Khái Niệm Cơ Bản
Bộ chuyển đổi buck-boost đảo cực (inverting buck-boost) là một mạch DC-DC chuyển mạch tạo ra điện áp ra ổn định có cực tính ngược với điện áp vào. Tùy theo chu kỳ làm việc, mạch có thể tăng độ lớn điện áp (boost) hoặc giảm độ lớn (buck), nhưng luôn đảo dấu. Công cụ này sử dụng hàm truyền lý tưởng ở chế độ dẫn liên tục (CCM) để ước lượng điện áp ra dựa trên điện áp vào và chu kỳ làm việc của khóa chuyển mạch.
Cách Sử Dụng
Nhập điện áp vào Vin tính bằng vôn và chu kỳ làm việc D theo phần trăm (0–99%). Công cụ sẽ quy đổi phần trăm sang dạng thập phân, áp dụng hàm truyền và trả về điện áp ra cùng với hệ số khuếch đại điện áp. Vì mạch đảo cực tính nên kết quả luôn là số âm.
Giải Thích Công Thức
Quan hệ lý tưởng ở chế độ CCM là $$V_{out} = -\,\text{Vin (V)} \cdot \frac{D}{1-D} \qquad \text{where}\quad D = \dfrac{\text{Duty (\%)}}{100}$$, trong đó D là tỉ lệ thời gian khóa chính dẫn trong mỗi chu kỳ chuyển mạch. Tại D = 50%, độ lớn điện áp ra bằng đúng Vin; dưới 50% mạch giảm áp (độ lớn nhỏ hơn); trên 50% mạch tăng áp (độ lớn lớn hơn). Khi D tiến gần đến 1, hệ số khuếch đại tăng vọt, vì vậy công cụ đã chặn trường hợp D = 100%.
Ví Dụ Minh Họa
Với Vin = 12 V và D = 50% (0,5): $$V_{out} = -12 \times \frac{0{,}5}{0{,}5} = -12 \text{ V}$$ Điện áp ra là −12 V, có độ lớn bằng nhau nhưng ngược dấu. Tại D = 75%, hệ số khuếch đại = \(0{,}75/0{,}25 = 3\), nên \(V_{out} = -12 \times 3 = -36\text{ V}\).
Câu Hỏi Thường Gặp
Vì sao điện áp ra lại âm? Mạch buck-boost đảo cực bố trí cuộn cảm và khóa chuyển mạch sao cho năng lượng được truyền tới tải với cực tính đảo ngược so với điểm chung (ground).
Kết quả có chính xác với mạch thực tế không? Đây là kết quả lý tưởng không tổn hao ở chế độ CCM. Mạch thực tế có tổn hao trên khóa chuyển mạch, diode và cuộn cảm, nên độ lớn điện áp ra thực tế sẽ thấp hơn một chút.
Chu kỳ làm việc nào cho Vout = −Vin? D = 50%, khi đó \(D/(1-D) = 1\).
