Исследователи из Массачусетского технологического института сумели существенно оптимизировать импульсный понижающий преобразователь. Согласно сообщению института, в результате доработки собственное потребление устройства удалось снизить вдвое. При этом доработанный преобразователь оказался способен поддерживать необходимое напряжение при ничтожных токах потребления от 500 пикоампер до одного миллиампера.

Понижение напряжения может потребоваться в разных случаях. Например, это делается в сложных электронных устройствах, в которых для питания одних систем необходимо одно напряжение, а для других — другое, меньшее. Самым простым способом понижения напряжения является установка резистора, однако это неэффективно с точки зрения потребления — «лишнее» напряжение будет преобразовываться на резисторе в тепло.

Для снижения напряжения с минимальными потерями используются импульсные понижающие преобразователи. В самом примитивном случае они представляют собой широтно-импульсный модулятор, катушку индуктивности, сглаживающий конденсатор, делитель напряжения и контроллер. На вход такого устройства подается некоторое напряжение. Модулятор начинает его отбирать, делить на импульсы и эти импульсы с определенной частотой выдавать в последующую цепь. Благодаря импульсной выдаче напряжения и удается добиться его снижения.

Схема импульсного понижающего преобразователя. National Semiconductor Corp.

Затем импульсы подаются на катушку индуктивности, обладающую электрической инертностью. Она выполняет роль своего рода стабилизирующего элемента в схеме. После катушки индуктивности напряжение идет на сглаживающий конденсатор, убирающий пульсации. На выходе преобразователя стоит делитель напряжения, перенаправляющий часть электричества на контроллер. Последний замеряет выходное напряжение в зависимости от полученных данных отдает управляющие сигналы широтно-импульсному модулятору.

Современные импульсные понижающие преобразователи напряжения даже в состоянии покоя, то есть без подключенной к ним нагрузки, имеют собственное потребление, которое, в зависимости от типа, может варьировать от нескольких миллиампер до нескольких десятков миллиампер. Собственное потребление, в частности, объясняется необходимостью отбирать напряжение на выходе, замерять его и передавать управляющие сигналы на модулятор. Кроме того, при ничтожных токах потребления преобразователи могут выдавать несколько большее напряжение.

Понижающий преобразователь, разработанный исследователями из Массачусетского технологического института, по своей схеме похож на обычное такое устройство. Напряжение на его входе может составлять от 1,2 до 3,3 вольта, а после понижения на выходе — от 0,7 до 0,9 вольта. Исследователи несколько доработали схему контроллера, введя дополнительные элементы, управляющие делителем напряжения и той частью управляющей схемы, которая отвечает за измерение напряжения на выходе.

В чем именно заключается доработка, разработчики не раскрывают. Они отмечают лишь, что дополнительные элементы не дают электричеству постоянно проходить через делитель напряжения, а контроллеру — постоянно производить замеры. В зависимости от подключенной к преобразователю нагрузки дополнительная схема с нужной частотой и на короткие промежутки времени открывает участок измерения напряжения. Благодаря этому и удалось добиться снижения собственного потребления преобразователя в два раза.

По мнению исследователей, новый преобразователь позволит экономнее расходовать энергию, запасенную в аккумуляторах, различными переносными устройствами, например, нательными датчиками или смартфонами. Кроме того, разработчики полагают, что новые преобразователи можно будет использовать совместно с устройствами, вырабатывающими электричество от взаимодействия с телом человека.

В январе текущего года ученые из Инженерной школы Колумбийского университета Нью-Йорка представили технологию трехмерной печати микромеханизмов из гидрогелей. Такие механизмы могут быть имплантированы в живой организм и использоваться для адресной и дозированной доставки лекарств. Преимуществом новых гидрогелевых механизмов является их полная биосовместимость. При этом механизмы можно контролировать внешними устройствами с помощью магнитов.

Автор: Василий Сычёв