Buck- versus boostconverter: omzetverhouding, opbouw, stroom en toepassingen
Beide zijn schakelende DC-DC-converters die uit dezelfde componenten bestaan, een schakelaar, een spoel, een diode (of een tweede schakelaar) en een condensator, maar die anders zijn gerangschikt. Een buckconverter plaatst de schakelaar tussen de ingang en de spoel, hakt de ingangsspanning op volgens het aandeel van de aan-tijd (duty cycle D) en middelt die, zodat idealiter een D maal lagere spanning ontstaat. Een boostconverter plaatst de spoel aan de ingangszijde, verbindt die via de schakelaar met massa om energie in de spoel op te slaan en geeft die daarna af aan de uitgang, zodat idealiter een 1/(1−D) maal hogere spanning ontstaat.
| Kenmerk | Buckconverter (step-down) | Boostconverter (step-up) |
|---|---|---|
| Bereik van de uitgangsspanning | Lager dan de ingang (0 tot de ingangsspanning) | Hoger dan de ingang (de ingangsspanning of hoger) |
| Ideale omzetverhouding (continue stroommodus) | Vout/Vin = D | Vout/Vin = 1/(1−D) |
| Voorbeeld (bij D = 0,5) | Van 12 V naar 6 V | Van 12 V naar 24 V |
| Plaatsing van componenten | Schakelaar tussen ingang en spoel, spoel aan de uitgangszijde. Diode tussen het knooppunt van schakelaar en spoel en massa | Spoel aan de ingangszijde, schakelaar tussen het knooppunt na de spoel en massa. Diode tussen dat knooppunt en de uitgang |
| Werking | Aan: stroom loopt via de spoel naar de uitgang; uit: de spoelstroom blijft via de diode lopen | Aan: energie wordt in de spoel opgeslagen; uit: de spoelspanning komt bovenop de ingangsspanning en de energie wordt aan de uitgang afgegeven |
| Ingangsstroom | Discontinu (loopt alleen als de schakelaar aan is). De ingangscondensator is belangrijk | Continu (blijft via de spoel lopen) |
| Uitgangsstroom | Continu (blijft uit de spoel lopen). Kleine uitgangsrimpel | Discontinu (komt alleen aan als de schakelaar uit is). Grote rimpelstroom in de uitgangscondensator |
| Rendement | Afhankelijk van de omstandigheden ongeveer 80 tot 95% | Afhankelijk van de omstandigheden ongeveer 80 tot 95%. Daalt bij een grote boostverhouding |
| Regeling | Regellus eenvoudig te ontwerpen | In continue stroommodus is er een nulpunt in het rechterhalfvlak, waardoor de bandbreedte van de regellus moeilijk te verhogen is |
| Als de schakelaar stilstaat | Ingang en uitgang zijn van elkaar gescheiden | De ingangsspanning blijft via spoel en diode op de uitgang staan. Volledig afschakelen vraagt een extra schakelaar |
| Belangrijkste toepassingen | De kernspanning (rond 1 V) van CPU's en SoC's maken uit 12 V of 5 V, lage spanningen maken uit een batterij | 5 V maken uit een lithium-ionbatterij (ongeveer 3,0 tot 4,2 V), in serie geschakelde leds aansturen, arbeidsfactorcorrectie (PFC) in wisselstroomvoedingen |
De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.