Ник - Я в основном оставлю обсуждение преобразователя индуктивности другим, и я обращусь к:
Почему бы не создать понижающий преобразователь в качестве переключателя, который заряжает конденсатор, при этом переключатель управляется компаратором, сравнивающим выходное напряжение с эталоном? Разве это не будет намного проще, позволит ли вам использовать более легкий и дешевый конденсатор вместо индуктора и полностью пропустить диод?
Используя ОЧЕНЬ специальные методы, можно создать конденсаторные преобразователи, которые эффективно преобразуют энергию с одного уровня напряжения на другой. НО упрощенные методы терпят неудачу плохо. Одноступенчатый конденсаторный преобразователь, который делит напряжение наполовину путем сброса заряда с одного конденсатора на другой с равной емкостью, имеет ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КПД 50%, а практический - не более теоретического и, возможно, меньшего. Это связано с простым применением «законов физики». К сожалению, реальность такова, что требования к достижению хорошей эффективности гораздо легче удовлетворить с помощью индукторного базового преобразователя, чем с конденсатором.
Попробуйте этот простой мысленный эксперимент.
Возьмите два конденсатора C1 и C2 равной емкости.
Зарядите С1, чтобы сказать 10V.
Базовая формула, относящаяся к заряду и емкости, имеет вид V = kQ / C,
где V - напряжение конденсатора, k - постоянная величина, Q - заряд, а C - емкость. Теперь подключите C2 к C1.
Заряд в С1 теперь будет делиться поровну между С1 и С2.
Таким образом, напряжение на каждом конденсаторе составляет 5 В - либо потому, что заряд на каждом из них наполовину оригинален, либо потому, что емкость удвоилась - 2 способа взглянуть на одно и то же.
Все идет нормально.
НО энергия в конденсаторе составляет 0,5 х С х V ^ 2.
Первоначально выше E = 0,5 x C x 10 ^ 2 = 50C единиц энергии.
После объединения двух конденсаторов энергия на колпачок = 0,5 х С х 5 ^ 2 или для двух колпачков
энергия = 2 х 0,5 х С х 5 ^ 2 = 25 С единиц энергии.
О, Боже ! :-(.
Просто объединив два конденсатора и разделив их заряд, мы ПОЛУЧИЛИ присутствующую энергию!
Половина энергии была потеряна в процессе!
Этот очевидный причудливый и необъяснимый факт связан с резистивными потерями энергии во время передачи. ЛУЧШЕ мы теряем половину энергии, если напряжение уменьшается вдвое. Результат минимальной потери энергии одинаков, независимо от того, используем ли мы большое значение сопротивления для передачи энергии или очень низкое значение сопротивления, такое как кусок провода - небольшая доля Ом. В последнем случае мы получаем чрезвычайно высокие токи.
«Очевидное» решение состоит в том, чтобы «поставить конденсаторы друг на друга», чтобы зарядить их, и разместить их параллельно, чтобы разрядить. Это работает! За один цикл. Теоретическая эффективность = 100%. Выполнение этого на практике в этом случае требует по меньшей мере 2 переключающих переключателей со сложностью и потерями, и это работает только для отношения 2: 1. Хуже того, если мы уменьшаем напряжение накачки с нагрузкой, чтобы его необходимо было перераспределить для следующего цикла, мы обнаруживаем, что перезарядка имеет те же резистивные потери, что и раньше. Мы получаем 100% теоретическую эффективность, только если не вытягиваем энергию :-(.
Решение проблемы заключается в том, чтобы падение напряжения на конденсаторе было очень небольшим, а перезарядка - лишь небольшим. Если мы сделаем это, эффективность может быть близка к 100%, НО нам понадобятся большие ограничения на ток нагрузки (так как большая часть емкости используется только для поддержания постоянного напряжения), и у нас все еще будет коэффициент преобразования 2: 1. Другие соотношения могут быть достигнуты, но это раздражает, получается сложным и дорогим, и в большинстве случаев имеет мало или вообще не имеет преимуществ перед использованием индукторов. Некоторые очень специализированные конвертеры работают таким образом, но они редки. И вы можете купить микросхемы преобразователя с повышением или понижением с несколькими фиксированными коэффициентами, такими как 2: 1, 3: 1, 4: 1, но они обычно имеют низкое энергопотребление, Vout падает с нагрузкой (выше Zout, чем приятно), и они обычно уступают во многих отношениях к преобразователю на основе индуктора.
Вот почему вы обычно видите хороший простой, дешевый легкий понижающий преобразователь, используемый для понижения напряжения. Фактический преобразователь использует 1 x L, 1 x D, 1 x переключатель (MOSFET или любой другой), а остальное - «клей» или улучшения. Контроллер также может быть очень простым.
