Buck converter

Un convertitore buck, noto anche come convertitore step-down, è un convertitore di potenza CC-CC, che riduce la tensione dal suo ingresso alla sua uscita. Un convertitore buck integra i componenti core e i circuiti necessari in un unico dispositivo.

I convertitori buck sono presenti in innumerevoli applicazioni elettroniche, dove le loro proprietà di regolazione della potenza sono un componente vitale.

Come funziona un convertitore buck?

Un convertitore buck è un tipo di alimentatore switching, una classe di dispositivi che incorpora un interruttore (ad esempio un MOSFET) per attivare e disattivare rapidamente il circuito.

Questa commutazione rapida crea un'onda quadra. Se il ciclo di lavoro dell'interruttore è impostato al 50%, cioè l'interruttore è acceso il 50% del tempo, la tensione media sarà del 50% dell'ingresso.

L'onda quadra deve essere lisciata per provvedere potere utile; generalmente, un induttore e un condensatore vengono utilizzati in serie per soddisfare questa funzione. Tale combinazione è denominata filtro passa basso LC.

Le proprietà di un induttore consentono di regolare il flusso di corrente, mentre il condensatore resiste a variazioni improvvise della tensione. L'effetto combinato produce un'uscita di tensione relativamente liscia con basso ripple. Ad esempio, se la tensione di ingresso è 10V e l'interruttore impiega un ciclo di lavoro del 50%, la tensione di uscita sarà 5V.

Un ulteriore componente necessario è un diodo o altro interruttore da inserire in parallelo con l'induttore, per compensare il fatto che la corrente in un induttore non può cambiare istantaneamente e conferire protezione al transistor di commutazione da sovraccarico e distruzione.

I convertitori buck incorporano anche circuiti aggiuntivi per garantire una tensione di uscita stabile. Usano uno schema di controllo ad anello chiuso con feedback negativo per monitorare l'uscita di tensione e regolano dinamicamente il ciclo di lavoro dell'interruttore per controllare la tensione di uscita.

Considerazioni di progettazione

• I convertitori buck sono molto efficienti, con alcuni dispositivi che offrono un'efficienza superiore al 95%
• I convertitori buck possono essere più convenienti rispetto ai regolatori lineari a livelli di potenza più elevati, il costo di rimozione del calore generato da un lineare Il regolatore può essere inferiore all'utilizzo di un convertitore buck
• L'uscita di un convertitore buck presenta un rumore, ciò significa che l'uscita più stabile di un regolatore di tensione lineare è particolarmente adatto per le applicazioni che richiedono un basso rumore di uscita
• I regolatori lineari possono rispondere più velocemente alle variazioni di ingresso e rispetto a un convertitore buck