مبدل رافع للجهد

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من رافع الجهد)
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث

رافع الجهد (بالإنجليزية:Boost converter) هو من محولات التيار المستمر (بالإنجليزية:DC-to-DC power converter) ،وأحد الأنواع الناتجة عن تبديل قدرة المزوّد (بالإنجليزية:Switched-mode power supply). ويقوم رافع الجهد بتحويل التيار المستمر لتيار مستمر آخر بجهد خرج أكبر من قيمة جهد المزوّد. حيث يعمل على رفع الجهد -وبالتالي تنخفض قوة التيار- ويلزم لذلك وجود اثنين من أشباه المواصلات هما الدايود والترانسزيستور وبالطبع وجود مزوّد للطاقة المراد تغيير جهدها وكذلك يلزم وجود مُخزِّن للطاقة كالملف (يدعى بالمحث أحيانًا) أو المكثف أو كليهما معًأ.

رسم توضيحي لدائرة رافع الجهد. المفتاح غالبًا ما يكون موسفت (MOSFET) أو ترانزستور ثنائي القطبية ذو بوابة معزولة (IGBT) أو ترانزستور ثنائي القطبية (BJT )

نظرة عامة[عدل]

مزوّد التيار المستمر في العادة يكون من البطاريات أو ألواح الطاقة الشمسية وأحيانًا من مولدات التيار المستمر (بالإنجليزية: DC Generator) وبعض الأحيان من المُقوِّمات (بالإنجليزية: Rectifier) التي تحول التيار المتردد إلى مستمر. إلا أنه يُحْتاج في العادة لتغيير جهود التيار المستمر فتستخدم خافضات أو رافعات الجهد بدلاً من المقاومات لأن المقاومات وإن كانت سهلة التركيب إلا أن عيبها الرئيسي هو هدر الطاقة الكبر في صورة حرارة بينما عند استخدام خوافض وروافع الجهد يتم تغيير الجهد بطريقة سلسلة وحافظة وموفرة للطاقة. وتبعًا لقانون الطاقة المعروف () ،فعند رفع الجهد فإن التيار الناتج (تيار الخرج) أقل منه في تيار المزوّد لكن الجهد أعلى وكل ما زدنا جهد الخرج كل ما انخفض التيار.

التخلص من مويجات الجهد[عدل]

رافع جهد مع مرشح للتخلص من المويجات

بعد رفع الجهد عادةً ما توجد مويجات في الجهد الناتج (بالإنجليزية: voltage ripple) لذا يًستخدم المُرشح (بالإنجليزية:Filter) ويتكون المُرشح عادةً من ملف(L) أو مكثف(C) أو كلاهما معًا ،مما يساعد في تنعيم خرج الجهد والتخلص من المويجات ويعمل الدايود (D) لتفريغ طاقة الملف وذلك لجعل تيار الحمل متصل ولحماية مفتاح القوى من الجهد العكسي الذي يقع عليه بسبب وجود ملف L.

مبادئ التشغيل[عدل]

  1. تعمل الدائرة في حالة الاستقرار.
  2. الزمن الدوري هو T ويعمل المفتاح فترة مقدارها DT ويفصل فترة مقدارها (1-D)T.
  3. تيار الملف متصل.
  4. المكثف كبير جدا وبالتالي تظل قيمة Vo ثابتة.
  5. كل المكونات مثالية.

وهو يعطي جهد خرج أكبر من أو يساوي جهد المصدر . الدائرة الأولي هي عند غلق المفتاح ونبدأ في تحليل الدائرة، أما الثانية فهي عند فتح المفتاح.

تركيب محولي بووست اعتمادًا علي حالة المحول.

الوضع المستمر[عدل]

عندما يعمل البووست في الوضع المستمر ، فإن تيار الملف () لا يصل أبدًا إلي الصفر. كما هو موضع في الشكل 3 الذي يوضح شكل العلاقه بين كل من جهد الملف وتيار الملف وجهد الخرج مع الزمن[1].

شكل 3: محول بوست يعمل في وضع مستمر

وعند غلق المفتاح S في هذه الحاله فإن العلاقه بين () و() في خلال الفترة T تأتي من العلاقة:

وفي نهاية هذه الحاله تزداد قيمه (IL) وتحسب من العلاقة :

وخلال الفترة DT فإن العلاقات تكون كالتالي :

وتحسب الطاقة المخزنه في الملف من العلاقة :

وبما أن التغير في تيار الملف عند بداية الدوره ونهايتها يجب أن يساوي الصفر ، فهذا يعني:

وبهذا يكون جهد الخرج أكبر من جهد الدخل دائمًا، إلا في حالة D = 0 .

الوضع غير المستمر[عدل]

في حالة الأحمال الخفيفه ، فإن الملف يسرب شحنته قبل نهاية الدوره ، وفي هذه الحاله يصل تيار الملف () إلي الصفر كما بالشكل 4 . الذي يوضح شكل العلاقة بين كل من جهد الملف وتيار الملف وجهد الخرج مع الزمن .

شكل 4: محرك بووست في وضع غير مستمر

وبما أن تيار الملف () في بداية الدورة يساوي صفر، فإن قيمته العظمي ) ) تحسب من :

وبما أن تيار الملف IL يصل إلي الصفر بعد زمن فإن :

وتحسب δ من المعادلة :

وكما هو واضح من الشكل 4 فإن تيار الحمل Io يساوي تيار الدايوود (ID) وتكون المعادلات كالتالي :

ويمكن حساب جهد الخرج عن طريق :

مراجع[عدل]

  1. ^ "Boost Converter Operation".  LT1070 Design Manual, Carl Nelson & Jim Williams

= أنظر أيضًا[عدل]

روابط خارجية[عدل]