I convertitori DC-DC sono ampiamente utilizzati in dispositivi elettronici portatili come telefoni cellulari e laptop e sono alimentati principalmente da batterie. Queste applicazioni sono costituite da molti sottocircuiti che forniscono diversi livelli di tensione a diversi moduli del sistema. I convertitori DC-DC facilitano anche la raccolta di energia solare e ci sono convertitori che massimizzano la raccolta di energia per celle solari, turbine eoliche ed altro ancora. Questi sono noti come ottimizzatori di potenza. Esiste una versione più efficiente dei convertitori DC-DC: i convertitori DC-DC in modalità switch. Qui, la tecnica della modalità switch viene utilizzata per convertire la tensione CC in tensione variabile, quindi la rettifica e il filtraggio vengono eseguiti per ottenere la tensione desiderata. Questo approccio è più economico ed efficiente ed è ampiamente utilizzato in quasi tutti i dispositivi CC portatili, esso è integrato in alcuni chip per l’utilizzo diretto. Esistono due tipi principali di convertitori DC-DC in modalità switch:
- Convertitore Buck
- Convertitore Bust
Un convertitore buck abbassa il livello di tensione mentre aumenta la corrente mentre un convertitore boost aumenta il livello di tensione mentre abbassa la corrente. Diamo un’occhiata ai due tipi di convertitori per capire meglio cosa possono fare. Che cos’è un convertitore Buck? Un convertitore buck è un alimentatore in modalità switch che consiste in un diodo con un elemento di accumulo di energia che può essere un condensatore o un induttore. La conversione step-down può anche essere eseguita da regolatori di tensione lineari. Questi regolatori distorcono la tensione di ingresso a una tensione di uscita desiderata stabile dissipando energia extra sotto forma di calore. Pertanto, questo approccio non è così efficiente rispetto ai convertitori buck in modalità switch.
Un semplice circuito di conversione buck
Il circuito sopra presentato è un semplice circuito di conversione buck in cui l’interruttore passa continuamente tra Vin e massa a una velocità rapida con il 50% del duty cycle, quindi il circuito trascorre lo stesso tempo su entrambi i livelli. La tensione di uscita è pari alla metà della tensione di ingresso. Pertanto, questo è classificato come un alimentatore in modalità switch perché stiamo ottenendo metà della potenza passando a un ciclo di servizio del 50%. Oltre a non essere ideale, il circuito è efficiente al 100%. Questo circuito è chiamato convertitore buck sincrono ed è la versione modificata del semplice circuito del convertitore buck che viene presentato di seguito: Un circuito di conversione buck sincrono.
Che cos’è un convertitore Boost?
Un convertitore boost è un alimentatore in modalità switch che aumenta la tensione dal suo ingresso al carico. Ha anche una disposizione simile a un circuito di convertitore buck costituito da un diodo e un elemento di accumulo di energia, ma è leggermente diverso.
Un semplice circuito di conversione boost
Il circuito sopra presentato è molto simile al circuito sincrono del convertitore buck. L’unica differenza è che il dispositivo di stoccaggio dell’energia è ora collegato prima dell’interruttore oscillante che aumenta la tensione all’estremità di uscita, ma la corrente viene ridotta allo stesso tempo.
Convertitore boost
Nel circuito precedente, quando l’interruttore è aperto, l’induttore viene caricato con l’energia con l’aiuto del campo magnetico generato.
Ora, quando l’interruttore è chiuso, la corrente viene ridotta perché l’impedenza di carico è più alta e il campo magnetico non c’è più. Quindi, viene effettuata una connessione in serie che causa una tensione più alta all’uscita.
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