Przetwornica buck-boost to rodzaj przetwornicy napięcia stałego na stałe, która może zwiększać (podwyższać) lub zmniejszać (obniżać) napięcie wejściowe zależnie od potrzeb. Ten typ przetwornika jest szczególnie przydatny w zastosowaniach, w których napięcie wejściowe może zmieniać się w górę i w dół od pożądanego napięcia wyjściowego. Jednakże polaryzacja napięcia wyjściowego jest odwrócona w porównaniu do napięcia wejściowego.
W porównaniu do przetwornic Buck i Boost, główne różnice to:
Napięcie wyjściowe ma odwrotną biegunowość do napięcia wejściowego
Napięcie wyjściowe może zmieniać się od 0 do −∞ (w przypadku idealnego przetwornika).
Elastyczność napięcia wyjściowego: Konwerter może wytwarzać napięcie wyjściowe wyższe lub niższe od napięcia wejściowego.
Wydajność energetyczna: Nowoczesne przetwornice buck-boost mogą osiągać bardzo wysoką sprawność, często przekraczającą 90%, co sprawia, że idealnie nadają się do zastosowań o niskim poborze mocy.
Złożoność konstrukcji: W porównaniu do przetwornic obniżających napięcie lub podwyższających napięcie, przetwornice obniżająco-podwyższające są bardziej złożone w konstrukcji i sterowaniu.
Przełącznik konwertera: nie posiada zacisku podłączonego do zera, co komplikuje jego sterowanie.
Tętnienia prądu: Mogą występować większe tętnienia prądu, wymagające dodatkowych elementów filtrujących w celu ustabilizowania wyjścia.
Przetwornica Buck-Boost działa w dwóch głównych fazach: fazie magazynowania energii i fazie przesyłu energii.
– Gdy przełącznik (często tranzystor) jest zamknięty, prąd płynie przez cewkę i przełącznik, gromadząc energię w cewce w postaci pola magnetycznego.
– W tej fazie dioda jest zablokowana, a obciążenie jest zasilane przez kondensator
– Po otwarciu przełącznika energia zgromadzona w cewce zostaje uwolniona. Indukcyjność wymusza przepływ prądu przez diodę i dostarcza moc do obciążenia.
– Napięcie wyjściowe można regulować poprzez zmianę współczynnika wypełnienia przełącznika.
Przełącznik (S): Zazwyczaj tranzystor mocy, taki jak MOSFET, reguluje przepływ prądu w cewce. Tryby pracy i napięcie wyjściowe przetwornika zależą od stanu włączonego i wyłączonego przełącznika.
Dioda (D): Gdy przełącznik jest w pozycji wyłączonej, pozwala na przepływ prądu tylko w jednym kierunku, od cewki indukcyjnej do wyjścia. Kondensator wyjściowy nie może rozładować się do źródła wejściowego z powodu diody.
Cewka indukcyjna (L): Gromadzi energię w stanie włączenia przełącznika i przekazuje ją na wyjście w stanie wyłączenia. Cewka indukcyjna jest niezbędna do wygładzania przebiegów napięcia i prądu wyjściowego.
Kondensator (C): Ten element filtruje i wygładza przebieg napięcia wyjściowego poprzez magazynowanie i uwalnianie energii. Pomaga utrzymać stabilne napięcie wyjściowe, wygładzając tętnienia napięcia i reakcje przejściowe.
Filtry wejściowe i wyjściowe: Są to opcjonalne komponenty, zwykle kondensatory lub kombinacje cewek i kondensatorów (LC), stosowane w celu redukcji zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i szumów na wejściu i wyjściu przetwornika.