Vaihtokalvon säätimen toimintaperiaate

Vaihtokalvon säätimet ovat tehokkaita jännitesäätimiä, jotka hallitsevat virtaa nopeasti vaihtamalla kytkentäkomponentteja (kuten MOSFETeja) ja saavuttavat jännitesäädön energiavarastokomponenttien (kuten induktoreiden tai kondensaattorien) kautta. Tässä on selitys siitä, miten ne toimivat ja niiden keskeiset komponentit:

1. Kytkentäkomponentin hallinta

Vaihtosäätimen ydin on kytkentäkomponentti, joka vaihtaa säännöllisesti päälle- ja pois-tilan välillä. Kun kytkentäkomponentti on päällä, syöttöjännite siirtyy kytkentäkomponentin kautta induktoriin; kun kytkentäkomponentti on pois, induktorin virta jatkaa virrannutta dioden (tai synkronisen suoran veden) kautta tulon päässä.

2. Induktorien ja kondensaattorien rooli

• Induktori: Energivarastokomponenttina se varastoilee energiaa, kun kytkentäkomponentti johtaa, ja vapauttaa energiaa, kun kytkentäkomponentti on sammutettu.

• Kondensaattori: Yhdistetty rinnakkaan tulon kanssa tasoittamaan tulovirtaa ja vähentämään induktorin virran katkaisusta aiheutuvaa ripausvirtaa.

3. Pulssihihasleimaus (PWM)-hallinta

PWM on menetelmä, jolla voidaan hallita kytkentäkomponenttien johtamisen ja katkaisun osuutta. PWM-signaalin tehoasteen (eli johtamisaikojen suhde jaksoaikaan) säätämällä on mahdollista hallita nopeutta, jolla induktorit varastoilevat ja vapauttavat energiaa, mikä säätelee tulovirtan suuruutta.

4. Palautekiekko

Tulovirran vakauden ylläpitämiseksi buck-tyyppisiin vaihtosäätimiin sisällytetään yleensä palautekiekko. Tämä kiekko valvoo tulovirtaa ja vertaa sitä viitevirtaan. Jos tulovirta poikkeaa asetetusta arvosta, palautekiekko säätää PWM-signaalin tehoastetta lisäämään tai vähentämään induktorin energiasiirtoa, mikä ylläpitää tulovirran vakautta.

5. Toimintatila

• Jatkuva johtamistila (CCM): Rasitusolosuhteissa induktorin virta ei koskaan laske nollaan koko kytkentajakson ajan.

• Epäjatkuva johtamistila (DCM): tai Rajahdusmalli: Kevyt rasitus- tai ilman rasitusta ollessa säätimen voi siirtyä näihin tiloihin parantamaan tehokkuutta ja vähentämään käytöstä olevan tehon kulutusta.

6. Tehokkuus ja lämpöjohto

Koska kytkentäkomponentin vaihtominen aiheuttaa tiettyjä häviöitä, vaihtosäätimen tehokkuus ei ole 100 %. Kuitenkin korkeatehokkaita suunnitelmia voidaan saavuttaa optimoimalla kytkentäkomponenttien valintaa, vähentämällä kytkemishäviöitä ja johtamishäviöitä. Samalla on myös tarpeellista ottaa käyttöön sopivia lämpöjohtotoimenpiteitä (kuten lämpövaihtimet) estääksesi ylikuumenemisen ja säätimen luotettavuuden ylläpitämisen.

Yhteenveto

Vaihtokalvon säätimet saavuttavat tehokkaan ja vakavan jännitesäädön edellä mainitulla mekanismilla, ja ne ovat laajasti käytössä erilaisissa sähköläitteissä, kuten tietokoneissa, matkapuhelimissa, televisioissa jne., varmistamalla, että nämä laitteet voivat toimia normaalisti eri syöttöjännitteen olosuhteissa.