محول تعزيز DC / DC

تستخدم محولات التعزيز في الإلكترونيات لتوليد جهد خرج تيار مستمر أكبر من مدخلات التيار المستمر ، وبالتالي زيادة جهد الإمداد. غالبا ما تستخدم محولات التعزيز في إمدادات الطاقة لمصابيح LED البيضاء وحزم البطاريات للسيارات الكهربائية والعديد من التطبيقات الأخرى. يقوم محول التعزيز بتخزين الطاقة في المجال المغناطيسي للمحث وينقلها إلى حمل بدائرة تبديل. يتيح نقل الطاقة من المجال المغناطيسي للمحث زيادة خرج التيار المستمر في مرحلة واحدة. سيوضح هذا الفيديو بناء محول التعزيز ويحقق في كيفية تأثير تغيير حالة تشغيل المحول على جهد الإخراج.

تتكون دائرة محول التعزيز البسيطة هذه من مصدر جهد دخل تيار مستمر متصل بمحث ومفتاح. قد يكون المفتاح عبارة عن ترانزستور ثنائي القطب أو MOSFET أو أي جهاز إلكتروني آخر مماثل يقوم بتوصيل المحرض وفصله بالتناوب عن الخط المشترك لمصدر الطاقة. يقوم الصمام الثنائي المانع بتوصيل المحث بمكثف يقوم بتصفية التموج في جهد الإخراج. تؤدي زيادة السعة إلى تقليل التموج. للحصول على سعة كبيرة بما فيه الكفاية ، يصبح الإخراج جهد DC ثابت. يقوم قطار النبض الرقمي بفتح المفتاح أو إغلاقه. النبضة لها نسبة واجب وهي نسبة الوقت إلى الفترة. قد تختلف نسبة الرسوم من صفر أو تزيد إلى واحدة مع المزيد والمزيد في الوقت المحدد. عندما يكون النبض قيد التشغيل ، يغلق المفتاح ويتم توصيل المحرض عبر جهد الإمداد. في هذه الحالة ، يكون لمحطة المحرض المتصلة بخرج مصدر الطاقة إمكانات أعلى ويكون للطرف المتصل بالمشترك إمكانات أقل. الآن يتدفق التيار عبر المحرض ، ويزداد خطيا بمرور الوقت لترددات تبديل عالية بما فيه الكفاية. خلال هذا الوقت ، يتم تعريف جهد المحرض ليكون موجبا لأن ميل التيار مقابل الوقت موجب. يخزن المحرض طاقة تتناسب مع مربع التيار في مجاله المغناطيسي. كلما طالت مدة توصيل المحرض بمصدر الطاقة ، زاد التيار وزادت الطاقة التي يخزنها. عند فتح المفتاح ، يجب أن يستمر التيار عبر المحرض في التدفق في نفس الاتجاه. ينخفض هذا التيار أيضا لأن المحرض يتخلى الآن عن الطاقة للحمل. يصبح جهد المحرض سالبا لأن ميل التيار مقابل الوقت سالب. نتيجة لذلك ، تنقلب قطبية المحرض وتضيف الآن إلى جهد الإدخال "V in" مما ينتج عنه إمكانات أعلى عند الإخراج. الدائرة في هذه الحالة ، تحيز الصمام الثنائي إلى الأمام وتيار تفريغ المحرض ، ويذهب بعضها إلى الحمل ، والبعض الآخر يذهب إلى المكثف الذي يخزن الشحنة بعد ذلك. عندما يغلق المفتاح مرة أخرى ، يصبح الصمام الثنائي منحازا عكسيا ، ويفصل المحرض عن الإخراج ويمنع حدوث ماس كهربائي للحمل. خلال هذا الوقت ، يتم إعادة شحن المحرض وفي مكانه يوفر المكثف التيار للحمل. تنتج دورة شحن وتفريغ المكثف هذه متوسط جهد خرج مع قدر من التموج. عند ترددات التبديل العالية بما فيه الكفاية ، تكون أوقات شحن وتفريغ المكثف قصيرة ويصل الإخراج إلى جهد حالة ثابتة مع تموج قليل نسبيا. تتكرر دورة التحويل هذه إلى أجل غير مسمى وهي أساس عملية محول التعزيز. من الناحية المثالية ، يزداد متوسط جهد الخرج مع زيادة نسبة العمل وتولد نسبة العمل الواحدة جهدا لا نهائيا. ومع ذلك ، فإن العناصر الطفيلية والمقاومات في محول التعزيز تحد من القيم المفيدة ل D بحد أقصى حوالي 0.7 أو 0.8. إذا كانت D كبيرة بما فيه الكفاية ، فإن التأثيرات الطفيلية تهيمن على تشغيل الدائرة وينخفض جهد الخرج حتى مع استمرار D في الزيادة. في التجارب التالية ، سوف ندرس كيف يقوم محول التعزيز بزيادة الجهد في وضع التوصيل المستمر ، والذي يسمى أيضا CCM ، وهي حالة يعمل فيها المحرض في جميع الأوقات بتيار غير صفر.

يقتصر جهد الخرج في هذه التجربة على 50 فولت تيار مستمر أو أقل. استخدم فقط دورات العمل والترددات والجهد الكهربائي للإدخال والأحمال المحددة. تستخدم هذه التجارب لوحة عمود الطاقة HiRel Systems المصممة للتجريب مع طبولوجيا مختلفة لدائرة تحويل التيار المستمر إلى التيار المستمر. مع إيقاف تشغيل مفتاح إمداد الإشارة S90 ، قم بتوصيل مصدر إشارة +/- 12 فولت بموصل العرين J90. اضبط وصلات العبور لتحديد التحكم PWM J62 وJ63 على موضع الحلقة المفتوحة. اضبط مصدر طاقة التيار المستمر على 10 فولت إيجابي ولكن لا تقم بتوصيل خرج مصدر الطاقة باللوحة. بعد ذلك ، قم ببناء الدائرة كما هو موضح مع MOSFET السفلي والصمام الثنائي العلوي واللوحة المغناطيسية BB. سجل قيمة المحرض على اللوحة المغناطيسية BB. المقاوم للحمل هو مقياس جهد الطاقة. استخدم عدادات متعددة لقياس مقاومتها أثناء ضبطها على 20 أوم. ثم قم بتوصيل مقياس الجهد بين المحطات V1 + و COM. اضبط بنك محدد التبديل S30 على النحو التالي: PWM إلى MOSFET السفلي ، واستخدم PWM المدمج ، وإيقاف تشغيل الحمل. قم بتوصيل المسبار التفاضلي لراسم الذبذبات بين المحطة 16 وهي بوابة MOSFET السفلي والطرف 12 وهو المصدر. قم بتشغيل المفتاح S90. يجب أن يظهر قطار النبض الذي يقود MOSFET على شاشة النطاق. حدد المحور الزمني للنطاق لعرض عدة فترات من نموذج الموجة هذا. اضبط مقياس جهد ضبط التردد RV60 لإنتاج تردد تبديل يبلغ 100 كيلو هرتز. اضبط مقياس الجهد لنسبة العمل RV64 بحيث يكون للنبضات وقت تشغيل ميكروثانية واحدة وهو ما يتوافق مع نسبة واجب 0.1.

قم بتوصيل مصدر طاقة التيار المستمر بأطراف الإدخال V2 + و COM. لقياس تيار المحرض ، قم بتوصيل مسبار النطاق التفاضلي بين المحطات CS5 و COM. لقياس الجهد عبر مقاوم الحمل RL ، قم بتوصيل المسبار التفاضلي الآخر بين المحطتين V1 + و COM. يجب أن يكون جهد الخرج موجة مثلثة. تحدث المنحدرات الصاعدة عندما يكون مفتاح محول التعزيز مفتوحا ويقوم المحرض بنقل الطاقة إلى الحمل. تحدث المنحدرات الهابطة عند إغلاق المفتاح ، ويتم فصل المحرض عن الإخراج ، ويقوم المكثف بتزويد الحمل بالطاقة. تيار المحرض عبارة عن موجة مثلثة تتصاعد خطيا خلال وقت قطار النبض ، ثم تنخفض خطيا خلال وقت التوقف عن العمل. الإزاحة هي متوسط التيار. باستخدام وظائف القياس المدمجة في النطاق ، قم بقياس متوسط قيمة جهد الخرج ومتوسط قيمة تيار المحرض. كرر هذه الخطوات مع ضبط مصدر طاقة التيار المستمر على ثمانية و 12 و 14 فولت. بالنسبة لنسبة العمل الثابتة ، مع زيادة جهد الإدخال ، يجب أن يزداد جهد الخرج لمحول التعزيز المثالي بشكل متناسب.

يقيس هذا الجزء من التجربة نسبة عمل قطار النبض بدلا من تيار المحرض. قم بتوصيل مجسات النطاق بين المحطفين 16 و 12 اللذين يمثلان بوابة ومصدر MOSFET السفلي على التوالي. قم بتوصيل مصدر طاقة التيار المستمر المدخل بأطراف V2 + و COM. كما كان من قبل ، فإن جهد الخرج عبارة عن موجة مثلثة ناتجة عن قيام المحرض والمكثف بتزويد الحمل بالتناوب. جهد مصدر البوابة ل MOSFET هو قطار نبض رقمي بتردد 100 كيلو هرتز ، وفترة 10 ميكروثانية ، ووقت تشغيل ميكروثانية واحدة. قم بقياس متوسط قيمة جهد الخرج ووقت تشغيل البوابة لمصدر الجهد جنبا إلى جنب مع قراءات تيار الإدخال والجهد من مصدر طاقة التيار المستمر. كرر هذا الاختبار بعد ضبط مقياس الجهد لنسبة العمل RV64 بحيث يكون لتيار النبض وقت تشغيل قدره ثانيتان وأربع وستة ميكروثانية ، والتي تتوافق مع نسب الواجب 0.2 و 0.4 و 0.6 على التوالي.

مع زيادة نسبة العمل D ، يزداد جهد الخرج لمحول التعزيز أيضا. من الناحية المثالية ، إذا كانت قيمة D تساوي 0.2 ، فإن المدخلات 10 فولت تولد ناتجا يبلغ حوالي 12.5 فولت. إذا كانت D تساوي 0.4 ، فسيكون الناتج حوالي 16.6 فولت. إذا كان D يساوي 0.6 ، فسيكون الناتج حوالي 25 فولت. بشكل عام ، يكون جهد الخرج أقل من المتوقع من العلاقة المثالية لأن العناصر الطفيلية تخلق انخفاضات جهد غير مثالية وفقدان طاقة غير محسوب. مع اقتراب نسبة العمل من واحد ، يصبح جهد الخرج النظري كبيرا بلا حدود. في الواقع ، يقتصر جهد الخرج على حوالي ثلاثة أو أربعة أضعاف جهد الدخل ، كما أن تأثير المكونات الطفيلية وغير المثالية يتسبب في انخفاض جهد الخرج بعد أن يصبح D مرتفعا بدرجة كافية.

تولد محولات التعزيز جهد خرج أكبر من جهد الدخل والعديد من التطبيقات تدمجها لزيادة المرونة في اختيار مصادر الطاقة. يتغير الجهد من الألواح الشمسية مع وضع الشمس والظروف الجوية والظل. تستخدم محولات التعزيز بشكل شائع لزيادة الإخراج المتغير لمجموعة الألواح الشمسية لتوفير جهد ثابت لتغذية الشبكة الكهربائية. كثيرا ما تستخدم الأنظمة التي تعمل بالبطارية لتشغيل الأجهزة دون استخدام سلك طاقة. من أجل تحقيق جهد الخرج العالي الضروري ، غالبا ما يتم تكديس خلايا البطارية. يمكن أن يشغل هذا مساحة كبيرة إذا كانت هناك حاجة إلى العديد من الخلايا للوصول إلى المخرجات المطلوبة. بدلا من ذلك ، يتم استخدام محولات التعزيز لزيادة الجهد مع الحفاظ على المساحة.

لقد شاهدت للتو مقدمة Jove لمحولات التعزيز. يجب أن تفهم الآن كيفية عمل محولات التعزيز وكيف يؤثر ضبط جهد الإدخال ونسبة العمل والتردد على جهد الإخراج. شكرا للمشاهدة.