Τι είναι ένας μετατροπέας Buck;

Ένας μετατροπέας buck είναι ένας μετατροπέας που μειώνει την τάση που φτάνει σε φορτίο συνεχούς ρεύματος (DC). Για παράδειγμα, η έξοδος μιας πηγής συνεχούς ρεύματος (VDC) 24 βολτ (V) μπορεί να μειωθεί για να ενεργοποιηθεί ο εξοπλισμός 12 βολτ. Ένας καλά σχεδιασμένος μετατροπέας buck είναι σε θέση να παρέχει σταθερή τάση εξόδου κάτω από ποικίλες συνθήκες φορτίου και να διατηρεί πολύ χαμηλή απαγωγή ισχύος, οδηγώντας σε υψηλή απόδοση.

Οι γραμμικοί ρυθμιστές μπορεί να είναι μια απλή λύση για απαιτήσεις χαμηλής ισχύος. Χρησιμοποιούν ένα τρανζίστορ ισχύος σε σειρά διέλευσης που ελέγχει το ρεύμα σε όλο το φορτίο για να παράγει τη σταθερή τάση εξόδου DC. Εάν μια τροφοδοσία 50 VDC χρησιμοποιούσε γραμμικό ρυθμιστή για να οδηγεί ένα φορτίο 25 V στο 1 αμπέρ (Α), η ισχύς σε όλο το φορτίο καθώς και στον γραμμικό ρυθμιστή θα είναι 25 watt (W). Αυτό σημαίνει ότι 50 W αποστραγγίζονται από το τροφοδοτικό 50 V. Η απόδοση μετατροπής είναι 50%, αλλά εάν χρησιμοποιείται μετατροπέας buck και η απαγωγή ισχύος στον μετατροπέα buck είναι 2.5 W ενώ η ισχύς στο φορτίο είναι ακόμα 25 W, η απόδοση είναι περίπου 90%.

Ο μετατροπέας buck είναι ένας μετατροπέας DC σε DC που λειτουργεί όπως ένα τροφοδοτικό μεταγωγής (SMPS), το οποίο ελέγχει τον κύκλο λειτουργίας ενός τετραγωνικού κύματος σταθερής συχνότητας. Όταν το φορτίο απαιτεί λιγότερο ρεύμα, ο χρόνος ενεργοποίησης του τετραγωνικού κύματος είναι χαμηλός, αλλά όταν το φορτίο απαιτεί ρεύμα πολύ κοντά στο όριο του SMPS, ο χρόνος ενεργοποίησης υπερβαίνει το 85%. Ο διακόπτης DC χρησιμοποιεί έναν επαγωγέα σειράς με δίοδο ταχείας μεταγωγής που χρησιμοποιεί την επαγωγική αντίστροφη ροή για να διατηρεί τη μεταφορά ενέργειας όταν το κύριο στοιχείο οδήγησης είναι απενεργοποιημένο για σύντομες περιόδους.

Για μια εφαρμογή που είναι αντίθετη από αυτή του μετατροπέα buck, χρησιμοποιείται ο μετατροπέας ενισχυτικής ενίσχυσης (SUBC). Το SUBC παράγει μια τάση εξόδου που είναι υψηλότερη από την είσοδό του. Σε αυτήν την εφαρμογή, ο επαγωγέας σε σειρά με το φορτίο μετατρέπει ένα μαγνητικό πεδίο που καταρρέει σε τάση συνεχούς ρεύματος που είναι υψηλότερη από την τάση εισόδου του κυκλώματος.

Μια άλλη συσκευή μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο μετατροπέας buck-boost που μπορεί να λειτουργήσει είτε ως μετατροπέας buck είτε ως μετατροπέας ώθησης. Στα συστήματα ηλιακής ενέργειας, είναι δυνατό να ληφθεί ένα ευρύ φάσμα τάσης DC ανάλογα με τη διαθεσιμότητα του ηλιακού φωτός. Μια τράπεζα μπαταρίας που φορτίζεται από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία μπορεί να έχει τάση που κυμαίνεται από 40 έως 56 VDC. Εάν ένα ευαίσθητο φορτίο απαιτεί 47 έως 49 VDC, τότε ένας μετατροπέας buck-boost θα λειτουργεί ως μετατροπέας ώθησης όταν η τάση συστοιχίας μπαταρίας είναι μικρότερη από 47 V. Ο μετατροπέας θα λειτουργεί ως μετατροπέας buck όταν η τάση είναι μεγαλύτερη από 49 V.