مبدل کاهنده (Buck Converter)

فهرست مطالب

مبدل کاهنده(Buck Converter)

مبدل کاهنده یا مبدل باک نوعی مبدل است که ولتاژ‌ DC ورودی را به یک ولتاژ DC کمتر در خروجی کاهش می‌دهد. اساس کار این مبدل‌ها سوئیچینگ است بنابراین ولتاژ خروجی دارای هارمونیک است که برای حذف این هارمونیک ها از یک فیلتر پایین‌گذر که از سلف و خازن تشکیل شده، استفاده می‌گردد. همچنین با استفاده از یک دیود، جریان را برای بارهای سلفی یکسان می‌سازند.

شکل های زیر، مدار یک مبدل کاهنده ولتاژ را نشان می‌دهد.

همان‌گونه که در شکل های بالا مشخص است، منبع ولتاژ DC به یک قطعه الکترونیک قدرت کنترل‌پذیر متصل شده که مثل یک کلید عمل می‌کند. این قطعه می‌تواند یک ترانزیستور ماسفتی (MOSFET) قدرت یا IGBT باشد. در مبدل های DC-DC معمولاً از تریستور استفاده نمی‌شود؛ زیرا خاموش کردن یک تریستور در یک مبدل DC-DC  نیازمند کموتاسیونی دیگر است که خود این کموتاسیون مستلزم استفاده از تریستور دیگری است. در صورتی که میتوان ماسفت قدرت را با اعمال ولتاژ‌ به پایه‌های گیت و سورس و نیز IGBT را با اعمال ولتاژ به پایه‌های گیت و کلکتور خاموش کرد.

قطعه الکترونیکی دیگر که در مدار مبدل کاهنده استفاده شده است، یک دیود است. کلید و دیود، به یک فیلتر LC پایین‌گذر متصل شده‌اند. فیلتر LC به گونه‌ای طراحی می گردد که ریپل ولتاژ‌ و جریان را کاهش دهد.  ولتاژ‌ ورودی مدار و جریان گذرنده از بار مقاومتی، ثابت هستند. بار مقاومتی را می‌توان به صورت یک منبع جریان نیز در نظر گرفت.

سوئیچ‌ کنترل‌شده با استفاده از PWM  خاموش و روشن می‌شود. PWM می‌تواند مبتنی بر فرکانس یا زمان باشد. مدولاسیون بر اساس فرکانس معایبی دارد. مانند وجود محدوده گسترده‌ای از فرکانس‌ها برای رسیدن به کنترل مناسب به منظور رسیدن به ولتاژ خروجی مطلوب دارد. این گستردگی محدوده فرکانس، منجر به یک طراحی پیچیده برای فیلتر LC پایین‌گذر می‌شود. لذا در مبدل‌های DC-DC اغلب از مدولاسیون مبتنی بر زمان استفاده می‌شود که تولید و استفاده از این مدولاسیون ساده است و در  عین حال فرکانس نیز ثابت می‌ماند.

به طور کلی مبدل کاهنده دارای دو حالت عملکردی است.

حالت اول:

زمانی است که کلید روشن بوده و جریان را هدایت می‌کند.در این حالت دیود خاموش است. جریان ورودی در حال افزایش از داخل سلف فیلتر و خازن فیلتر و مقاومت بار عبور می کند.

حالت دوم:

در این حالت انرژی ذخیره‌شده در سلف آزاد می شود و بدون محدودیت در مقاومت بار تلف می‌شود. این اتفاق سبب می‌شود عبور جریان در بار تداوم داشته باشد.

در این حالت دیود هرزگرد به علت انرژی ذخیره شده در سلف همچنان هدایت می کند و جریان سلف از خازن بار و دیود هرزگرد عبور می کند جریان سلف کاهش می یابد تا ترانزیستور مجددا در سیکل بعد وصل شود.

 

مزایای این مبدل عبارتند از:

۱-کم بودن تعداد قطعات الکتریکی

۲- ساده بودن مدار کنترل

۳- عدم نیاز به ترانس

۴-توانایی کار در نسبت تبدیل‌های کوچک خروجی نسبت به ورودی

۵- محدود سازی جریان اتصال کوتاه توسط مدار کنترل

معایب مبدل کاهنده شامل موارد زیر است:

۱- پالسی بودن جریان ورودی مدار

۲- وجود ترانزیستور high side که باعث پیچیدگی مدار گیت درایو می‌شود.

اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در email
پشتیبانی آنلاین