, el bucle de retroalimentació ajusta el cicle de treball del senyal PWM per augmentar o disminuir la transferència d'energia de l'inductor, així mantenint l'estabilitat de la tensió de sortida.

5. Modes de funcionament

• Mode de Conducció Contínua (CCM): En condicions de càrrega elevada, la corrent a l'inductor no arriba a zero durant tot el cicle de commutació.

• Mode de Conducció Discontinua (DCM): o Mode Burst: En condicions de càrrega lleugera o sense càrrega, el regulador pot entrar en aquests modes per millorar l'eficiència i reduir el consum d'energia en repos.

6. Eficiència i gestió de calor

Com que l'acció de commutació de l'element de commutació genera certes pèrdues, l'eficiència del regulador commutat no és del 100%. No obstant això, es poden aconseguir dissenys d'alta eficiència optimitzant la selecció d'elements de commutació, reduint les pèrdues de commutació i de conducció. Alhora, també són necessàries mesures adequades de gestió tèrmica (com els dissipadors de calor) per prevenir el sobrecalentament i mantenir la fiabilitat del regulador.

Resum

Els reguladors commutats assolen una regulació de tensió eficient i estable mitjançant el mecanisme anterior, i s'utilitzen ampliament en diversos dispositius electrònics com ordinadors, telèfons mòbils, televisions, etc., assegurant que aquests dispositius puguin funcionar normalment en diverses condicions de tensió d'entrada.