RADIOFRIKING

Изготовление понижающего преобразователя напряжения – задача не из простых. Большинство пользователей хотят иметь работающий черный ящик — подаешь на него одно напряжение, а на выходе - другое. Этот ящик может иметь различного вида. Он может быть как понижающим (превращая высокое напряжение в более низкое), так и повышающим (превращая низкое напряжение в более высокое). Кроме того, имеется ряд специальных видов преобразователей, таких как повышающе-понижающие, обратноходовые и однотактные индукционные преобразователи (sepic), которые представляют собой преобразователи одного постоянного напряжения в другое (DC-DC converter) и позволяют получать выходное напряжение которое может быть больше, меньше или равно входному напряжению. Для систем, которые работают от сети переменного тока, первый блок преобразования переменного напряжения в постоянное (AC-DC) обычно создает самое высокое постоянное напряжение, необходимое для системы. Поэтому, наибольшее распространение получили понижающие преобразователи.

Понижающий преобразователь, использующий импульсный преобразователь является основой семейства высокоэффективных преобразователей напряжения. Высокая эффективность означает меньшие потери преобразования, упрощая контроль за температурой.

Рисунок 1. Базовая схема понижающего синхронного преобразователя

Необходимые временные интервалы для нижнего и верхнего MOSFET-транзисторов обеспечивает схема широтно-импульсного (PWM) контроллера. На вход обратной связи контроллера подается выходное напряжение стабилизатора (возможно через делитель напряжения). Такая петля обратной связи позволяет понижающему преобразователю изменять свое выходное напряжение в ответ на изменение нагрузки. На выходе блока ШИМ (PWM) присутствует цифровой сигнал block изменяющий свой уровень с частотой преобразования. Этот сигнал управляет парой MOSFET-транзисторов. Ширина импульсов сигнала определяет долю времени, в течение которого выход схемы будет непосредственно соединен с ее входом. Таким образом выходное напряжение будет зависеть от входного напряжения и длительности импульсов управления.

Выбор интегральной схемы

Петля обратной связи, описанная выше, позволяет понижающему преобразователю устойчиво поддерживать выходное напряжение. Такая петля может быть реализована различными способами. В простейшем преобразователе используется обратная связь либо по напряжению, либо по току. Такие конвертеры являются надежными, простыми и рентабельными. С того момента, как такие понижающие преобразователи стали использоваться во многих приложениях, был обнаружен один их недостаток. Рассмотрим график энергопотребления для графической карты. При изменении характера изображения, изменяется нагрузка на преобразователь. Хотя система может поддерживать широкий диапазон изменений нагрузки, но ее эффективность быстро снижается при увеличении яркости изображения. Если эффективность важна, то это повод для поиска лучшего схемотехнического решения для понижающего преобразователя.

Рисунок 2. Зависимость эффективности преобразования от нагрузки для ИС ISL62871 компании Intersil при выходном напряжении 1,1 В.