3-A Ολοκληρωμένο κύκλωμα μετατροπέα τάσης σύγχρονου υποβάθμισης IC LMR33630BQRNXRQ1

1.

Η λειτουργία ενός μετατροπέα buck είναι να μειώνει την τάση εισόδου και να την ταιριάζει με το φορτίο.Η βασική τοπολογία ενός μετατροπέα buck αποτελείται από τον κεντρικό διακόπτη και έναν διακόπτη διόδου που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια της διακοπής.Όταν ένα MOSFET συνδέεται παράλληλα με μια δίοδο συνέχειας, ονομάζεται σύγχρονος μετατροπέας buck.Η απόδοση αυτής της διάταξης μετατροπέα buck είναι υψηλότερη από αυτή των προηγούμενων μετατροπέων buck λόγω της παράλληλης σύνδεσης του MOSFET χαμηλής πλευράς με τη δίοδο Schottky.Το σχήμα 1 δείχνει μια σχηματική απεικόνιση ενός σύγχρονου μετατροπέα buck, που είναι η πιο κοινή διάταξη που χρησιμοποιείται σήμερα σε επιτραπέζιους και φορητούς υπολογιστές.

2.

Βασική μέθοδος υπολογισμού

Οι διακόπτες τρανζίστορ Q1 και Q2 είναι και οι δύο MOSFET ισχύος N καναλιών.Αυτά τα δύο MOSFET συνήθως αναφέρονται ως διακόπτες υψηλής ή χαμηλής πλευράς και το MOSFET χαμηλής πλευράς συνδέεται παράλληλα με μια δίοδο Schottky.Αυτά τα δύο MOSFET και η δίοδος αποτελούν το κύριο κανάλι ισχύος του μετατροπέα.Οι απώλειες σε αυτά τα στοιχεία αποτελούν επίσης σημαντικό μέρος των συνολικών ζημιών.Το μέγεθος του φίλτρου LC εξόδου μπορεί να προσδιοριστεί από το ρεύμα κυματισμού και την τάση κυματισμού.Ανάλογα με το συγκεκριμένο PWM που χρησιμοποιείται σε κάθε περίπτωση, μπορούν να επιλεγούν τα δίκτυα αντίστασης ανάδρασης R1 και R2 και ορισμένες συσκευές διαθέτουν λειτουργία λογικής ρύθμισης για τη ρύθμιση της τάσης εξόδου.Το PWM πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με το επίπεδο ισχύος και την απόδοση λειτουργίας στην επιθυμητή συχνότητα, πράγμα που σημαίνει ότι όταν αυξάνεται η συχνότητα, πρέπει να υπάρχει επαρκής ικανότητα οδήγησης για να κινούνται οι πύλες MOSFET, οι οποίες αποτελούν τον ελάχιστο αριθμό εξαρτημάτων που απαιτούνται για έναν τυπικό σύγχρονο μετατροπέα buck.

Ο σχεδιαστής θα πρέπει πρώτα να ελέγξει τις απαιτήσεις, δηλαδή την είσοδο V, την έξοδο V και την έξοδο I καθώς και τις απαιτήσεις θερμοκρασίας λειτουργίας.Αυτές οι βασικές απαιτήσεις στη συνέχεια συνδυάζονται με τις απαιτήσεις ροής ισχύος, συχνότητας και φυσικού μεγέθους που έχουν επιτευχθεί.

3.

Ο ρόλος των τοπολογιών buck-boost

Οι τοπολογίες buck-boost είναι πρακτικές επειδή η τάση εισόδου μπορεί να είναι μικρότερη, μεγαλύτερη ή ίδια με την τάση εξόδου, ενώ απαιτείται ισχύς εξόδου μεγαλύτερη από 50 W. Για ισχύ εξόδου μικρότερη από 50 W, ο πρωτεύων μετατροπέας επαγωγής ενός άκρου (SEPIC ) είναι μια πιο οικονομική επιλογή καθώς χρησιμοποιεί λιγότερα εξαρτήματα.

Οι μετατροπείς buck-boost λειτουργούν σε λειτουργία buck όταν η τάση εισόδου είναι μεγαλύτερη από την τάση εξόδου και σε λειτουργία boost όταν η τάση εισόδου είναι μικρότερη από την τάση εξόδου.Όταν ο μετατροπέας λειτουργεί σε μια περιοχή μετάδοσης όπου η τάση εισόδου βρίσκεται στο εύρος της τάσης εξόδου, υπάρχουν δύο έννοιες για την αντιμετώπιση αυτών των καταστάσεων: είτε τα στάδια buck και boost είναι ενεργά ταυτόχρονα, είτε οι κύκλοι μεταγωγής εναλλάσσονται μεταξύ buck και στάδια ενίσχυσης, το καθένα συνήθως λειτουργεί στο μισό της κανονικής συχνότητας μεταγωγής.Η δεύτερη ιδέα μπορεί να προκαλέσει υποαρμονικό θόρυβο στην έξοδο, ενώ η ακρίβεια της τάσης εξόδου μπορεί να είναι λιγότερο ακριβής σε σύγκριση με τη συμβατική λειτουργία buck ή boost, αλλά ο μετατροπέας θα είναι πιο αποδοτικός σε σύγκριση με την πρώτη ιδέα.