$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تولد محولات باك جهد خرج تيار مستمر أقل من إدخال التيار المستمر. بمعنى آخر ، التواء أو تقليل جهد الإمداد. تعمل المنظمات الخطية شائعة الاستخدام على خفض الجهد عن طريق تبديد الطاقة كحرارة في المقاوم ، والتي تصبح غير فعالة للغاية مع وجود اختلافات كبيرة بين جهد الإدخال والإخراج. بينما تهدر المكونات المقاومة الطاقة من خلال تسخين الجول ، تستخدم محولات باك مكونات تفاعلية لا تبدد أي طاقة بشكل مثالي وبالتالي يمكنها تقليل الجهد بكفاءة مع زيادة مقابلة في التيار المتاح. في محول باك ، يقوم المحول باحتجاز مصدر التيار المستمر لإنشاء إدخال التيار المتردد إلى مرشح تمرير منخفض. يتكون مرشح التمرير المنخفض من محث ومكثف ويستخرج متوسط الجهد بخسائر صغيرة فقط بسبب المقاومة الطفيلية. والنتيجة هي جهد خرج أقل من أو يساوي جهد الإدخال. سيوضح هذا الفيديو بناء محول باك ويحقق في كيفية تأثير تغيير حالة تشغيل المحولات على جهد الإخراج.
تستخدم دائرة محول باك هذه مفتاحا إلكترونيا لتوصيل وفصل محث عن مصدر طاقة التيار المستمر. قد يكون هذا المفتاح ترانزستور ثنائي القطب أو MOSFET أو أي جهاز إلكتروني آخر مشابه. يشكل المحرض والمكثف مرشح تمرير منخفض مع صمام ثنائي لتوفير مسار لتيار المحرض عندما يكون المفتاح مفتوحا. يتم توصيل إخراج مرشح التمرير المنخفض بالحمل. يفتح قطار النبض الرقمي أو يغلق المفتاح بنسبة العمل ، D ، وهي نسبة الوقت إلى الفترة. عند إغلاق المفتاح ، يتم توصيل الإدخال إلى مرشح التمرير المنخفض بجهد الإمداد ، V in. يصبح الصمام الثنائي منحازا عكسيا ولا يوصل ويتدفق التيار عبر المحرض. عندما يكون المفتاح مفتوحا ، يجب أن يستمر تيار المحرض هذا في نفس الاتجاه ويصبح الصمام الثنائي منحازا للأمام لتشكيل حلقة تيار كاملة. عند إدخال مرشح التمرير المنخفض ، ينتج عن تبديل التبديل هذا موجة مستطيلة تتأرجح بين V في ما يقرب من صفر فولت. باستثناء بعض التموجات ، فإن ناتج المرشح هو متوسط الموجة المستطيلة ، والتي تزداد مع زيادة نسبة العمل. عند ترددات التبديل العالية بما فيه الكفاية ، تكون أوقات شحن المكثفات والتفريغ قصيرة. لذلك يصبح تموج الجهد صغيرا والنتيجة هي إخراج تيار مستمر نظيف يتم تنحيحه من إدخال التيار المستمر. نظرا لأن المحث والمكثف من المكونات التفاعلية ، فمن الناحية المثالية ليس لديهما فقدان طاقة مقاومة. مرشح LC المثالي قادر على تمرير الطاقة إلى الحمل بكفاءة 100٪. في الواقع ، فإن مقاومة الأسلاك للمحث والمقاومة الطفيلية الأخرى في الدائرة ، تقلل من الكفاءة إلى نطاق 80 إلى 95٪. الآن بعد أن تمت مناقشة أساسيات محول باك ، دعنا نلقي نظرة على كيفية قيام محول باك بخفض الجهد والاستمرار كوضع توصيل ، ويسمى أيضا CCM ، وهو شرط يعمل فيه المحرض في جميع الأوقات بتيار غير صفري.
تستخدم هذه التجارب لوحة عمود الطاقة HiRel Systems المصممة لتجربة العديد من طبولوجيا دوائر تحويل التيار المستمر إلى التيار المستمر. ابدأ بالتأكد من إيقاف تشغيل مفتاح إمداد الإشارة ، S90. ثم قم بتوصيل مصدر الإشارة بموصل DIN J90. اضبط وصلات العبور لتحديد التحكم PWM، J62 وJ63 على موضع الحلقة المفتوحة. اضبط مصدر طاقة التيار المستمر على 24 فولت إيجابيا ولكن لا تقم بتوصيل خرج مصدر الطاقة باللوحة. قم ببناء الدائرة باستخدام MOSFET العلوي والصمام الثنائي السفلي واللوحة المغناطيسية BB. سجل قيمة المحرض على اللوحة المغناطيسية BB. المقاوم للحمل RL هو مقياس جهد الطاقة. استخدم مقياسا متعددا لقراءة مقاومته أثناء ضبطه على 12 أوم. ثم قم بتوصيل مقاوم الحمل بين المحطات V2 + و COM. اضبط بنك محدد التبديل S30 على النحو التالي. PWM إلى MOSFET العلوي ، استخدم PWM على متن الطائرة وإيقاف تشغيل الحمل. بعد ذلك ، قم بتوصيل المسبار التفاضلي لراسمات الذبذبات بين المحطة 15 ، وهي بوابة MOSFET العلوي والمحطة 11 ، وهي المصدر. قم بتشغيل مفتاح إمداد الإشارة ، S90 وراقب قطار النبض الذي يقود MOSFET. اضبط مقياس جهد ضبط التردد ، RV60 لإنتاج تردد تبديل يبلغ 100 كيلو هرتز. اضبط مقياس الجهد لنسبة العمل ، RV63 بحيث يكون للنبضات وقت تشغيل يبلغ خمسة ميكروثانية.
حافظ على مسبار النطاق التفاضلي متصلا بين المحطتين 15 و 11 ، وهما بوابة ومصدر MOSFET العلوي على التوالي. لقياس الجهد عبر مقاوم الحمل ، RL ، قم بتوصيل المسبار التفاضلي الآخر بين المحطات V2 + و COM. قم بتوصيل مصدر طاقة التيار المستمر بأطراف الإدخال ، V1 + و COM. راقب شكل الموجة المثلثة لجهد الخرج وقطار النبض المستطيل لإشارة التبديل. تحدث المنحدرات الصاعدة لجهد الخرج عند إغلاق مفتاح محول باك ويقوم المحرض بنقل الطاقة إلى المكثف والحمل. تحدث المنحدرات الهابطة عندما يكون المفتاح مفتوحا ، ويتم فصل المحرض عن مصدر جهد الدخل ويتخلى المكثف عن بعض الطاقة المخزنة للحمل. بعد ذلك ، قم بقياس متوسط قيمة جهد الخرج ووقت تشغيل جهد مصدر البوابة. لاحظ قراءات تيار الإدخال والجهد من مصدر طاقة التيار المستمر. كرر هذا الاختبار بعد ضبط مقياس الجهد لنسبة العمل ، RV64 بحيث يكون لقطار النبض نسب عمل تبلغ 0.4 و 0.6 و 0.7. مع زيادة نسبة الواجب D ، يزداد أيضا متوسط جهد الخرج لمحول باك. من الناحية المثالية ، إذا كانت قيمة D تساوي 0.3 ، فإن المدخل البالغ 24 فولت يولد ناتجا يبلغ حوالي 7.2 فولت. وبالمثل ، إذا كان D يساوي 0.5 ، فسيكون الناتج حوالي 12 فولت أو إذا كان D يساوي 0.7 ، فسيكون الناتج حوالي 16.8 فولت وهكذا.
اضبط نسبة الواجب على 0.5 ثم قم بتوصيل مصدر التيار المستمر للإدخال بأطراف V1 + و COM. اضبط RV60 لإنتاج تردد تبديل يبلغ 100 كيلو هرتز. كما كان من قبل ، فإن شكل موجة جهد الخرج عبارة عن موجة مثلثة ناتجة عن مرشح التمرير المنخفض الذي يعمل على مدخلات الموجة المستطيلة. جهد مصدر البوابة هو قطار نبض رقمي بتردد 100 كيلو هرتز. فترة 10 ميكروثانية ووقت تشغيل خمسة ميكروثانية. قم بقياس متوسط قيمة جهد الخرج ووقت تشغيل البوابة لجهد المصدر. لاحظ قراءات تيار الإدخال والجهد من مصدر طاقة التيار المستمر. كرر هذا الاختبار بعد ضبط RV60 على تردد تبديل 10 و 20 و 40 كيلو هرتز مع نسبة واجب ثابتة عند 0.5. مع زيادة التردد ، ينخفض تموج الإخراج لأن شحن المكثف وأوقات التفريغ تنخفض أيضا. بشكل عام ، يكون جهد الخرج في هذه التجربة أقل مما هو متوقع من العلاقة المثالية. هذا الانحراف ناتج عن عنصر طفيلي مثل مقاومة الأسلاك في المحرض والمقاومة الأخرى في الدائرة ، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد غير المثالي وفقدان الطاقة غير المحسوب
يوفر محول باك تنظيما للجهد يتم التحكم فيه جيدا مع زيادة مصاحبة في التيار ، مما يجعله حاسما للتطبيقات المعنية بالحد الأدنى من فقد الطاقة في عملية التحويل. انخفض استهلاك الطاقة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة بشكل كبير بسبب تطوير المعالجات الدقيقة التي تعمل بجهد 1.8 أو 0.8 فولت فقط. تستخدم أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة التي يتم التحكم فيها عن بعد محولات باك لتقليل جهد بطاريات الليثيوم إلى هذه القيم المنخفضة ، وإطالة عمر البطارية المفيدة وتكثيف تيار البطارية لتلبية احتياجات الدوائر المتكاملة بملايين الترانزستورات. تستخدم الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة بطاريات ليثيوم أيون بجهد خلوي اسمي ، حوالي 3.6 إلى 3.7 فولت. ومع ذلك ، فإن شواحن البطاريات القياسية مع موصلات USB توفر خمسة فولت. يقوم محول باك في الجهاز الإلكتروني بخفض خرج USB إلى الجهد المنخفض المطلوب لشحن بطارية ليثيوم أيون.
لقد شاهدت للتو مقدمة Jove لمحولات باك. يجب أن تفهم الآن تشغيلها وكيف يعتمد خرج التيار المستمر على نسبة العمل وتردد التبديل. شكرا للمشاهدة.
