Prinsip kerja pemangku tegangan beralih

Pemangku tegangan beralih adalah pemangku tegangan yang efisien yang mengontrol arus dengan beralih-beralih elemen beralih (seperti MOSFET) dan mencapai pengaturan tegangan melalui komponen penyimpan energi (seperti induktor atau kapasitor). Berikut penjelasan tentang cara kerja mereka dan komponen kunci mereka:

1. Pengendalian Elemen Beralih

Inti dari regulator beralih adalah elemen beralih yang secara berkala beralih antara keadaan ON dan OFF. Ketika elemen beralih berada dalam keadaan ON, tegangan input ditransfer melalui elemen beralih ke induktor; ketika elemen beralih berada dalam keadaan OFF, arus di induktor dipaksa untuk terus mengalir melalui dioda (atau rektifikasi sinkron) di ujung output.

2. Peranan Induktor dan Kapasitor

• Induktor: Sebagai komponen penyimpan, ia menyimpan energi ketika elemen beralih sedang menghantar dan melepaskan energi ketika elemen beralih dimatikan.

• Kapasitor: Tersambung paralel di output untuk meratakan tegangan output dan mengurangi riak yang disebabkan oleh gangguan arus induktor.

3. Kontrol Modulasi Lebar Pulsa (PWM)

PWM adalah metode untuk mengontrol proporsi waktu hantar dan mati dari elemen beralih. Dengan menyesuaikan siklus tugas (yaitu, rasio waktu hantar terhadap waktu periode) sinyal PWM, mungkin untuk mengontrol kecepatan penyimpanan dan pelepasan energi oleh induktor, sehingga mengatur besarnya tegangan output.

4. Loop Umpan Balik

Untuk mempertahankan stabilitas tegangan output, biasanya termasuk loop umpan balik dalam regulator beralih jenis buck. Loop ini memantau tegangan output dan membandingkannya dengan tegangan referensi. Jika tegangan output menyimpang dari nilai yang ditetapkan, loop umpan balik menyesuaikan siklus tugas sinyal PWM untuk meningkatkan atau mengurangi transfer energi induktor, sehingga mempertahankan stabilitas tegangan output.

5. Mode Kerja

• Mode Konduksi Berkelanjutan (CCM): Dalam kondisi beban berat, arus di induktor tidak pernah jatuh menjadi nol sepanjang siklus beralih.

• Mode Konduksi Diskontinu (DCM): atau Mode Burst: Dalam kondisi beban ringan atau tanpa beban, regulator mungkin memasuki mode ini untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi konsumsi daya idle.

6. Efisiensi dan Manajemen Panas

Karena tindakan beralih elemen beralih akan menghasilkan kerugian tertentu, efisiensi regulator beralih tidak 100%. Namun, desain efisiensi tinggi dapat dicapai dengan mengoptimalkan pemilihan elemen beralih, mengurangi kerugian beralih dan kerugian hantar. Pada saat yang sama, langkah-langkah manajemen panas yang tepat (seperti heatsink) juga diperlukan untuk mencegah overheating dan mempertahankan keandalan regulator.

Ringkasan

Regulator beralih mencapai pengaturan tegangan yang efisien dan stabil melalui mekanisme di atas, dan digunakan secara luas dalam berbagai perangkat elektronik seperti komputer, ponsel, TV, dll., memastikan bahwa perangkat-perangkat ini dapat beroperasi normal di bawah berbagai kondisi tegangan input.