Импульсный понижающий (buck)

Импульсный понижающий преобразователь (buck) рубит входное напряжение ключом и сглаживает результат катушкой и конденсатором. КПД 85–95 %, нагрев минимальный — поэтому он везде, от зарядок до материнских плат.

Идея: ключ открывается на время ton с периодом T. На катушке появляется импульс, она запасает энергию, потом отдаёт её в нагрузку. Среднее напряжение на выходе примерно Vout = Vin × D, где D = ton / T — коэффициент заполнения.

Пример: 12 В → 5 В, значит D ≈ 0.42. Реально чуть больше из-за потерь.

Компоненты и их роль:

— Ключ (внутри микросхемы) — рубит ток.
— Катушка — сглаживает и запасает; её индуктивность задаёт амплитуду пульсаций тока.
— Диод (или синхронный ключ) — путь для тока катушки, когда ключ закрыт.
— Выходной конденсатор — сглаживает напряжение, его ESR определяет пульсации.

Расчёт по-простому: индуктивность L ≈ (Vin − Vout) × D / (f × ΔI), где ΔI — желаемые пульсации тока (обычно 20–40 % от выходного). Конденсатор — из допустимых пульсаций напряжения.

Что важно на практике:

— Разводка критична: входной конденсатор рядом с микросхемой, петля «ключ — диод — катушка» минимальной площади. Плохая разводка даёт помехи и просадки.
— Частота: 100 кГц — крупные компоненты, 1–2 МГц — мелкие, но больше потерь на переключении.
— Защита от КЗ обязательна: без неё ключ сгорает мгновенно.
— Модули с али (LM2596, XL4015) содержат всё внутри, но их пределы по току часто завышены: реальные 2 А вместо обещанных 3.

Когда buck не нужен: разница напряжений маленькая (5 → 3.3 В), тогда LDO проще и чище.