مبدل باک

مدار مبدل باک

یکی از اصلی ترین و ساده ترین ترکیب های منابع تغذیه سوئیچینگ ترکیب مبدل باک می باشد که اساس کار سوئیچینگ را به خوبی نشان می دهد .
رگولاتور و یا مبدل باک یک مبدل کاهنده ی ولتاژ است. این مبدل می تواند ولتاژ خروجی را به میزان دلخواه کنترل و یا تثبیت کند. در این مبدل ولتاژ خروجی همواره کمتر از ولتاژ ورودی است اما جریان خروجی می تواند از جریان ورودی بیشتر باشد. به طور مثال می توان با یک مبدل باک ولتاژ 20 ولت با قابلیت جریان دهی تا 1.2 آمپر را به ولتاژ 10 ولت با قابلیت جریان دهی تا 2 آمپر تبدیل کرد.
رگولاتور باک بسیار شبیه به رگولاتور های معمولی خطی است با این تفاوت که عنصر کنترلر ولتاژ در رگولاتور خطی معمولا یک ترانزیستور است که توسط جریان کنترل می شود و مانند یک مقاومت متغییر توان بالا عمل می کند اما در باک عنصر کنترل کننده یک ترانزیستور یا ماسفت و یا به عبارت دیگر یک سوئیچ است که با خاموش و روشن شدن مداوم آن ولتاژ خروجی کنترل می شود.
در یک رگولاتور باك مقدار متوسط ولتاژ خروجـی Vout کمتـر از ولتـاژ ورودي Vin اسـت. از لحاظ مداری رگولاتور باك از یک MOSFET قدرت به عنوان سوئیچ استفاده میکند و مدار آن مانند یک چاپر کاهش پله اي است. از لحاظ طرز کار مدار را میتوان به دو حالت تقسیم کرد. حالت اول هنگامی آغاز میشود که ترانزیستور در t=0روشـن مـی شـود. جریـان ورودي کـه صـعودي می باشد از سلف و فیلتر و مقاومت بار عبور میکند. حالت دوم هنگامی شـروع مـی شـود کـه ترانزیسـتور در لحظه t2 خاموش میشود به خاطروجود انرژي ذخیره شده در سلف دیود هرزگرد هدایت میکند و جریان سلف به عبور از خازن و بار و دیود ادامه می دهد. جریان سلف تـا زمـان روشـن شـدن دوبـاره ترانزیسـتور در سیکل بعدي کاهش می یابد. متناسب با فرکانس سوییچینگ و انـدوکتانس فیلتر جریان سلف میتواند ناپیوسته نیز باشد. رگولاتور باك ساده و راندمان آن بـیش از 90% اسـت و فقـط بـه یک ترانزیستور نیاز دارد .
دراین رگولاتور ولتاژ خروجی یک قطبی است و جریان خروجی یک طرفه است. همچنـین از یک مدار محافظ بـراي جلوگیري از اتصال کوتاه در مسیر دیود نیاز است. ساده ترین وآسانترین و در عین حال ابتدایی ترین آرایش مربوط به این نوع است که نقاط ضعف مربوط به خود را داراست

رگولاتور باک

رگولاتور باک اجزای زیادی ندارد اما هر جز می تواند در جایگاه خود پیچیدگی خاص خود را داشته باشد.
اجزای اصلی رگولاتور باک عبارتند از :
1- سوئیچ اصلی
2- مدار کنترلر
3- مدار فلای ویل یا هرزگرد
4- خازن های صافی
5- بار
سوئیچ اصلی :
این سوئیچ می تواند از نوع ماسفت و یا ترانزیستور و یا آی جی بی تی (IGBT) باشد و هدف از قرارگیری مدار مبدل روشن و خاموش شدن و انتقال انرژی به سمت بار و مدار هرز گرد می باشد .
مدار کنترلر :
مدار کنترلر می تواند یک آی سی و یا هر نوع کنترل کننده مانند میکرو کنترلر باشد که وظیفه ی آن کنترل روشن و خاموش بودن سوئیچ است . کنترلر می تواند از ولتاژ و جریان خروجی و ورودی نمونه برداری کند و سیستم را کنترل و حفاظت نماید.
3-مدار فلای ویل یا هرز گرد :
این مدار شامل یک سلف و یک خازن و یک دیود هرزگرد است . این مدار در واقع می تواند به عنوان مدار میانگین گیر یا انتگراتور نیز نامیده شود. این مدار را در همین پست تشریح می کنیم.
4- خازن های صافی :
در ورودی و خروجی مبدل ها از خازن صافی استفاده می کنیم. این خازن ها به اندازه ی مهم هستند که آنها را در ترکیب اجزای اصلی مدار قرارمی دهیم .البته می توان خازن خروجی را جز مدار فلای ویل یا هرزگرد قرار داد و همچنین خازن ورودی را می توان منبع ورودی محسوب کرد. وظیفه این خازن ها ذخیره سازی انرژی است .و یک مبدل برای اینکه بتواند در شرایط مناسبی کار کند به خازن های خوب و با کیفیت در ورودی و خروجی نیاز دارد. البته بعد ها بیشتر در مورد خازن صحبت خواهیم کرد.
5- بار :
هدف از ساخت مبدل تغذیه ی بار است که باید به خصوصیات آن نیز همواره توجه کنیم . در برخی موارد مصرف کننده و یا بار های مختلفی به مبدل متصل می شوند که باید نکات خاصی را در مدار باک مد نظر قرار دهیم.

باک

معایب مبدل باک

مانند تمامی مدارات قدرت مدار رگولاتور باک نیز دارای محدودیت ها و معایبی است که به آن ها اشاره شده است.

برای اینکه بتوانیم ولتـاژ خروجـی را تثبیت کنیم باید ولتـاژ ورودي 1 تا 2ولـت بیشـتر از ولتـاژ خروجی باشد

هنگامیکه سوئیچ روشن میشود هنوز دیود روشن است که بـاعث آسـیب دیـدگی سـوئیچ و دیود میشود. برای رفع این مشکل باید از یک دیود سریع بازمان بازیابی حداقل استفاده شود

سوئیچهاي قدرت به این دلیل خروجی را به بار وصل می کنند که هنگام سوختن اتصال کوتاه میشوند. راه حل آن حس کردن تغییرات سریع جریان بار و انتقال آن به یک تریستور موازي است. بر خلاف همه معایب و محدودیتهایی که ذکر شد در شرایط عادي این منابع توانایی تحویل بیش از 100وات توان به خروجی را دارد.

شکل موج

کاربرد های رگولاتور باک :
رگولاتور باک همانند هر منبع تغذیه ای کاربرد های فراوانی دارد : البته برخی از کاربردهای این رگولاتور با وجود مدارات جانبی دیگر تکمیل می شود. به طور مثال چند کاربرد باک را می توان ذکر نمود :
1- کاهش و تثبت ولتاژ
2- pfc buck یا اصلاح ضریب قدرت توسط باک
3- منابع تغذیه غیر ایزوله
4- مبدل dc به dc کاهنده
5- منبع تغذیه آزمایشگاهی
6- led درایور توسط باک