Convertidors de Bucksón un bloc fonamental de l'electrònica moderna per a una regulació de tensió eficient i precisa en una àmplia gamma d'aplicacions. Prenen una tensió més alta i el converteixen en una tensió inferior amb més corrent. Moltes electròniques necessiten tensions específiques per funcionar. A diferència dels reguladors lineals (una altra opció de convertidor de tensió) que malgasten la tensió addicional com a calor, els convertidors de Buck són molt més eficients (de vegades més del 90%). Això significa que els convertidors de Buck no necessiten gaire refrigeració, ja que es perd menys energia com la calor i, en l'electrònica portàtil, els convertidors de Buck ajuden a ampliar la durada de la bateria mitjançant la potència de manera més eficient.
Com funciona un convertidor de Buck?
Un convertidor de buck té un interruptor, un inductor, un díode, un condensador i una càrrega. Un interruptor, normalment un transistor d'efecte de camp de semiconductors metàl·lics (MOSFET), actua com un desencadenant ràpid/apagat, controlant el flux d'electricitat. La bobina inductor resisteix als canvis actuals emmagatzemant energia quan el corrent flueix i l’allibera quan el corrent s’atura. El díode és una vàlvula unidireccional que permet que l'electricitat flueixi només en una direcció i el condensador actuï com una bateria minúscula, emmagatzemant energia elèctrica per allisar la tensió de sortida.
El funcionament complet d’un convertidor de buck es pot entendre observant el seu comportament als estats “encendre” i “desactivar”. Durant el commutador, el transistor s’encén, connectant la tensió d’entrada a l’inductor. El corrent comença a fluir pel circuit i l’inductor acumula la seva energia, resistint a l’augment actual. Aquest corrent creixent també carrega el condensador. Durant el desactivació, el transistor s’apaga, desconnectant la tensió d’entrada. Atès que els inductors resisteixen els canvis en el corrent, el corrent continua fluint pel díode (que permet el corrent en aquesta direcció) i carrega més el condensador, alimentant la càrrega.
En la majoria dels convertidors de Buck Practical, un circuit de control supervisa la tensió de sortida. Si és massa baix, l’interruptor es mantindrà encès amb una durada més llarga (cicle de treball) a cada cicle per oferir més potència. Si la tensió de sortida és massa alta, l’interruptor estarà encès per a una durada més curta, reduint el lliurament d’energia. En ajustar el temps d'encesa/apagada (cicle de treball) de l'interruptor, es controla la quantitat d'energia transferida de l'entrada a la sortida per baixar efectivament la tensió. L’inductor i el condensador treballen junts per suavitzar la tensió de sortida, proporcionant un flux de potència constant al dispositiu.
Aplicacions d’un convertidor de Buck
· Portàtil:Un cop la tensió de sortida de la paret de CA es converteix en corrent continu pel carregador, la tensió de corrent continu entra al portàtil. Dins de l’ordinador portàtil, un convertidor de buck agafa aquesta tensió de corrent continu (al voltant de 19 V CC) i la baixa més cap als diversos nivells de tensió inferior requerits per diferents components com la targeta CPU, memòria i gràfics (normalment oscil·lant d’1,8 V a 12 V CC).
· Cotxes:Els cotxes moderns tenen diversos sistemes electrònics que funcionen a diferents nivells de tensió. Els convertidors de Buck, sovint integrats en convertidors de DC-DC, s’utilitzen per regular la tensió subministrada a aquests sistemes de la bateria principal del cotxe (que normalment és de 12 V). Això garanteix que cada sistema rep la tensió adequada per obtenir un rendiment òptim.
· Llums LED:Les llums LED sovint necessiten una tensió inferior a la font d’alimentació. Els convertidors de Buck s'utilitzen en els controladors LED per proporcionar la tensió correcta perquè els LED funcionin correctament. Això permet als LED funcionar de manera eficient i consumir menys potència.
· Carregadors de bateries:Molts carregadors de bateries, especialment per a les bateries d'ions de liti utilitzades en l'electrònica portàtil, incorporen convertidors de buck. Aquests convertidors regulen la tensió a la bateria durant el procés de càrrega. D’aquesta manera, es garanteix que la bateria rep la tensió correcta per carregar -se de manera segura i eficaç, evitant que els danys es produeixin sobrecàrrega.
Conclusió
Els convertidors de Buck converteixen una tensió més alta en una tensió inferior mentre augmenten el corrent. Modificant el cicle de treball, la quantitat de temps que la tensió d’entrada pot passar per l’inductor i arribar a la sortida està regulada. Una durada més llarga del commutador (un cicle de treball més gran) condueix a un augment de la tensió de sortida, que s’acosta a la tensió d’entrada. Si l’interruptor està encès per a un període més curt (cicle de treball inferior), la tensió de sortida és inferior a la tensió d’entrada.