Có 2 trạng thái hoạt động của mạch vẽ ở hình 2.7. Dó là trạng thái ON và OFF. Hai trạng thái này và phần mạch chủ động của hai trạng thái đƣợc vẽ ở Hình 2.8 và 2.9.
Hình 2.7. Sơ đồ tổng quát bộ chuyển đổi BUCK
2.1.3.1. Trạng thái ON
Hoạt động của mạch chuyển đổi buck khá đơn giản, với một cuộn cảm và hai chuyển mạch (một transitor và một diode) điều khiển cuộn cảm. Nó luân phiên giữa nối cuộn cảm với nguồn để trữ năng lƣợng trong cuộn cảm và phóng từ cuộn cảm vào tải.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 2.8. Trạng thái ON
Xét hình 2.8, khi chuyển mạch ở trạng thái nối, cuộn cảm L nối với chuyển mạch có xu hƣớng chống lại dòng tăng và bắt đầu tạo ra trƣờng điện từ trong lõi. Diode D ở trạng thái phân cực ngƣợc và là điều kiện cần đề mở mạch ở vị trí này. Dòng cuộn cảm tăng lên, tạo ra một sụt áp tại điểm này. Dòng cuộn cảm tăng lên, tạo ra một sụt áp dƣơng qua cuộn cảm và một điện áp ra thấp ở điểm tham chiếu với điện áp vào. Cuộn cảm có chức năng nhƣ một nguồn dòng đối với tải ở đầu ra.
2.1.3.2. Trạng thái OFF
Hình 2.9. Trạng thái OFF
Ở trạng thái OFF chuyển mạch ở trạng thái mở, diode D mở và năng lƣợng đƣợc cung cấp từ cuộn cảm L và trƣờng điện tích của C. Dòng điện đi qua cuộn cảm giảm tuyến tính. Khi chuyển mạch FET ngắt, dòng cuộn cảm phóng ra, tạo ra một điện áp âm trên cuộn cảm. Vì một cực của cuộn cảm nối đất, cực còn lại sẽ có mức điện áp cao, đây chính là điện áp ra cần có. Tụ điện ở đầu ra hoạt động nhƣ một mạch lọc đầu có mức thấp, giảm nhấp nhô của điện áp dạng sóng gây ra bởi dòng biến đổi qua cuộn cảm. Diode sẽ ngăn cảm dòng chạy từ cuộn cảm khi FET ở trạng thái ngắt.
2.1.3.3. Chế độ liên tục/không liên tục
Trong trạng thái ON và thậm chí ở trạng thái OFF sau đó, mạch chuyển đổi Buck có thể hoạt động trong ở chế độ liên tục hay không liên tục. Sự khác nhau giữa hai chế độ là ở chế độ liên tục dòng điện trong cuộn cảm không bằng không Xem hình 2.10.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 2.10. Chế độ liên tục và không liên tục
Dòng điện chạy liên tục trong cuộn cảm trong toàn bộ chu kỳ khi hoạt động ở trạng thái ổn định. Trong phần lớn các ứng dụng của mạch điều chỉnh Buck, dòng cảm ứng không bao giờ giảm xuống không trong quá trình hoạt động đầy tải. Khả năng làm việc tổng cộng thƣờng sử dụng tốt hơn sử dụng chế độ liên tục và nó cho phép công suất ra lớn nhất nhận đƣợc từ một điện áp vào cho trƣớc và tốc độ chuyển mạch dòng điện. Năng lƣợng từ pin/acquy cung cấp tải và chứa trong cuộn cảm ở dạng trƣờng điện từ. Dòng điện đi qua cuộn cảm tăng tuyến tính.
Trong chế độ không liên tục dòng điện trong cuộn cảm giảm về không và duy trì ở giá trị không trong phần nào đó của chu kỳ chuyển mạch. Nó bắt đầu từ không, tăng lên giá trị đỉnh và trở về không trong mỗi chu kỳ chuyển mạch. Trong các ứng dụng ở đó dòng tải lớn nhất tƣơng đối thấp, chọn chế độ không liên lục khi thiết kế có thể mang lại lợi ích cao hơn (thiết kế sử dụng chế độ không liên tục có thể có nhiều ƣu điểm hơn). Trong các trƣờng hợp này, hoạt động ở chế độ không liên tục có thể dấn đến kích thƣớc tổng thể của mạch chuyển đổi nhỏ hơn (vì có thể sử dụng cuộn cảm nhỏ hơn). Thông thƣờng tụ điện ra phải lớn để đảm bảo điện áp không đổi.