محول عكسي لفرق الجهد

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
Ambox important.svg
هذه مقالة عن موضوع اختصاصي. يرجى من أصحاب الاختصاص والمطلعين على موضوع المقالة مراجعتها وتدقيقها. (نوفمبر 2016)

المحول العكسي لفرق الجهد، يسمى أيضا بمحول الباك بووست (بالانجليزية: buck-bost converter) هو نوع من أنواع محولات التيار المستمر / التيار المستمر (DC / DC ) وفي هذا النوع قيمة جهد الخرج Vo ممكن ان تكون أكبر من أو اصغر من جهد المصدر Vs على حسب قيمة فتره التشغيل (Duty Cycle ).

دائرة المحول العكسي بشكلها العام

الملف والمكثف (L , C ) عبارة عن فلتر للتخلص من التوافقيات وجعل قيمه Vo وشكلها نقيه (pure DC ) , ويعمل الدايود D لتفريغ طاقه الملف وذلك لجعل تيار الحمل متصل ولحماية مفتاح القوي من الجهد العكسي الذي يقع علية بسبب وجود ملف L.[1]

مكونات المحول

لاحظ ان المصدر لا يتم توصيله مباشرة الي الحمل , حيث يتم نقل الطاقة من المصدر إلي الملف ثم من الملف إلي الحمل لذلك تسمي هذه الطريقة ( أو هذا النوع ) بالمحول غير المباشر .[2][3][4],[5]

مبادئ التشغيل[عدل]

  1. تعمل الدائرة في حالة الاستقرار
  2. الزمن الدوري هو T ويعمل المفتاح فتره 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
المحول في حالتي ربط وفصل المفتاح

مميزات وعيوب[عدل]

وميزة هذا النوع ان جهد الخرج ممكن ان يكون أكبر من أو اصغر من جهد المصدر . ولكن يعيب هذا النوع ان جهد الخرج سالب جهد الدخل ويكون غير مرغوب فية في بعض التطبيقات. الدائرة الأولي هي عند غلق المفتاح, اما الثانية فهي عند فتح المفتاح.

الوضع المستمر[عدل]

عندما يعمل الباك بووست في الوضع المستمر , فإن تيار الملف ( ( لا يصل ابدا إلي الصفر . كما هو موضع في الشكل 3 الذي يوضح شكل العلاقه بين كل من جهد الملف و تيار الملف وجهد الخرج مع الزمن .

المحول في حالة الوضع المستمر (فرق الجهد لا يصل الى الصفر)

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

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

وخلال الفتره DT فإن العلاقات تكون كالتالي :

وتحسب الطاقة المخزنه في الملف من العلاقة:

وبما ان التغير في تيار الملف عند بداية الدوره ونهايتها يجب ان يساوي الصفر , فهذا يعني:

and

وبذلك عندما تكون D> 0.5 تكون Vo> - Vs وبذلك يكون المحول رافع للجهد وعندما تكون D <0.5

تكون Vo <- Vs فإن يكون المحول خافض للجهد وعندما تكون D = 0.5 تكون Vo = - Vs

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 العلاقه بين كل من جهد الملف و تيار الملف وجهد الخرج مع الزمن.

المحول في حالة الاتصال المتقطع (discontinuous mode)

وبما ان تيار الملف (t=DT) في بداية الدوره يساوي صفر , فإن قيمته العظمي (at ) تحسب من:

(at

وبما أن تيار الملف ( I_L) يصل الي الصفر بعد زمن , فإن :

وتحسب δ من المعادلة :

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

ويمكن حساب جهد الخرج من العلاقة :

الحد بين الوضع المستمر والوضع غير المستمر[عدل]

كما ذكرنا في بداية المقال ان المحول يعمل في الوضع غير المستمر عند الأحمال الخفيفه . وعندما يسحب الحمل تيار كبير فإنه يعمل في الوضع المستمر . والحد بينهما هو وصول تيار الملف (I_L) إلي الصفر قبل نهاية الدوره ام لا . ويمكن وصفها ب:

حالتي الاستمرارية والانقطاع في المحول

ونحصل على من العلاقات :

الدائره غير المثالية[عدل]

عندما لا تكون الدائره مثالية فلا يمكن إهمال قيمه المقاومات ( R ) وهذا يعني أنه سيكون هناك مفاقيد خلال عمليه النقل من المصدر إلي الحمل.

فرق الجهد المخرجي للمحول خلال فترة التشغيل (duty cycle) عندما تزداد قيمة المقاومية للمحث L

ويمكن أن نعبر عنها رياضيا من خلال:

عندما يكون المفتاح مفتوح يكون : وعندما يكون مغلق :

وبذلك يكون متوسط الجهد على المفتاح يساوي

ويكون تيار الخرج سالب تيار الملف في حاله المفتاح مغلق , ويكون متوسط التيار :

وعند اخذ قيمه ( R ) في الإعتبار يكون متوسط تيار الملف :

وبذلك يكون جهد الدخل ( المصدر) يساوي :

ويمكن كتابته بالصيغه التالية:

المصادر[عدل]

  1. ^ The Flyback Converter - Lecture notes - ECEN4517 - Department of Electrical and Computer Engineering - University of Colorado, Boulder.
  2. ^ "Non-inverting Buck-Boost Regulator" (p.9)
  3. ^ ST AN2389: "An MCU-based low cost non-inverting buck-boost converter for battery chargers"
  4. ^ Motorola Semiconductor. "Application note AN954: A Unique Converter Configuration provides step-up/down functions". 1985. "... a unique step-up/down configuration can be created ... which still employs a single inductor for the voltage transformation."
  5. ^ Haifeng Fan. "Wide VIN and High-Power Challenges with Buck-Boost Converters". 2015.