قسمت نهم دوره آنلاین

ویدیو قسمت نهم دوره آنلاین

مبدل DC به DC  بخش دوم

قسمت نهم دوره آنلاین

در این بخش با جزئیات بیشتری به مبدل­‌های boost یا buck-boost یا افزایش دهنده نگاه خواهیم کرد. در این قسمت به دنبال پاسخ دو سوال خواهیم بود:

۱)‌ یک مبدل boost چگونه کار می­‌کند؟

۲) اصول کارکردی ترکیب دو مبدل buck و boost چیست؟

مبدل‌های افزایش دهنده boost

قسمت نهم دوره آنلاین

مبدل‌های افزایش دهنده یا boost converters به طور گسترده برای افزایش سطح ولتاژ ورودی به کار می‌­روند. به طور مثال زمانی که شما در حال رانندگی با یک خودرو الکتریکی هستید باتری قدرت لازم موتور برای پیشبردن خودرو را فراهم می‌­کند. در این مورد مبدل چند جهتی باتری در حالت boost  کار می‌­کند که برای تبدیل قدرت از یک ولتاژ پایین باتری به قدرتی با ولتاژ بالاتر در گذرگاه ولتاژ بالا است. در این حالت باتری در سمت چپ ولتاژ ورودی (Vin) و گذرگاه ولتاژ بالا در سمت راست ولتاژ خروجی (Vout) است. تبدیل DC به DC توسط یک سوئیچ و یک دیود صورت می­‌گیرد. باید به این نکته توجه داشت که بسته به مکان قرار گیری دیود در خروجی حرکت جریان از خروجی به ورودی در مبدل boost ممکن نیست. ولتاژ خروجی این مبدل با تقسیم ولتاژ ورودی بر ۱ منهی سیکل کاری محاسبه می‌­شود. تبدیل قدرت به یک ولتاژ خروجی بالاتر در این مبدل‌­ها ممکن است زیرا انرژی ذخیره شده در القاگر توسط منبع ورودی ولتاژ در زمانی که سوئیچ فعال است افزایش می­‌یابد. زمانی که سوئیچ فعال است ولتاژ در طول القاگر برابر با ولتاژ ورودی است که توسط ناحیه سبز در شکل نشان داده شده است و جریان القاگر به طور خطی افزایش می­‌یابد. خازن بار را فراهم می‌­کند و بنابراین ولتاژ خروجی کاهش می‌­یابد. سپس انرژی ذخیره شده در القاگر زمانی که سوئیچ غیرفعال است به سمت خروجی می­‌رود جایی که ولتاژ منفی است که توسط ناحیه قرمز نشان داده شده است. حین این دوره خازن شارژ می­‌شود و ولتاژ خروجی افزایش می‌­یابد. زمانی که سوئیچ فعال است تغییرات جریان القاگر وابسته به ولتاژ ورودی است در حالی که در زمان غیرفعال بودن این تغییرات به تفاوت ولتاژ ورودی و خروجی بستگی دارد.

بخش دوم DC به DC قسمت نهم دوره آنلاین | مبدل

حال چگونه می‌­توانیم یک مبدل DC به DC  بسازیم که توانایی افزایش و کاهش ولتاژ را به طور همزمان داشته باشد؟ می‌­توانیم دو مبدل قبلی که ذکر کردیم را با هم ترکیب کنیم. اگر مدار مبدل boost  را بچرخانیم و این دو مبدل را ترکیب کنیم یک مبدل ترکیبی ساخته‌­ایم. در عمل القاگر هیچوقت ایده‌آل نیست و همواره مقداری اتلاف اهمی دارد پس یک مقاومت با القاگر سری است. سپس توپولوژی مبدل buck-boost در یک توپولوژی دوباره رسم شده است. ولتاژ خروجی در این حالت ولتاژ باتری است و این ولتاژ را ثابت فرض می‌­کنیم. این مدار از دو سوئیچ که معادل با دو دیود موازی و غیر هم جهت است تشکیل شده است. این ترکیب چندان ساده نیست زیرا این مبدل یک مبدل buck از چپ به راست و یک مبدل boost از راست به چپ است.

قسمت نهم دوره آنلاین

حال ما به آنالیز جزئی کارکرد مبدل boost و buck خواهیم پرداخت. این مبدل باید قادر باشد تا ولتاژ ورودی بالا را به ولتاژ پایین و همچنین عکس آن را انجام دهد. همانطور که مشاهده می‌­شود دو سوئیچ S1 و S2 در طول ولتاژ DC ورودی به هم متصل­‌اند. در اینجا هر سوئیچ از یک IGBT و یک دیود موازی وغیرهم جهت تشکیل شده است. سوئیچ‌­ها به طور متناوب باز و بسته می‌­شوند به صورتی که زمان باز بودن یک سوئیچ دیگری بسته است و بالعکس. باید دقت داشت که در این توپولوژی هر دو سوئیچ نمی­‌توانند به طور همزمان بسته باشند زیرا اتصال کوتاه رخ خواهد داد. زمان یک سیکل T و سوئیچ S1 برای دوره‌ی Ton بسته است. می‌­توان گفت که سیکل کاری S1 در این حالت برابر با تقسیم Ton بر T و سیکل کاری سوئیچ S2 برابر با ۱ منهای سیکل کاری S1 است.

انالیز کاری مبدل  boost. اگر S2 عمل هدایت را انجام دهد انرژی درالقاگر ذخیره می­‌شود. زمانی که S2 خاموش است دیود سوئیچ S1 جریان را به خود می‌گیرد و انرژی را به سطح ولتاژ بالاتر Vin منتقل می‌­کند. کارکرد مبدل buck زمانی است که سوئیچ S1 هدایت را انجام می‌­دهد. زمانی که S1 خاموش است دیود آزاد S2 جریان را به خود می­‌گیرد. با تغییر سیکل کاری از صفر تا ۱ می­توان جهت جریان و حالت boost یا buck را تغییر داد. جریان میانگین می­‌تواند بسته به بزرگی میانگین ولتاژ در عرض ترمینال ۱ و ۲ (V12) و ولتاژ خروجی در هر جهت جریان یابد. اینکه مبدل در حالت boost یا buck فعالیت می‌­کند را می­‌توان با مقایسه سیکل کاری با نسبت بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی باتری تعیین کرد همانطور که در جدول خلاصه شده است. قطبیت ولتاژ DC ثابت باقی می‌ماند و جریان تغییر جهت می­‌دهد.

بخش دوم DC به DC قسمت نهم دوره آنلاین | مبدل

حال به بررسی مبدل buck-boost در کنار مبدل باتری چند جهته می‌­پردازیم. وقتی قدرت دوباره تولید شده از طریق گذرگاه ولتاژ بالا از موتور انتقال می‌­یابد مبدل در حالت buck کار می­‌کند. این زمانی اتفاق می‌­افتد که سیکل کاری سوئیچ S1 یک ولتاژ میانگین در ترمینال ۱ و ۲ که بیشتر از ولتاژ باتری است تولید کند. از طرف دیگر این مبدل زمانی در حالت boost کار می­‌کند که باتری به موتور قدرت دهد. این زمانی اتفاق می‌­افتد که سیکل کاری سوئیچ S1 یک ولتاژ میانگین در ترمینال ۱ و ۲ که کمتر از ولتاژ باتری است تولید کند. به خاطر داشته باشید که سیکل کاری سوئیچ S2 همواره برابر با ۱ منهای سیکل کاری سوئیچ S1 است. در واقعیت مبدل باتری پیچیده‌­تر است. اگر به عایق کاری بین ورودی و خروجی نیاز داشته باشیم می­‌توان از از مبدل پل فعال دوگانه با ترانسفورماتور فرکانس بالا استفاده کرد.

برای دیدن قسمت‌های بعدی دوره اینجا کلیک کنید

برای دیدن قسمت‌های قبلی دوره اینجا کلیک کنید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *