وبلاگ

مبدل باک – بوست buck boost converter

BuckBoost

مبدل باک – بوست buck boost

Converter

مبدل باک – بوست BuckBoost Converter :در این مبدل به کمک BUCK می توان سطح ولتاژ یک DC را  کاهش داد و با کمک BOOST ولتاژ خروجی بزرگتری نسبت به ولتاژ ورودی فراهم کرد. قطبیت ولتاژ خروجی مخالف با ولتاژ ورودی است. این رگولاتور به عنوان معکوس کننده  نیز تلقی می شود.

مدار buck boost Converter

 

این شکل همان باک – بوست است. این نوع مبدل DC به DC می باشد که ولتاژ خروجی بزرگی  را شامل می شود که یا بزرگتر یا کمتر از میزان ولتاژ ورودی است. ترکیب دو مبدل باک و بوست باهم مبدل افزایش نامیده می شود.و هر دو مبدل می توانند طیف وسیعی از ولتاژ خروجی بسیار بزرگتر از ولتاژ ورودی، را تقریبا به صفر برساند.

نحوهی کار مبدل

این مبدل در حالت روشن عملی مشابه  با مبدل بوست و باک انجام میدهد بدین صورت که در حالت ماندگار در صورت روشن بودن با شیب مثبتی از یک مقدار مثبت به مقدار ماکزیمم رسیده و سپس با یک شیب منفی کاهش یافته و به مقدار قبلی خود بازمی گردد.ولتاژ خروجی بر اساس چرخه کار ترانزیستور سوئیچینگ در هر حالت که باشد تنظیم می شود. اینکه سوئیچ به یک ترمینال در زمین وصل نمی باشد می تواند یک مشکل در مدار حساب شود و این تحلیل مدار را پیچیده خواهد کرد. این مشکل از مدار بار که یک باطری می باشد ناشی می شود به دلیل جهت قرارگیری دیود به سادگی می تواند معکوس شود. سوئیچ می تواند بر روی هر دو طرف زمین و یا طرف مثبت وصل باشد. مبدل باک (گام به پایین) و تبدیل و به دنبال آن افزایش (گام به بالا) ولتاژ خروجی عکس ولتاژ ورودی است، و می تواند پایین تر یا بالاتر از ورودی باشد. همچنین یک مبدل باک افزایشی غیر معکوس شونده ممکن یک سلف دیگر به مدار اضافه شود تا قطبیت ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ ورودی.

شماتیک مد های کاری باک و بوست دز زیر آمده است :

باک

نکات مهم در تحلیل مدار باک :

  1. جریان سلف L پیوسته است.
  2. جریان حالت ماندگار در طول زمان روشن بود کلید، با شیب مثبتی از یک مقدار مثبت به مقدار ماکزیمم می‌رسد و سپس با یک شیب منفی کاهش یافته و به مقدار قبلی خواهد رسید. بنابراین، تغییر خالص جریان در هر تناوب صفر است.

بوست

نکات مهم در تحلیل مدار باک :

  1. جریان سلف LL پیوسته است.
  2. جریان حالت ماندگار در طول زمان روشن بود کلید، با شیب مثبتی از یک مقدار مثبت به مقدار ماکزیمم می‌رسد و سپس با یک شیب منفی کاهش یافته و به مقدار قبلی خواهد رسید. بنابراین، تغییر خالص جریان در هر تناوب صفر است.

مروری کلی

فرایند افزایش مبدل باک-بوست مانند مبدل باک است،با استفاده از بهترین حالت برای سلف می توان هر تغییراتی را سریع در جریان سلف به خازن انتقال داده از حالت اولیه که در آن سوئیچ باز شارژ نیست ، به حالت دشارژشدن سلف می رود. زمانی که سوئیچ بسته است، با استفاده از دیود سبب مسدود شدن مسیر شده و باعث می شود که جریان به سمت راست مدار منتقل شود، بنابراین کافیست ما تمام جریان را از طریق سلف به بار انتقال دهیم. تا سلف بتواند با تغییر سریع از حالت وصل به قطع ولتاژ بسیار زیادی را ایجاد کرده و توسط خازن آن را نگاه داریم. در اثر گذر زمان، که سلف به سمت کاهش افت ولتاژ میرود اجازه خواهد داد تا دوباره توسط منبع اولیه شارژ شود. سلف انرژی خود را در یک میدان مغناطیسی در طول این مدت ذخیره می نماید.

 

تحلیل مدار باک

مد اول :ولتاژ خازن در حالت ماندگار برابر با ولتاژ‌ خروجی است. فرض کنید کلید به مدت ONTON روشن و به اندازه OFFTOFF خاموش است. با در نظر گرفتن دوره تناوب T به گونه‌ای که 

فرکانس سوئیچینگ:

پارامتر چرخه وظیفه (Duty Cycle):

روابط کاری با استفاده از KVL :

وقتی کلید به مدت ON=DTTON=DT روشن باشد، می‌توان گفت t=DTΔt=DT و داریم:

مد دوم :

در مد دوم، انرژی ذخیره‌شده در سلف آزاد شده و بدون محدودیت در مقاومت بار تلف می‌شود. این اتفاق سبب می‌شود عبور جریان در بار تداوم داشته باشد.

روابط کاری با استفاده از KVL :

از آن‌جایی که کلید در زمان TOFF=T–TON=T−DT=(1−D)TTOFF=T–TON=T−DT=(1−D)T باز است، می‌توانیم بگوییم که در این مد، Δt=(1−D)TΔt=(1−D)T است. بنابراین، تغییرات جریان در این مد به صورت زیر محاسبه می‌شود:

قبلاً گفتیم که تغییرات خالص جریان سلف در هر چرخه یا دوره تناوب، برابر با صفر است. بنابراین، می‌توان نوشت:

در مدار مذکور، اندوکتانس LL برابر با 20mH20mH، خازن CC برابر با 10μF10μF و اندازه بار مقاومتی 5Ω5Ω است. فرکانس سوئیچینگ نیز 1kHz1kHz است. همچنین، ولتاژ ورودی 10V10V و چرخه وظیفه 0.50.5 هستند.

شکل‌موج جریان‌ خروجی، جریان سلف، جریان ورودی، جریان دیود و جریان خازن نیز در شکل ۶ نشان داده شده است.

 

تحلیل مدار بوست

مد اول :با کل جریان سلف از کلید می‌گذرد و از طریق آن به منبع باز می‌گردد. ولتاژ خازن در حالت ماندگار برابر با ولتاژ‌ خروجی است. فرض کنید کلید به مدت  روشن و به اندازه  خاموش است. با در نظر گرفتن دوره تناوب T به گونه‌ای که 

فرکانس سوئیچینگ:

چرخه وظیفه (Duty Cycle):

روابط کاری با استفاده از KVL :

وقتی کلید به مدت TON=DT روشن باشد، می‌توان گفت Δt=DT و داریم:

مد دوم :انرژی ذخیره‌شده در سلف آزاد شده و بدون محدودیت در مقاومت بار تلف می‌شود. این اتفاق سبب می‌شود عبور جریان در بار تداوم داشته باشد.

روابط کاری با استفاده از KVL :

از آن‌جایی که کلید در زمان TOFF=T–TON=T−DT=(1−D)TTOFF=T–TON=T−DT=(1−D)T باز است، می‌توانیم بگوییم که در این مد، Δt=(1−D)TΔt=(1−D)T است. بنابراین، تغییرات جریان در این مد به صورت زیر محاسبه می‌شود:

قبلاً گفتیم که تغییرات خالص جریان سلف در هر چرخه یا دوره تناوب، برابر با صفر است. بنابراین، می‌توان نوشت:

می‌دانیم که DD بین 00 و 11 تغییر می‌کند. اما با توجه به معادله بالا، می‌توان گفت که اگر D=1D=1 باشد، آن‌گاه نسبت ولتاژ‌ خروجی به ولتاژ‌ ورودی در حالت ماندگار به بی‌نهایت میل می‌کند که عملاً امکان‌پذیر نیست. در حقیقت، از آن‌جایی که مبدل بوست، یک مدار غیرخطی است، اگر اندازه DD از 0.70.7 فراتر رود، منجر به ناپایداری خواهد شد.

مثال :

در مدار مذکور، اندوکتانس LL برابر با 20mH20mH، خازن CC برابر با 100μF100μF و اندازه بار مقاومتی 10Ω10Ω است. فرکانس سوئیچینگ نیز 1kHz1kHz است. همچنین، ولتاژ ورودی 100V100V و چرخه وظیفه 0.50.5 هستند.

 

شکل‌موج جریان‌ خروجی، جریان خازن، جریان دیود و جریان سلف نیز در شکل زیر:

دیدگاهتان را بنویسید