Buck

Lo schema circuitale del buck è riportato in figura 1.1.

**Figure:** Buck. Schema circuitale
$\begin{figure}\centerline{ \hbox{ \vbox{ \psfig{figure=fig/buck.eps,width=120mm,angle=-90}} } }~ \end{figure}$

In questa figura si evidenziano i vari componenti dell'alimentatore. In particolare abbiamo:

Vs: la tensione in ingresso. Questa tensione deve essere una tensione continua, di norma rettificata da un ponte (se alternata) oppure una tensione continua stabilizzata da un precedente alimentatore.
L e C: induttore e condensatore, che determinano la risposta dinamica dell'alimentatore.
Rl e Rc: resistenze che modellano i parametri parassiti dell'induttanza e della capacità.
Ro e Io: Carico modellato come una resistenza e/o come un generatore di corrente.
MOS: mosfet che agisce da interruttore, comandato dal segnale di duty cycle DC.
Diodo: il diodo impedisce che la corrente nell'induttanza cambi verso di scorrimento; di conseguenza la tensione sul carico ha sempre la stessa polarità.

Il controllo del circuito viene effettuato variando lo stato del MOS ( o BJT) che agisce come switch. Se si porta il MOS in saturazione siamo nello stato di ON e il circuito assume la forma in figura 1.2. Se si interdice il MOS, il circuito assume la forma 1.3 e siamo nello stato di OFF. In un singolo ciclo di funzionamento (ciclo di switching), il circuito parte dallo stato ON per poi passare nello stato OFF.

**Figure:** Circuito equivalente del buck: stato ON
$\begin{figure}\centerline{\hbox{\vbox{ \psfig{figure=fig/buck_on.eps,width=120mm,angle=-90} } } }~ \end{figure}$

**Figure:** Circuito equivalente del buck: stato OFF
$\begin{figure}\centerline{\hbox{\vbox{ \psfig{figure=fig/buck_off.eps,width=120mm,angle=-90} } } }~ \end{figure}$

**Figure:** Circuito equivalente del buck: stato IDLE
$\begin{figure}\centerline{\hbox{\vbox{ \psfig{figure=fig/buck_idle.eps,width=120mm,angle=-90} } } }~ \end{figure}$

Nella figura 1.5 vediamo la corrente nell'induttore e la tensione ai capi del diodo nei due casi di funzionamento (spiegati in seguito).

All'inizio dello stato ON (al tempo ), la tensione (e quindi anche la tensione ) è maggiore della tensione di uscita , e la corrente nell'induttore cresce linearmente. Questo avviene fino al tempo , al quale lo switch viene aperto e il circuito cambia stato (da ON a OFF). A questo punto la tensione sull'induttore cambia segno (); di conseguenza la corrente inizia a decrescere.

Due casi si possono presentare al tempo (, ovvero al successivo ciclo di funzionamento): la corrente può essere maggiore di zero oppure nulla. Questo definisce i due modi di funzionamento dell'alimentatore:

Modo continuo: (Continuos mode o heavy mode): la corrente non raggiunge mai il valore zero.
Modo discontinuo: (Discontinuos mode o light mode): la corrente rimane a zero per un certo periodo del ciclo di switch.

In quest'ultimo caso si ha un ulteriore stato di funzionamento definito modo di IDLE, nel quale il diodo si interdice e il circuito assume la forma in figura 1.4.

Nella figura 1.5 si vede come linea tratteggiata la tensione sul carico. Essendo il gruppo LC un filtro passa basso la può essere considerata (nel caso ideale) il valore medio di (questa osservazione è vera se la frequenza di taglio del passa basso $f_o=\frac{1}{\sqrt{2\pi LC}}$ è molto minore della frequenza di switching).

**Figure:** Forme d'onda per il buck in modo continuo (a sinistra) e in modo discontinuo (a destra)
$\begin{figure}\centerline{\hbox{\vbox{ \psfig{figure=fig/wave_buck.eps,width=120mm,angle=-90} } } }~ \end{figure}$

Bofh 2004-02-09