Принцип на работа на регулаторот со превключувач

Регулаторите со превключувач се ефикасни регулатори на напон кои го контролираат токот преку брзо превклучување на елементите превключувач (како што се MOSFET-овите) и постигнуваат регулација на напон преку компоненти за чување на енергија (како индукторите или кондензаторите). Еве објаснување за тоа како работат и нивните клучни компоненти:

1. Контрола на елементот превключувач

Срцевата дел од регулаторот со превключувач е елементот превключувач кој периодично се превклучува помеѓу станичата ON и OFF. Кога елементот превключувач е во станицата ON, входниот напон се пренесува преку елементот превключувач до индукторот; кога елементот превключувач е во станицата OFF, токот во индукторот е принуден да продолжи да текне преку диодата (или синхронизиран ректификатор) на излезот.

2. Улогата на индукторите и кондензаторите

• Индуктор: Како компонент за чување, тој чува енергија кога елементот превключувач е проводлив и ја слободи енергијата кога елементот превключувач е исклучен.

• Кондензатор: Споењето паралелно на излезот го изгладува излезните напон и го намалува флуктуацијата предизвикана од прекинувањето на токот во индукторот.

3. Контрола со модулација на широчина на импулси (PWM)

PWM е метод за контрола на пропорцијата на времетраење на проводливоста и прекинувањето на елементите превключувач. Со прилагодување на циклусот на дежност (т.е. пропорцијата на времетраењето на проводливоста во однос на периодичното време) на сигналот PWM, може да се контролира брзината со која индукторите чуваат и слободат енергија, со тоа регулирајќи големината на излезните напон.

4. Обратна врска

За да се поддржува стабилноста на излезните напон, обично се вклучува обратна врска во регулаторите со превключувач од тип buck. Овој круг следи излезните напон и го споредува со референтен напон. Ако излезните напон се отклони од зададената вредност, обратната врска прилагодува циклусот на дежност на сигналот PWM за да го зголеми или намали преносот на енергија на индукторот, со тоа поддржувајќи стабилноста на излезните напон.

5. Режим на работа

• Непрекинат режим на проводливост (CCM): Под услови на тешка оптерења, токот во индукторот никогаш не пада до нула над целокупниот циклус на превклучување.

• Прекинат режим на проводливост (DCM): или Burst Mode: Под услови на лесна оптерења или без оптерење, регулаторот може да влезе во овие режими за да го подобри ефективноста и да го намали потрошуването на енергија во покой.

6. Ефективност и управување со топлина

Бидејќи акцијата на превклучување на елементот превключувач ќе генерира одредени губитоци, ефективноста на регулаторот со превключувач не е 100%. Меѓутоа, дизајни со висока ефективност можат да се постигнат со оптимизација на изборот на елементите превключувач, намалување на губитоците од превклучување и проводливост. Вистински, потребни се и соодветни мерки за управување со топлината (како радијатори) за да се спречи преогревањето и да се поддржува надежноста на регулаторот.

Закључок

Регулаторите со превключувач постигнуваат ефикасна и стабилна регулација на напон преку горенаведениот механизам и широко се користат во различни електронски уреди како компјутери, мобилни телефони, телевизори итн., осигурувајќи дека овие уреди можат да работат нормално под различни услови на входен напон.