Schakelende toezichthouders ruilen complexiteit in voor efficiëntie

De uitvinding van DC/DC-schakelregelaars heeft de efficiëntie verbeterd, maar vereist complexere ontwerpmethoden. Vergeleken met het ontwerp van lineaire regelaars, maken schakelregelaars gebruik van de energieopslagkenmerken van inductieve en capacitieve componenten om vermogen over te brengen in de vorm van discrete energiepakketten. Deze energiepakketten worden opgeslagen in het magnetische veld van inductoren of het elektrische veld van condensatoren. De schakelcontroller zorgt ervoor dat elk energiepakket alleen de energie overbrengt die de belasting nodig heeft, waardoor deze topologie zeer efficiënt is. Het optimale ontwerp kan een efficiëntie van 95% of hoger bereiken. In tegenstelling tot lineaire regelaars, is de efficiëntie van schakelregelaars niet afhankelijk van het spanningsverschil tussen invoer en uitvoer.
Meerdere typen switchtopologieën bieden een grote ontwerpflexibiliteit. Switching regulators kunnen outputs genereren die hoger of lager zijn dan de input (boost of buck), of de inputspanning omkeren naar de outputspanning. Hiertoe behoren zowel geïsoleerde topologiestructuren als niet-geïsoleerde topologiestructuren. Vanwege de hogere efficiëntie en verminderde warmteafvoervereisten van switching regulators, is hun structuur compacter. Het ontwerp en de implementatie van switching regulators zijn echter steeds moeilijker geworden, waardoor ontwerpers verschillende vaardigheden moeten beheersen, zoals digitale en analoge besturing, magnetisme en printplaatlay-out. Voor een bepaald vermogensniveau vereist het verbeteren van de efficiëntie doorgaans het gebruik van meer componenten, wat resulteert in complexere ontwerpen en hogere kosten.
Snelle schakelacties kunnen elektromagnetische interferentie (EMI) of schakelruis veroorzaken, wat nabijgelegen componenten kan beïnvloeden. Ontwerpers moeten aandacht besteden aan de lay-out van componenten, aarding en bedrading om de impact van schakelruis te minimaliseren. Voor elke op efficiëntie gerichte toepassing zijn schakelregelaars de voorkeurskeuze, zoals hoogvermogenvoedingen die worden gebruikt in servers, computers en industriële procesbesturing. Batterijgevoede toepassingen profiteren ook van een hogere efficiëntie en langere batterijduur, zoals draagbare apparaten en elektrische voertuigen. Vanwege de efficiënte werking van schakelregelaars is het meestal niet nodig om omvangrijke koellichamen te gebruiken, wat met name gunstig is voor ontwerpen met beperkte ruimte.