Un convertitore buck è un convertitore che riduce la tensione che raggiunge un carico di corrente continua (CC). Ad esempio, l’uscita di una fonte di alimentazione a corrente continua (VDC) a 24 volt (V) può essere ridotta per alimentare apparecchiature a 12 volt. Un convertitore buck ben progettato è in grado di fornire una tensione di uscita costante in condizioni di carico variabili e mantenere una dissipazione di potenza molto bassa, portando a un’elevata efficienza.
I regolatori lineari possono essere una soluzione semplice per i requisiti di bassa potenza. Fanno uso di un transistor di potenza passante in serie che controlla la corrente attraverso il carico per produrre la tensione di uscita CC costante. Se un’alimentazione da 50 V CC utilizza un regolatore lineare per pilotare un carico da 25 V a 1 ampere (A), la potenza attraverso il carico e il regolatore lineare sarà di 25 watt (W). Ciò significa che 50 W vengono scaricati dall’alimentatore da 50 V. L’efficienza di conversione è del 50%, ma se viene utilizzato un convertitore buck e la dissipazione di potenza nel convertitore buck è di 2.5 W mentre la potenza al carico è ancora di 25 W, l’efficienza è di circa il 90%.
Il convertitore buck è un convertitore da CC a CC che funziona in modo molto simile a un alimentatore a modalità commutata (SMPS), che controlla il ciclo di lavoro di un’onda quadra a frequenza fissa. Quando il carico richiede meno corrente, il tempo di “accensione” dell’onda quadra è basso, ma quando il carico richiede una corrente molto vicina al limite dell’SMPS, il tempo di “accensione” supera l’85%. La CC commutata utilizza un induttore in serie con diodo a commutazione rapida che utilizza il riflusso induttivo per sostenere il trasferimento di energia quando l’elemento di azionamento principale è spento per brevi periodi.
Per un’applicazione opposta a quella del convertitore buck, viene utilizzato il convertitore step-up boost (SUBC). Il SUBC genera una tensione di uscita superiore al suo ingresso. In questa applicazione, l’induttore in serie con il carico converte un campo magnetico collassante in una tensione CC superiore alla tensione di ingresso del circuito.
Un altro dispositivo di conversione dell’energia elettrica è il convertitore buck-boost che può funzionare sia come convertitore buck che come convertitore boost. Nei sistemi a energia solare, è possibile ottenere un ampio intervallo di tensione CC a seconda della disponibilità della luce solare. Un banco batterie caricato da un array fotovoltaico può avere una tensione compresa tra 40 e 56 VDC. Se un carico sensibile richiede da 47 a 49 VDC, un convertitore buck-boost funzionerà come convertitore boost quando la tensione del banco batterie è inferiore a 47 V. Il convertitore funzionerà come convertitore buck quando la tensione è superiore a 49 V.