Princip rada prekidničkog regulatora

Prekidnički regulatori su učinkoviti regulatori napona koji kontroliraju struja brzim prekidačkim elementima (poput MOSFET-a) i postižu regulaciju napona putem komponenti za pohranu energije (poput induktivnosti ili kondenzatora). Evo objašnjenja kako to funkcioniraju i njihove ključne komponente:

1. Kontrola prekidačkog elementa

Sjeće prekidničkog regulatora je prekidački element koji periodično prelazi iz stanja UKLJUČENO u stanje ISKLJUČENO. Kada je prekidački element u stanju UKLJUČENO, ulazni napon se prenosi kroz prekidački element na induktivnost; kada je prekidački element u stanju ISKLJUČENO, struja u induktivnosti je prisiljena da nastavi teći kroz diodu (ili sinkronizirani rektor) na izlazu.

2. Uloga induktivnosti i kondenzatora

• Induktivnost: Kao komponenta za pohranu, pohranjuje energiju kada prekidački element vodi, a ispušta energiju kada je prekidački element isključen.

• Kondenzator: Spojen paralelno na izlazu kako bi izglačao izlazni napon i smanjio oscilacije uzrokovane prekidom struje u induktivnosti.

3. Modulacija širine impulsa (PWM) kontrole

PWM je metoda za kontrolu proporcije vremena provedenog u stanju provođenja i prekida prekidačkih elemenata. Prilagođavanjem faktora punjenja (odnosno odnosa vremena provođenja i perioda) PWM signala, moguće je kontrolirati brzinu sa kojom induktivnosti pohranjuju i ispuštaju energiju, time regulirajući veličinu izlaznog napona.

4. Petlja povratne veze

Radi održavanja stabilnosti izlaznog napona, obično se u buck tipovima prekidničkih regulatora uključuje petlja povratne veze. Ova petlja nadgleda izlazni napon i uspoređuje ga s referentnim naponom. Ako izlazni napon odstupa od postavljene vrijednosti, petlja povratne veze prilagođava faktor punjenja PWM signala kako bi povećala ili smanjila prijenos energije induktivnosti, održavajući time stabilnost izlaznog napona.

5. Način rada

• Način neprekidnog provođenja (CCM): Pod opterećenjem, struja u induktivnosti nikada ne pada na nulu tijekom cijelog ciklusa prekida.

• Način diskontinuiranog provođenja (DCM): ili Burst mod: Pod laganim opterećenjem ili bez opterećenja, regulator može upasti u ove načine rada kako bi poboljšao učinkovitost i smanjio potrošnju energije u mirovanju.

6. Učinkovitost i upravljanje toplinom

Budući da će prekidna radnja prekidačkog elementa generirati određene gubitke, učinkovitost prekidničkog regulatora nije 100%. Međutim, visoko učinkovite dizajne mogu se postići optimizacijom odabira prekidačkih elemenata, smanjenjem gubitaka pri prekidu i provođenju. Tijekom toga, nužne su i odgovarajuće mjere upravljanja toplinom (poput hladnjaka) kako bi se spriječilo pretopljenje i održana pouzdanost regulatora.

Sažetak

Prekidnički regulatori postižu učinkovitu i stabilnu regulaciju napona putem gore navedenog mehanizma, a široko se koriste u različitim elektroničkim uređajima poput računala, mobitela, TV-a itd., osiguravajući da ti uređaji mogu normalno raditi pod različitim uvjetima ulaznog napona.