Pengertian Power Supply SMPS dan Switching Regulator
Regulator IC tegangan linier telah menjadi dasar desain Power Supply selama bertahun-tahun karena mereka sangat baik dalam me-supply output tegangan tetap kontinu.
Regulator tegangan linier umumnya jauh lebih efisien dan lebih mudah digunakan daripada rangkaian regulator tegangan setara yang terbuat dari komponen diskrit seperti Dioda Zener dan Resistor, atau Transistor dan bahkan Op-amp.
Jenis pengatur tegangan output linier dan tetap yang paling populer sejauh ini adalah seri tegangan output positif 78, dan seri tegangan output negatif 79... Kedua jenis regulator tegangan komplementer ini menghasilkan output tegangan yang presisi dan stabil mulai dari sekitar 5 volt hingga sekitar 24 volt untuk digunakan di banyak rangkaian elektronik.
Terdapat berbagai macam regulator tegangan tetap tiga terminal yang tersedia masing-masing dengan regulasi tegangan bawaan dan rangkaian pembatas arus. Ini memungkinkan kami untuk membuat seluruh rangkaian rel dan output Power Supply yang berbeda, baik Power Supply tunggal atau ganda, sesuai untuk sebagian besar rangkaian dan aplikasi elektronik.
Bahkan ada regulator tegangan linear variabel yang tersedia juga menyediakan tegangan output yang secara terus-menerus bervariasi dari tepat di atas nol hingga beberapa volt di bawah output tegangan maksimumnya.
Sebagian besar Power Supply DC terdiri dari trafo utama step-down yang besar dan berat, Dioda Penyearah, baik gelombang penuh atau setengah gelombang, rangkaian filter untuk menghilangkan konten riak dari DC yang diperbaiki yang menghasilkan tegangan DC yang sesuai, dan beberapa bentuk dari regulator tegangan atau rangkaian stabilizer, baik linier atau switching untuk memastikan pengaturan yang benar dari tegangan output Power Supply dalam berbagai kondisi beban. Maka Power Supply DC khas akan terlihat seperti ini:
Desain Power Supply ideal ini mengandung transformator listrik besar (yang juga menyediakan isolasi antara input dan output) dan rangkaian regulator seri disipatif. Rangkaian regulator dapat terdiri dari dioda zener tunggal atau regulator seri linear tiga terminal untuk menghasilkan tegangan output yang diperlukan. Keuntungan dari regulator linier adalah bahwa rangkaian Power Supply hanya membutuhkan kapasitor input, kapasitor output dan beberapa resistor umpan balik untuk mengatur tegangan output.
Regulator tegangan linier menghasilkan output DC teregulasi dengan menempatkan transistor penghantar terus-menerus secara seri antara input dan output yang beroperasi di wilayah liniernya dari karakteristik tegangan-arus (i-v).
Dengan demikian, transistor bertindak lebih seperti resistansi variabel yang secara terus-menerus menyesuaikan diri dengan nilai apa pun yang diperlukan untuk mempertahankan tegangan output yang benar. Pertimbangkan rangkaian regulator transistor seri pass sederhana ini di bawah ini:
Di sini rangkaian regulator emitter-follower sederhana ini terdiri dari satu transistor NPN dan tegangan bias DC untuk mengatur tegangan output yang diperlukan. Karena rangkaian follower emitter memiliki gain tegangan kesatuan, menerapkan tegangan bias yang sesuai ke base transistor, output yang stabil diperoleh dari terminal emitter.
Karena transistor memberikan gain arus, arus beban output akan jauh lebih tinggi dari arus basis dan masih lebih tinggi jika pengaturan transistor Darlington digunakan.
Juga, asalkan tegangan input cukup tinggi untuk mendapatkan tegangan output yang diinginkan, tegangan output dikendalikan oleh tegangan basis transistor dan dalam contoh ini diberikan sebagai 5.7 volt untuk menghasilkan output 5 volt ke beban sekitar 0.7 volt dijatuhkan melintasi transistor antara terminal base dan terminal emitter. Kemudian tergantung pada nilai tegangan base, nilai tegangan output emitter dapat diperoleh.
Sementara rangkaian regulator seri sederhana ini akan bekerja, sisi negatifnya adalah bahwa transistor seri terus bias dalam daya liniernya yang menghilangkan daya dalam bentuk panas sebagai hasil dari produk V*I, karena semua arus beban harus melewati transistor seri, menghasilkan efisiensi yang buruk, daya yang terbuang dan pembangkitan panas terus menerus.
Juga, salah satu kelemahan yang dimiliki regulator tegangan seri adalah, peringkat arus output kontinu maksimumnya terbatas hanya sekitar beberapa ampere, sehingga umumnya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan daya rendah.
Ketika tegangan output yang lebih tinggi atau arus Power Supply diperlukan, praktik normal adalah dengan menggunakan regulator switching yang dikenal sebagai Power Supply SMPS untuk mengubah tegangan listrik menjadi apa pun output daya yang lebih tinggi diperlukan.
Power Supply SMPS, menjadi tempat yang umum dan telah menggantikan dalam kebanyakan kasus Power Supply ac-to-dc tradisional linier sebagai cara untuk memotong konsumsi daya, mengurangi pembuangan panas, serta ukuran dan berat. Power Supply SMPS sekarang dapat ditemukan di sebagian besar PC, Power amplifier, TV, drive motor DC, dll., Dan hampir semua hal yang membutuhkan supply yang sangat efisien karena Power Supply SMPS semakin menjadi teknologi yang jauh lebih matang.
Menurut definisi, Power Supply SMPS adalah jenis Power Supply yang menggunakan teknik sakelar semikonduktor, alih-alih metode linier standar untuk memberikan tegangan output yang diperlukan. Converter switching dasar terdiri dari tahap switching daya dan rangkaian kontrol. Tahap switching daya melakukan konversi daya dari tegangan input rangkaian, VIN ke tegangan outputnya, VOUT yang mencakup penyaringan output.
Keuntungan utama dari Power Supply SMPS adalah efisiensinya yang lebih tinggi, dibandingkan dengan regulator linier standar, dan ini dicapai dengan secara internal mengganti transistor (atau power MOSFET) antara status "ON" (jenuh) dan status "OFF" -nya ( cut-off), keduanya menghasilkan disipasi daya yang lebih rendah.
Ini berarti bahwa ketika transistor switching sepenuhnya "ON" dan mengalirkan arus, tegangan jatuh melintasinya pada nilai minimalnya, dan ketika transistor sepenuhnya "OFF" tidak ada aliran arus melewatinya. Jadi transistor bertindak seperti sakelar yang ideal.
Akibatnya, tidak seperti regulator linier yang hanya menawarkan pengaturan tegangan step-down, Power Supply SMPS, dapat menawarkan step-down, step-up, dan negasi tegangan input menggunakan satu atau lebih dari tiga topologi rangkaian sakelar mode dasar: Buck, Boost dan Buck-Boost. Ini mengacu pada bagaimana sakelar Transistor, Induktor, dan Kapasitor smoothing terhubung dalam rangkaian dasar.
Jadi semakin besar siklus kerjanya, semakin tinggi tegangan output DC rata-rata dari Power Supply SMPS. Dari sini kita juga dapat melihat bahwa tegangan output akan selalu lebih rendah daripada tegangan input sejak siklus kerja, D tidak pernah dapat mencapai satu (kesatuan) yang menghasilkan regulator tegangan step-down.
Seperti pada buck converter sebelumnya, tegangan output dari boost converter tergantung pada tegangan input dan siklus kerja. Oleh karena itu, dengan mengendalikan siklus kerja, regulasi output tercapai. Tidak juga bahwa persamaan ini tidak tergantung pada nilai induktor, arus beban, dan kapasitor output.
Kemudian regulator buck-boost mendapatkan namanya dari menghasilkan tegangan output yang bisa lebih tinggi (seperti tahap daya boost) atau lebih rendah (seperti tahap daya buck) lebih besar daripada tegangan input. Namun, tegangan output berlawanan dalam polaritas dari tegangan input.
Regulator tegangan linier umumnya jauh lebih efisien dan lebih mudah digunakan daripada rangkaian regulator tegangan setara yang terbuat dari komponen diskrit seperti Dioda Zener dan Resistor, atau Transistor dan bahkan Op-amp.
Jenis pengatur tegangan output linier dan tetap yang paling populer sejauh ini adalah seri tegangan output positif 78, dan seri tegangan output negatif 79... Kedua jenis regulator tegangan komplementer ini menghasilkan output tegangan yang presisi dan stabil mulai dari sekitar 5 volt hingga sekitar 24 volt untuk digunakan di banyak rangkaian elektronik.
Terdapat berbagai macam regulator tegangan tetap tiga terminal yang tersedia masing-masing dengan regulasi tegangan bawaan dan rangkaian pembatas arus. Ini memungkinkan kami untuk membuat seluruh rangkaian rel dan output Power Supply yang berbeda, baik Power Supply tunggal atau ganda, sesuai untuk sebagian besar rangkaian dan aplikasi elektronik.
Bahkan ada regulator tegangan linear variabel yang tersedia juga menyediakan tegangan output yang secara terus-menerus bervariasi dari tepat di atas nol hingga beberapa volt di bawah output tegangan maksimumnya.
Sebagian besar Power Supply DC terdiri dari trafo utama step-down yang besar dan berat, Dioda Penyearah, baik gelombang penuh atau setengah gelombang, rangkaian filter untuk menghilangkan konten riak dari DC yang diperbaiki yang menghasilkan tegangan DC yang sesuai, dan beberapa bentuk dari regulator tegangan atau rangkaian stabilizer, baik linier atau switching untuk memastikan pengaturan yang benar dari tegangan output Power Supply dalam berbagai kondisi beban. Maka Power Supply DC khas akan terlihat seperti ini:
Power Supply DC Ideal
Desain Power Supply ideal ini mengandung transformator listrik besar (yang juga menyediakan isolasi antara input dan output) dan rangkaian regulator seri disipatif. Rangkaian regulator dapat terdiri dari dioda zener tunggal atau regulator seri linear tiga terminal untuk menghasilkan tegangan output yang diperlukan. Keuntungan dari regulator linier adalah bahwa rangkaian Power Supply hanya membutuhkan kapasitor input, kapasitor output dan beberapa resistor umpan balik untuk mengatur tegangan output.
Regulator tegangan linier menghasilkan output DC teregulasi dengan menempatkan transistor penghantar terus-menerus secara seri antara input dan output yang beroperasi di wilayah liniernya dari karakteristik tegangan-arus (i-v).
Dengan demikian, transistor bertindak lebih seperti resistansi variabel yang secara terus-menerus menyesuaikan diri dengan nilai apa pun yang diperlukan untuk mempertahankan tegangan output yang benar. Pertimbangkan rangkaian regulator transistor seri pass sederhana ini di bawah ini:
Rangkaian Regulator Transistor Seri
Karena transistor memberikan gain arus, arus beban output akan jauh lebih tinggi dari arus basis dan masih lebih tinggi jika pengaturan transistor Darlington digunakan.
Juga, asalkan tegangan input cukup tinggi untuk mendapatkan tegangan output yang diinginkan, tegangan output dikendalikan oleh tegangan basis transistor dan dalam contoh ini diberikan sebagai 5.7 volt untuk menghasilkan output 5 volt ke beban sekitar 0.7 volt dijatuhkan melintasi transistor antara terminal base dan terminal emitter. Kemudian tergantung pada nilai tegangan base, nilai tegangan output emitter dapat diperoleh.
Sementara rangkaian regulator seri sederhana ini akan bekerja, sisi negatifnya adalah bahwa transistor seri terus bias dalam daya liniernya yang menghilangkan daya dalam bentuk panas sebagai hasil dari produk V*I, karena semua arus beban harus melewati transistor seri, menghasilkan efisiensi yang buruk, daya yang terbuang dan pembangkitan panas terus menerus.
Juga, salah satu kelemahan yang dimiliki regulator tegangan seri adalah, peringkat arus output kontinu maksimumnya terbatas hanya sekitar beberapa ampere, sehingga umumnya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan daya rendah.
Ketika tegangan output yang lebih tinggi atau arus Power Supply diperlukan, praktik normal adalah dengan menggunakan regulator switching yang dikenal sebagai Power Supply SMPS untuk mengubah tegangan listrik menjadi apa pun output daya yang lebih tinggi diperlukan.
Power Supply SMPS, menjadi tempat yang umum dan telah menggantikan dalam kebanyakan kasus Power Supply ac-to-dc tradisional linier sebagai cara untuk memotong konsumsi daya, mengurangi pembuangan panas, serta ukuran dan berat. Power Supply SMPS sekarang dapat ditemukan di sebagian besar PC, Power amplifier, TV, drive motor DC, dll., Dan hampir semua hal yang membutuhkan supply yang sangat efisien karena Power Supply SMPS semakin menjadi teknologi yang jauh lebih matang.
Menurut definisi, Power Supply SMPS adalah jenis Power Supply yang menggunakan teknik sakelar semikonduktor, alih-alih metode linier standar untuk memberikan tegangan output yang diperlukan. Converter switching dasar terdiri dari tahap switching daya dan rangkaian kontrol. Tahap switching daya melakukan konversi daya dari tegangan input rangkaian, VIN ke tegangan outputnya, VOUT yang mencakup penyaringan output.
Keuntungan utama dari Power Supply SMPS adalah efisiensinya yang lebih tinggi, dibandingkan dengan regulator linier standar, dan ini dicapai dengan secara internal mengganti transistor (atau power MOSFET) antara status "ON" (jenuh) dan status "OFF" -nya ( cut-off), keduanya menghasilkan disipasi daya yang lebih rendah.
Ini berarti bahwa ketika transistor switching sepenuhnya "ON" dan mengalirkan arus, tegangan jatuh melintasinya pada nilai minimalnya, dan ketika transistor sepenuhnya "OFF" tidak ada aliran arus melewatinya. Jadi transistor bertindak seperti sakelar yang ideal.
Akibatnya, tidak seperti regulator linier yang hanya menawarkan pengaturan tegangan step-down, Power Supply SMPS, dapat menawarkan step-down, step-up, dan negasi tegangan input menggunakan satu atau lebih dari tiga topologi rangkaian sakelar mode dasar: Buck, Boost dan Buck-Boost. Ini mengacu pada bagaimana sakelar Transistor, Induktor, dan Kapasitor smoothing terhubung dalam rangkaian dasar.
Buck Converter Power Supply SMPS
Buck regulator switch adalah jenis sakelar mode rangkaian listrik yang dirancang untuk secara efisien mengurangi tegangan DC dari tegangan tinggi ke rendah satu, yang itu mengurangi atau “Bucks” tegangan supply, sehingga mengurangi tegangan yang tersedia pada output terminal tanpa mengubah polaritas. Dengan kata lain, regulator switching buck adalah rangkaian regulator step-down, jadi misalnya buck converter dapat mengonversi katakan, +12 volt ke +5 volt.
Regulator switching buck adalah converter DC-ke-DC dan salah satu jenis regulator switching yang paling sederhana dan paling populer. Ketika digunakan dalam konfigurasi Power Supply SMPS, regulator switching buck menggunakan seri transistor atau power MOSFET (idealnya transistor bipolar gerbang terisolasi, atau IGBT) sebagai perangkat switching utama seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian Switching Regulator Buck Converter
Kita bisa melihat bahwa konfigurasi rangkaian dasar untuk buck converter adalah sakelar seri transistor, TR1 dengan rangkaian drive yang terkait yang membuat tegangan output sebagai dekat dengan tingkat yang diinginkan mungkin, Dioda, D1, Induktor, L1 dan Kapasitor smoothing, C1. Buck converter memiliki dua mode operasi, tergantung pada apakah transistor switching TR1 dinyalakan "ON" atau "OFF".
Ketika transistor bias “ON” (switch ditutup), dioda D1 menjadi reverse bias dan tegangan input, VIN menyebabkan arus mengalir melalui induktor untuk beban yang terhubung pada output, pengisian kapasitor, C1.
Sebagai arus yang berubah mengalir melalui coil induktor, itu menghasilkan ggl-balik yang menentang aliran arus, menurut hukum Faraday, hingga mencapai kondisi stabil menciptakan medan magnet di sekitar induktor, L1. Situasi ini berlanjut tanpa batas selama TR1 ditutup.
Ketika transistor TR1 dinyalakan "OFF" (sakelar terbuka) oleh rangkaian pengontrol, tegangan input langsung terputus dari rangkaian emitter yang menyebabkan medan magnet di sekitar induktor runtuh yang menyebabkan tegangan balik melintasi induktor.
Tegangan balik ini menyebabkan dioda menjadi forward bias, sehingga energi yang tersimpan dalam medan magnet induktor memaksa arus untuk terus mengalir melalui beban dalam arah yang sama, dan kembali kembali melalui dioda.
Kemudian induktor, L1 mengembalikan energi yang tersimpan kembali ke beban bertindak seperti sumber dan me-supply arus sampai semua energi induktor dikembalikan ke rangkaian atau sampai transistor sakelar menutup lagi, mana yang lebih dulu.
Pada saat yang sama kapasitor juga mengalirkan arus supply ke beban. Kombinasi dari induktor dan kapasitor membentuk filter L-C yang menghaluskan segala riak yang diciptakan oleh aksi switching dari transistor.
Oleh karena itu, ketika switch solid state transistor ditutup, arus di-supply dari supply, dan ketika sakelar transistor terbuka, arus di-supply oleh induktor. Perhatikan bahwa arus yang mengalir melalui induktor selalu dalam arah yang sama, baik langsung dari supply atau melalui dioda tetapi jelas pada waktu yang berbeda dalam siklus switching.
Karena sakelar transistor terus ditutup dan dibuka, nilai tegangan output rata-rata akan terkait dengan siklus kerja, D yang didefinisikan sebagai waktu konduksi sakelar transistor selama satu siklus switching penuh. Jika VIN adalah tegangan suplai, dan waktu "ON" dan "OFF" untuk sakelar transistor didefinisikan sebagai: tON dan tOFF, maka tegangan output VOUT diberikan sebagai:
Siklus Kerja Buck Converter
Siklus kerja buck converter juga dapat didefinisikan sebagai:
Jadi semakin besar siklus kerjanya, semakin tinggi tegangan output DC rata-rata dari Power Supply SMPS. Dari sini kita juga dapat melihat bahwa tegangan output akan selalu lebih rendah daripada tegangan input sejak siklus kerja, D tidak pernah dapat mencapai satu (kesatuan) yang menghasilkan regulator tegangan step-down.
Pengaturan tegangan diperoleh dengan memvariasikan siklus kerja dan dengan kecepatan switching yang tinggi, hingga 200kHz, komponen yang lebih kecil dapat digunakan sehingga sangat mengurangi ukuran dan berat Power Supply SMPS.
Keuntungan lain dari buck converter adalah pengaturan induktor-kapasitor (L-C) menyediakan penyaringan yang sangat baik dari arus induktor. Idealnya buck converter harus dioperasikan dalam mode switching kontinu sehingga arus induktor tidak pernah turun ke nol. Dengan komponen yang ideal, yaitu penurunan tegangan nol dan kehilangan sakelar dalam kondisi "ON", buck converter ideal dapat memiliki efisiensi setinggi 100%.
Seperti halnya regulator switching step-down buck untuk desain dasar Power Supply SMPS, ada operasi lain dari regulator switching dasar yang bertindak sebagai regulator tegangan step-up yang disebut Boost Converter.
Boost Converter Power Supply SMPS
Boost switching regulator adalah jenis lain dari mode switch/sakelar rangkaian listrik. Ini memiliki jenis komponen yang sama dengan buck converter sebelumnya, tetapi kali ini di posisi yang berbeda.
Boost Converter dirancang untuk meningkatkan tegangan DC dari tegangan yang lebih rendah ke tegangan yang lebih tinggi, yang menambah atau meningkatkan tegangan supply, sehingga meningkatkan tegangan yang tersedia di terminal output tanpa mengubah polaritas. Dengan kata lain, boost switching regulator adalah rangkaian regulator step-up, jadi misalnya boost converter dapat mengonversi, +5 volt ke +12 volt.
Kita telah melihat sebelumnya bahwa regulator buck switching menggunakan transistor switching seri dalam desain dasarnya. Perbedaannya dengan desain regulator boost switching adalah ia menggunakan transistor switching terhubung paralel untuk mengontrol tegangan output dari Power Supply SMPS. Karena sakelar transistor secara efektif terhubung secara paralel dengan output, energi listrik hanya melewati induktor ke beban ketika transistor bias "OFF" (sakelar terbuka) seperti yang ditunjukkan.
Rangkaian Boost Converter Switching Regulator
Dalam rangkaian Boost Converter, ketika sakelar transistor menyala penuh, energi listrik dari supply, VIN melewati induktor dan sakelar transistor dan kembali ke supply. Akibatnya, tidak ada yang beralih ke output karena sakelar transistor jenuh secara efektif menciptakan hubungan arus pendek ke output.
Ini meningkatkan arus yang mengalir melalui induktor karena memiliki jalur dalam yang lebih pendek untuk melakukan perjalanan kembali ke supply. Sementara itu, dioda D1 menjadi reverse bias sebagai anoda yang terhubung ke ground melalui sakelar transistor dengan tingkat tegangan pada output yang tersisa cukup konstan sebagai kapasitor mulai melepaskan melalui beban.
Ketika transistor dimatikan sepenuhnya, supply input sekarang terhubung ke output melalui seri induktor dan dioda yang terhubung. Ketika bidang induktor mengurangi energi terinduksi yang disimpan dalam induktor didorong ke output oleh VIN, melalui sekarang forward bias dioda. Hasil dari semua ini adalah bahwa tegangan induksi di seluruh induktor L1 membalikkan dan menambah tegangan dari supply input meningkatkan tegangan output total sebagai sekarang menjadi, VIN + VL.
Arus dari kapasitor smoothing, C1 yang digunakan untuk me-supply beban ketika sakelar transistor ditutup, kini kembali ke kapasitor dengan supply input melalui dioda. Kemudian arus yang disupply ke kapasitor adalah arus dioda, yang akan selalu ON atau OFF karena dioda terus-menerus beralih antara status maju dan mundur dengan tindakan switching dari transistor. Kemudian kapasitor smoothing harus cukup besar untuk menghasilkan output stabil yang halus.
Sebagai tegangan induksi di induktor L1 adalah negatif, hal itu menambah sumber tegangan, VIN memaksa arus induktor menjadi beban. Booster converter tegangan output kondisi stabil diberikan oleh:
Kita telah melihat di atas bahwa operasi dasar dari rangkaian Power Supply SMPS non-terisolasi dapat menggunakan buck converter atau meningkatkan konfigurasi converter tergantung pada apakah kita memerlukan tegangan output step-down (buck) atau step-up (boost).
Sementara buck converter mungkin merupakan konfigurasi switching SMPS yang lebih umum, boost converter biasanya digunakan dalam aplikasi rangkaian kapasitif seperti pengisi daya baterai, flash foto, flash strobo, dll, karena kapasitor me-supply semua arus beban saat sakelar ditutup.
Tetapi kita juga dapat menggabungkan kedua topologi switching dasar ini menjadi satu rangkaian regulator switching non-isolasi yang disebut tidak mengejutkan, Buck-Boost Converter.
Buck-Boost Converter Switching Regulator
Buck-Boost switching regulator adalah kombinasi dari buck converter dan boost converter yang menghasilkan tegangan output terbalik (negatif) yang dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan input berdasarkan siklus.
Buck-boost converter adalah variasi dari rangkaian boost converter di mana converter pembalik hanya memberikan energi yang disimpan oleh induktor, L1, ke dalam beban. Rangkaian Power Supply mode buck-boost dasar diberikan di bawah ini.
Buck-boost converter adalah variasi dari rangkaian boost converter di mana converter pembalik hanya memberikan energi yang disimpan oleh induktor, L1, ke dalam beban. Rangkaian Power Supply mode buck-boost dasar diberikan di bawah ini.
Rangkaian Buck-Boost Converter Switching Regulator
Ketika sakelar transistor, TR1, dihidupkan sepenuhnya (tertutup), tegangan melintasi induktor sama dengan tegangan supply sehingga induktor menyimpan energi dari supply input. Tidak ada arus dikirim ke beban terhubung pada output karena dioda, D1, adalah reverse bias. Ketika sakelar transistor sepenuhnya mati (terbuka), dioda menjadi forward bias dan energi yang sebelumnya disimpan dalam induktor ditransfer ke beban.
Dengan kata lain, ketika sakelar "ON", energi dikirim ke induktor oleh supply DC (melalui sakelar), dan tidak ada ke output, dan ketika sakelar "OFF", tegangan melintasi induktor berbalik sebagai induktor sekarang menjadi sumber energi sehingga energi yang tersimpan sebelumnya dalam induktor dialihkan ke output (melalui dioda), dan tidak ada yang datang langsung dari sumber input DC. Jadi tegangan turun melintasi beban ketika transistor switching "OFF" sama dengan tegangan induktor.
Hasilnya adalah bahwa besarnya tegangan output terbalik dapat lebih besar atau lebih kecil (atau sama dengan) besarnya tegangan input berdasarkan pada siklus kerja. Misalnya, buck-boost converter positif ke negatif dapat mengubah 5 volt menjadi 12 volt (step-up) atau 12 volt ke 5 volt (step-down).
Regulator switching buck-boost tegangan output kondisi stabil, VOUT diberikan sebagai:
Ringkasan Power Supply SMPS dan Switching Regulator
Power Supply SMPS, menggunakan sakelar solid-state untuk mengubah tegangan input DC yang tidak diregulasi menjadi tegangan output DC yang teratur dan lancar pada level tegangan yang berbeda. Supply input dapat berupa tegangan DC yang sebenarnya dari baterai atau panel surya, atau tegangan DC yang diperbaiki dari supply AC menggunakan jembatan dioda bersama dengan beberapa penyaringan kapasitif tambahan.
Dalam banyak aplikasi kontrol daya, transistor daya, MOSFET atau IGFET, dioperasikan dalam mode switching-nya jika berulang kali dinyalakan "ON" dan "OFF" dengan kecepatan tinggi. Keuntungan utama dari hal ini adalah bahwa efisiensi daya dari regulator dapat menjadi cukup tinggi karena transistor dapat fully-on dan berjalan (jenuh/saturasi) atau fully-off (terputus).
Ada beberapa jenis converter DC-ke-DC (yang bertentangan dengan converter DC-ke-AC yang merupakan inverter) tersedia, dengan tiga topologi Power Supply switching dasar yang terlihat di sini adalah Buck, Boost, dan Buck-Boost regulator switching. Ketiga topologi ini tidak terisolasi, yaitu tegangan input dan outputnya berbagi garis ground yang sama.
Setiap desain regulator switching memiliki sifat uniknya sendiri sehubungan dengan siklus kerja kondisi-stabil, hubungan antara arus input dan output, dan riak tegangan output yang dihasilkan oleh aksi switch solid-state. Properti lain yang penting dari topologi Power Supply SMPS ini adalah respon frekuensi dari aksi switching ke tegangan output.
Pengaturan tegangan output dicapai dengan kontrol persentase waktu ketika transistor switching dalam keadaan "ON" dibandingkan dengan total waktu ON/OFF. Rasio ini disebut siklus kerja dan dengan memvariasikan siklus kerja, D besarnya tegangan output, VOUT dapat dikontrol.
Penggunaan induktor dan dioda tunggal serta switch solid-state switching cepat yang mampu beroperasi pada frekuensi switching dalam kisaran kilohertz, dalam desain Power Supply SMPS, memungkinkan ukuran dan berat Power Supply menjadi sangat berkurang.
Ini karena tidak akan ada transformator tegangan utama step-down (atau step-up) yang besar dan berat dalam desainnya. Namun, jika diperlukan isolasi antara terminal input dan output, sebuah transformator harus disertakan sebelum converter.
Dua konfigurasi switching non-terisolasi yang paling populer adalah buck converter (subtraktif) dan boost converter (aditif).
Buck Converter adalah jenis Power Supply SMPS yang dirancang untuk mengubah energi listrik dari satu tegangan ke tegangan lebih rendah. Buck converter beroperasi dengan serangkaian transistor switching yang terhubung. Sebagai siklus kerja, D <1, tegangan output buck selalu lebih kecil dari tegangan input, VIN.
Booster Converter adalah jenis Power Supply SMPS yang dirancang untuk mengubah energi listrik dari satu tegangan ke tegangan lebih tinggi. Boost converter beroperasi dengan paralel terhubung switching transistor yang menghasilkan jalur arus langsung antara VIN dan VOUT melalui induktor, L1 dan dioda, D1. Ini berarti tidak ada perlindungan terhadap hubungan arus pendek pada output.
Dengan memvariasikan siklus kerja, ( D ) dari boost converter, tegangan output dapat dikontrol dan dengan D <1, output DC dari boost converter lebih besar daripada tegangan input VIN sebagai konsekuensi dari induktor yang diinduksi sendiri tegangan.
Selain itu, kapasitor smoothing output dalam Power Supply SMPS diasumsikan sangat besar, yang menghasilkan tegangan output konstan dari switch mode supply selama aksi switching transistor.