Princip chodíku přepínacího regulátoru

Přepínací regulátory jsou efektivní napěťové regulátory, které řídí proud rychlým přepínáním přepínačových prvků (jako jsou MOSFETy) a dosahují regulace napětí prostřednictvím komponent pro ukládání energie (jako jsou cívky nebo kondenzátory). Zde je vysvětlení, jak fungují, a jejich klíčové komponenty:

1. Ovládání přepínačového prvku

Klíčovým prvkem přepínacího regulátoru je přepínačový prvek, který se periodicky přepíná mezi stavem ZAPNUTO a VYPNUTO. Když je přepínačový prvek ve stavu ZAPNUTO, vstupní napětí je převedeno přes přepínačový prvek do cívky; když je přepínačový prvek ve stavu VYPNUTO, proud v cívce je nucen pokračovat v toku přes diodu (nebo synchronní obdélník) na výstupu.

2. Role cívek a kondenzátorů

• Cívka: Jako komponenta pro ukládání energie ukládá energii, když přepínačový prvek vede proud, a uvolňuje energii, když je přepínačový prvek vypnutý.

• Kondenzátor: Připojen paralelně na výstupu pro vyhlazování výstupního napětí a snížení vlny způsobené přerušením proudu v cívce.

3. Regulace šířky pulsu (PWM)

PWM je metoda pro ovládání poměru času vedoucího a neprovodného stavu přepínačových prvků. Upravováním cyklického poměru (tj. poměru času vedoucího stavu k celkovému časovému období) signálu PWM lze ovládat rychlost, s jakou cívka ukládá a uvolňuje energii, tedy regulovat velikost výstupního napětí.

4. Zpětnovazební smyčka

Aby byla zachována stabilita výstupního napětí, jsou v přepínacích regulátorech typu buck obvykle zahrnuty zpětnovazební smyčky. Tato smyčka sleduje výstupní napětí a porovnává ho s referenčním napětím. Pokud se výstupní napětí odchyluje od nastavené hodnoty, zpětnovazební smyčka upraví cyklický poměr signálu PWM, aby zvýšila nebo snížila přenos energie cívky, tímto způsobem udržuje stabilitu výstupního napětí.

5. Režim práce

• Režim spojitého vedení (CCM): Za podmínek těžkého zatížení se proud v cívce nikdy nezmenší na nulu po celou dobu přepínání.

• Režim nespojitého vedení (DCM): nebo Burst Mode: Za podmínek lehkého zatížení nebo bez zatížení může regulátor vstoupit do těchto režimů, aby zlepšil účinnost a snížil spotřebu energie v nečinném stavu.

6. Účinnost a tepelné řízení

Protože přepínací akce přepínačového prvku vygeneruje určité ztráty, účinnost přepínacího regulátoru není 100 %. Avšak vysokou účinnost lze dosáhnout optimalizací výběru přepínačových prvků, snížením ztrát při přepínání a vedení proudu. Současně jsou také nutné vhodné opatření pro tepelné řízení (jako jsou tepelné rozměrné elementy) k prevenci přetopení a udržení spolehlivosti regulátoru.

Shrnutí

Přepínací regulátory dosahují efektivní a stabilní regulace napětí prostřednictvím výše uvedeného mechanismu a jsou široce používány v různých elektronických zařízeních, jako jsou počítače, mobilní telefony, televize atd., zajistí, aby tato zařízení mohla pracovat normálně za různých podmínek vstupního napětí.