Het werkingprincipe van de schakelregelaar

Schakelregelaars zijn efficiënte spanningsregelaars die stroom regelen door snel schakelonderdelen (zoals MOSFETs) te schakelen en spanningsregeling bereiken via energieopslagcomponenten (zoals spoelen of condensatoren). Hier volgt een uitleg over hoe ze werken en hun belangrijke componenten:

1. Schakelonderdeelcontrole

Het hart van een schakelregelaar is een schakelonderdeel dat periodiek tussen de AAN- en UIT-toestand schakelt. Wanneer het schakelonderdeel in de AAN-toestand is, wordt de ingangsspanning door het schakelonderdeel naar de spoel overgebracht; wanneer het schakelonderdeel in de UIT-toestand is, wordt de stroom in de spoel gedwongen om door de diode (of synchrone rectifier) aan de uitgangskant door te blijven stromen.

2. De rol van spoelen en condensatoren

• Spoel: Als opslagcomponent stopt hij energie op wanneer het schakelonderdeel geleidt en geeft hij energie af wanneer het schakelonderdeel is uitgeschakeld.

• Condensator: Aangesloten parallel aan de uitgang om de uitgangsspanning glad te maken en ruis veroorzaakt door de stroomonderbreking van de spoel te verminderen.

3. Pulse Width Modulation (PWM) controle

PWM is een methode om de verhouding van geleidingstijd en afsluitingstijd van schakelonderdelen te controleren. Door de duty cycle (d.w.z. de verhouding van de geleidingstijd tot de periode) van het PWM-signaal te verstellen, kan de snelheid waarmee spoelen energie opslaan en afgeven worden geregeld, waardoor de grootte van de uitgangsspanning wordt gereguleerd.

4. Feedbacklus

Om de stabiliteit van de uitgangsspanning te behouden, wordt er meestal een feedbacklus in buck-type schakelregelaars opgenomen. Deze lus monitort de uitgangsspanning en vergelijkt deze met een referentiespanning. Als de uitgangsspanning afwijkt van de ingestelde waarde, past de feedbacklus de duty cycle van het PWM-signaal aan om de energieoverdracht van de spoel te verhogen of te verlagen, waardoor de stabiliteit van de uitgangsspanning wordt behouden.

5. Werkmodus

• Continue geleidingsmodus (CCM): Onder zware belastingomstandigheden valt de stroom in de spoel nooit tot nul tijdens de gehele schakelcyclus.

• Discontinue geleidingsmodus (DCM): of Burst-modus: Onder lichte belasting of zonder belasting kan de regelaar deze modi ingaan om de efficiëntie te verbeteren en de stand-byvermogensconsumptie te verminderen.

6. Efficiëntie en warmtebeheer

Aangezien het schakelen van het schakelonderdeel bepaalde verliezen oplevert, is de efficiëntie van de schakelregelaar niet 100%. Echter, door de selectie van schakelonderdelen te optimaliseren, de schakelverliezen en geleidingsverliezen te verminderen, kunnen hoge-efficiëntieontwerpen worden bereikt. Tegelijkertijd zijn ook passende warmtebeheersmaatregelen (zoals koellichamen) nodig om oververhitting te voorkomen en de betrouwbaarheid van de regelaar te behouden.

Samenvatting

Schakelregelaars realiseren efficiënte en stabiele spanningsregeling door bovenstaande mechanismen en worden breed toegepast in verschillende elektronische apparaten zoals computers, mobiele telefoons, televisies, enz., waardoor deze apparaten onder diverse ingangsspanningsomstandigheden normaal kunnen functioneren.