Princip rada prekidničkog regulatora

Prekidnički regulatori su učinkovi regulatori napona koji kontroliraju struju brzim preključivanjem prekidničkih elemenata (poput MOSFET-a) i ostvaruju regulaciju napona kroz komponente za čuvanje energije (poput induktivnosti ili kondenzatora). Evo objašnjenja kako funkcionišu i njihove ključne komponente:

1. Kontrola prekidničkog elementa

Jezgra prekidničkog regulatora je prekidnički element koji periodično prelazi između stanja UKLJUČENO i ISKLJUČENO. Kada je prekidnički element u stanju UKLJUČENO, ulazni napon se prenosi kroz prekidnički element na induktivnost; kada je prekidnički element u stanju ISKLJUČENO, struja u induktivnosti se prisiljava da nastavi da teče kroz diodu (ili sinkroni rektifikator) na izlazu.

2. Uloga induktivnosti i kondenzatora

• Induktivnost: Kao komponenta za čuvanje energije, ona čuva energiju kada prekidnički element provodi i oslobađa energiju kada prekidnički element isključen.

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

3. Kontrola šire pulsne širine (PWM)

PWM je metoda za kontrolu proporcije vremena provodljivosti i prekida prekidničkih elemenata. Prilagođavanjem faktora ispunjenja (tj. odnosa vremena provodljivosti i vremena perioda) PWM signala, moguće je kontrolisati brzinu sa kojom induktivnosti čuvaju i oslobađaju energiju, time regulirajući veličinu izlaznog napona.

4. Petlja povratne veze

Za održavanje stabilnosti izlaznog napona, obično se uključuje petlja povratne veze u prekidničke regulatori tipa buck. Ova petlja nadgleda izlazni napon i upoređuje ga sa referentnim naponom. Ako izlazni napon odstupi od postavljene vrednosti, petlja povratne veze prilagođava faktor ispunjenja PWM signala kako bi povećala ili smanjila prenos energije induktivnosti, time održavajući stabilnost izlaznog napona.

5. Režim rada

• Režim kontinualne provodljivosti (CCM): Pod velikim opterećenjem, struja u induktivnosti nikad ne pada na nulu tokom celog ciklusa preključivanja.

• Režim diskontinualne provodljivosti (DCM): ili Burst režim: Pod lakim opterećenjem ili bez opterećenja, regulator može da uđe u ove režime kako bi poboljšao učinkovitost i smanjio potrošnju energije u mirovanju.

6. Učinkovitost i upravljanje toplinom

Pošto će preključivanje prekidničkog elementa generisati određene gubitke, učinkovitost prekidničkog regulatora nije 100%. Međutim, visoko učinkoviti dizajni mogu se dostići optimizacijom izbora prekidničkih elemenata, smanjivanjem gubitaka pri preključivanju i provodljivosti. Istovremeno, potrebne su i odgovarajuće mere za upravljanje toplinom (poput topletenika) kako bi se sprecilo pregrejavanje i održana pouzdanost regulatora.

Sažetak

Prekidnički regulatori ostvaruju učinkovitu i stabilnu regulaciju napona kroz gore navedeni mehanizam, i široko se koriste u različitim elektronskim uređajima poput računara, mobilnih telefona, TV-eva itd., obezbeđujući da ti uređaji mogu normalno raditi pod različitim uslovima ulaznog napona.