Buck-Boost switching چیست

مقدمه:

Buck-Boost switching که به عنوان مبدل باک بوست نوعی مبدل DC-DC است که می‌تواند ولتاژ خروجی بالاتر یا کمتر از ولتاژ ورودی تولید کند، که آن را تبدیل به یک توپولوژی تبدیل توان همه کاره برای کاربردهای مختلف در الکترونیک قدرت می‌کند که در آن تنظیم ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی است. الزامات ممکن است متفاوت باشد. در این مقاله از اسکای تک به بررسی Buck-Boost switching می‌پردازیم.

Buck-Boost switching در دو حالت متمایز کار می‌کند: حالت “Buck” که در آن ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی است و حالت “Boost” که در آن ولتاژ خروجی بالاتر از ولتاژ ورودی است. انتقال بین این دو حالت صاف است و مبدل را قادر می‌سازد تا ولتاژ خروجی را در شرایط ورودی متفاوت حفظ کند.

Buck-Boost switching با استفاده از یک سوئیچ، معمولاً یک ترانزیستور و یک دیود کار می‌کند که جریان را از طریق یک سلف و یک خازن کنترل می‌کند. در حالت روشن سوئیچ، انرژی در سلف ذخیره می‌شود و در حالت خاموش، انرژی از طریق دیود به خروجی منتقل می‌شود. چرخه وظیفه سوئیچ یا نسبت زمان روشن به کل دوره چرخه سوئیچینگ، ولتاژ خروجی مبدل را تعیین می‌کند. تنظیم چرخه وظیفه اجازه می‌دهد تا ولتاژ خروجی کنترل شود و در سطح مورد نظر حفظ شود.

تنظیم کننده Buck-Boost switching:

رگولاتور Buck-Boost switching ترکیبی از مبدل باک و مبدل تقویت کننده است که یک ولتاژ خروجی معکوس (منفی) تولید می‌کند که می‌تواند بر اساس چرخه وظیفه بیشتر یا کمتر از ولتاژ ورودی باشد. 

مبدل باک بوست نوعی از مدار مبدل تقویت کننده است که در آن مبدل معکوس تنها انرژی ذخیره شده توسط سلف L1 را به بار تحویل می‌دهد. مدار منبع تغذیه  این حالت در زیر آورده شده است.

هنگامی که سوئیچ ترانزیستور، TR1، به طور کامل روشن (بسته) است، ولتاژ دو سر سلف برابر با ولتاژ تغذیه است، بنابراین سلف انرژی را از منبع ورودی ذخیره می‌کند. هیچ جریانی به بار متصل در خروجی داده نمی‌شود زیرا دیود D1 بایاس معکوس است. هنگامی که کلید ترانزیستور کاملاً خاموش است (باز)، دیود بایاس رو به جلو می‌شود و انرژی که قبلاً در سلف ذخیره شده بود به بار منتقل می‌شود.

به عبارت دیگر، هنگامی که کلید روشن است، انرژی توسط منبع DC (از طریق سوئیچ) به سلف تحویل داده می‌شود و هیچ به خروجی نمی‌رسد و هنگامی که کلید خاموش است، ولتاژ دو سوی سلف برعکس می‌شود. سلف اکنون به منبع انرژی تبدیل می‌شود، بنابراین انرژی ذخیره شده قبلی در سلف به خروجی (از طریق دیود) تبدیل می‌شود و هیچ کدام مستقیماً از منبع DC ورودی نمی‌آید؛ بنابراین ولتاژ کاهش یافته در بار در هنگام خاموش بودن ترانزیستور سوئیچینگ برابر با ولتاژ سلف است.

نتیجه این است که بزرگی ولتاژ خروجی معکوس می‌تواند بزرگ‌تر یا کوچک‌تر (یا مساوی) با بزرگی ولتاژ ورودی بر اساس چرخه وظیفه باشد. به عنوان مثال، یک Buck-Boost switching مثبت به منفی می‌تواند 5 ولت را به 12 ولت (گام به گام) یا 12 ولت را به 5 ولت (گام به پایین) تبدیل کند.

ولتاژ خروجی حالت پایدار رگولاتورهای Buck-Boost switching، VOUT به صورت زیر است:

سپس رگولاتور Buck-Boost switching نام خود را از تولید ولتاژ خروجی گرفته است که می‌تواند از ولتاژ ورودی بالاتر (مانند مرحله توان تقویتی) یا کمتر (مانند مرحله قدرت باک) باشد. با این حال، ولتاژ خروجی در قطبیت مخالف ولتاژ ورودی است.

ویژگی Buck-Boost switching:

Buck-Boost switching که به عنوان مبدل Buck-Boost یا تنظیم کننده Buck-Boost نیز شناخته می‌شود، نوعی مبدل سوئیچینگ DC-DC است که می‌تواند هم تبدیل ولتاژ افزایش (تقویت) و هم تبدیل ولتاژ پایین (buck) را ارائه دهد. این به طور گسترده در برنامه های مختلف برای تنظیم و کنترل موثر سطوح ولتاژ استفاده می‌شود.

در اینجا برخی از ویژگی‌های این مبدل آورده شده است:

1. تبدیل ولتاژ: مبدل های Buck-Boost می توانند بسته به نیاز، ولتاژ ورودی DC را به ولتاژ خروجی DC بالاتر یا پایین تر تبدیل کنند. این انعطاف پذیری آن‌ها را برای طیف گسترده ای از کاربردها که در آن تنظیم سطح ولتاژ مورد نیاز است، مناسب می‌کند.
2. خروجی پیوسته: بر خلاف برخی از انواع دیگر مبدل ها، مبدل های Buck-Boost می توانند ولتاژ خروجی پیوسته را بدون توجه به اینکه ولتاژ ورودی بالاتر یا کمتر از ولتاژ خروجی مورد نظر باشد، ارائه دهند. این آن‌ها را برای برنامه هایی ایده آل می‌کند که ولتاژ ورودی می‌تواند متفاوت باشد.
3. راندمان بالا: مبدل های Buck-Boost به دلیل راندمان بالا در تبدیل ولتاژ معروف هستند. آن‌ها این کارایی را با استفاده از اجزای سوئیچینگ (مانند ماسفت ها) و سلف ها برای به حداقل رساندن تلفات برق در طول فرایند تبدیل به دست می آورند.
4. جداسازی ورودی و خروجی: مبدل های Buck-Boost ایزولاسیون الکتریکی بین مدارهای ورودی و خروجی را فراهم می‌کنند. این جداسازی به محافظت از اجزای حساس، کاهش تداخل نویز و بهبود عملکرد کلی سیستم کمک می‌کند.
5. محدوده ولتاژ ورودی گسترده: Buck-Boost switching معمولاً دارای محدوده ولتاژ ورودی گسترده ای هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد با منابع ورودی مختلف مانند باتری ها، پنل های خورشیدی یا منبع تغذیه متغیر کار کنند.
6. تنظیم خروجی: Buck-Boost switching مکانیزم های کنترل بازخورد را برای تنظیم ولتاژ خروجی ترکیب می‌کنند. این امر آن‌ها را قادر می سازد تا ولتاژ خروجی پایدار و دقیق را حتی در صورت وجود نوسانات ولتاژ ورودی یا تغییر در شرایط بار حفظ کنند.
7. اندازه جمع و جور: مبدل های Buck-Boost اغلب به شکل فاکتورهای مدار مجتمع (IC) فشرده و مجتمع در دسترس هستند که آن‌ها را برای برنامه های کاربردی با محدودیت فضا یا دستگاه های قابل حمل مناسب می‌کند.
8. ویژگی های حفاظتی: بسیاری از Buck-Boost switching دارای ویژگی های حفاظتی داخلی مانند حفاظت در برابر جریان اضافه، حفاظت از ولتاژ اضافه و خاموش شدن حرارتی برای محافظت از مبدل و اجزای متصل از آسیب احتمالی هستند.

به طور کلی،Buck-Boost switching یک راه حل همه کاره و کارآمد برای تبدیل ولتاژ در سیستم های الکترونیکی مختلف، از دستگاه های با باتری گرفته تا سیستم های انرژی تجدید پذیر ارائه می‌دهد.

نتیجه‌گیری از Buck-Boost switching:

در نتیجه، فناوری Buck-Boost switching چندین مزیت را در کاربردهای مختلف ارائه می‌دهد. این تبدیل توان کارآمد، تنظیم ولتاژ بهبود یافته و توانایی مدیریت طیف گسترده ای از سطوح ولتاژ ورودی و خروجی را ممکن می‌کند. علاوه بر این، اندازه جمع و جور، راندمان بالا و توانایی معکوس یا تنظیم ولتاژ، آن را برای کاربردهایی مانند دستگاه‌های با باتری، سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر، الکترونیک خودرو و لوازم الکترونیکی قابل حمل مناسب می‌سازد.

به طور کلی، فناوری Buck-Boost switching نقش مهمی در الکترونیک قدرت مدرن بازی می‌کند و امکان تبدیل ولتاژ کارآمد و انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند که به بهبود بازده انرژی و عملکرد در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های الکترونیکی کمک می‌کند.

گیت