Arbeidsprinsippet for switch-mode regulator

Switch-mode regulatorer er effektive spenningregulatorer som kontrollerer strøm ved rask skifte av skruemoduler (som MOSFET-er) og oppnår spenningstyring gjennom energilagringskomponenter (som spoler eller kondensatorer). Her er en forklaring på hvordan de fungerer og deres nøkkelkomponenter:

1. Kontroll av skruemodul

Kjernen i en switching regulator er et skruemodul som periodisk skifter mellom ON-tilstand og OFF-tilstand. Når skruemodulen er i ON-tilstand, overføres inngangsspenningen gjennom skruemodulen til spolen; når skruemodulen er i OFF-tilstand, tvinges strømmen i spolen til å fortsette å flyte gjennom dioden (eller synkron rektifier) ved utgangsenden.

2. Rollen til spoler og kondensatorer

• Spole: Som et lagringskomponent, lagrer den energi når skruemodulen er igang, og slipper ut energi når skruemodulen er slått av.

• Kondensator: Koblet parallelt ved utgangen for å glatte utgangsspenningen og redusere ripple forårsaket av spolens strømavbrudd.

3. Pulsmiddelsbredde modulasjon (PWM) kontroll

PWM er en metode for å kontrollere andelen av lednings- og avbrytningstid for skruemoduler. Ved å justere hveldestørrelsen (dvs. forholdet mellom ledningstid til periodetid) av PWM-signalen, kan det være mulig å kontrollere hastigheten til spolene som lagrer og slipper ut energi, og dermed regulere størrelsen på utgangsspenningen.

4. Feedback-løkke

For å opprettholde stabiliteten av utgangsspenningen, inkluderes vanligvis en feedback-løkke i buck-type switching regulatorer. Denne løkken overvåker utgangsspenningen og sammenligner den med en referansevoltage. Hvis utgangsspenningen avvikler fra satt verdi, justerer feedback-løkka hveldestørrelsen av PWM-signalen for å øke eller redusere energioverføringen av spolen, og dermed opprettholde stabiliteten av utgangsspenningen.

5. Arbeidsmodus

• Kontinuerlig ledningsmodus (CCM): Under tung belastning, falt strømmen i spolen aldri til null over hele skiftesyklusen.

• Diskontinuerlig ledningsmodus (DCM): eller Burst Modus: Under lett belastning eller ingen belastning, kan regulatoren gå inn i disse modiene for å forbedre effektiviteten og redusere tomstrømforbruk.

6. Effektivitet og varmehåndtering

Siden skifteaksjonen av skruemodulen vil generere visse tap, er effektiviteten til switching regulator ikke 100%. Imidlertid kan høyeffektivitetsdesigner oppnås ved optimal valg av skruemoduler, reduksjon av skifte- og ledningstap. Samtidig er det også nødvendig med passende varmehåndteringsforanstaltninger (som kuletrapper) for å unngå overoppvarming og opprettholde regulatorens pålitelighet.

Oppsummering

Switch-mode regulatorer oppnår effektiv og stabil spenningstyring gjennom ovennevnte mekanisme, og brukes vidt i ulike elektroniske enheter som datamaskiner, mobiltelefoner, TV-er osv., for å sikre at disse enhetene kan operere normalt under ulike inngangsspenningssituasjoner.