تعریف کلی مبدل Buck Boost
تا حالا شده بخوای ولتاژ یک باتری یا منبع تغذیه رو منفی کنی ولی با یه مدار ساده و کارآمد؟ اینجاست که مبدل Buck Boost بکار میاد!
این نوع از مبدل‌های DC به DC، کاری می‌کنن که ولتاژ خروجی منفی بشه نسبت به ورودی. توی این مقاله، می‌خوایم خیلی ساده توضیح بدیم که مبدل باک بوست چیه و چطور کار میکنه.
خرید مبدل باک بوست و بوست با کیفیت و قیمت عالی: 30 نوع مبدل DC به DC
مبدل باک بوست، مبدل بوست، مبدل باک بوست-بوست
مقدمه‌ای برای درک مبدل‌های DC به DC
مبدل‌های DC به DC مدارهایی هستن که ولتاژ مستقیم (DC) رو از یه مقدار به یه مقدار دیگه تبدیل می‌کنن. حالا این تبدیل می‌تونه افزایشی باشه (Boost)، کاهشی (Buck Boost) یا هر دو (Buck Boost).
مبدل باک بوست همونیه که وقتی می‌خوای ولتاژ رو منفی کنی، کاربرد داره. مثلاً اگه یه باتری ۱۲ ولت داری و یه ماژول ۵- ولتی می‌خوای تغذیه کنی، باک بوست بهترین انتخابه.
اجزای اصلی مبدل Buck Boost
یه نگاه سریع به مدار!
- یک سوئیچ (مثل ترانزیستور یا ماسفت) قطع و وصل کننده + مدار کنترل که تولید PWM میکنه با عرض پالس قابل کنترل
- دیود (فعال، هنگام قطع)
- سلف (ذخیره کننده انرژی)
- خازن (فیلتر هست)
- بار (مقاومت یا موتور و…)
سوئیچ که روشنه، ولتاژ ورودی مستقیماً به سلف میره و در اون انرژی به صورت جریان ذخیره میشه. سوئیچ که خاموش میشه، دیود راه میوفته و انرژی سلف به بار می‌رسه. مثل یه دوچرخه‌سوار که وقتی پا نمی‌زنه، ولی اینرسی خودش باعث حرکت میشه.
وقتی سوئیچ خاموش میشه، انرژی ذخیره شده در سلف از بخش دوم جریان میکشه.
محصولات:
چطور کار میکنه؟ دو مرحله داریم
توضیح سادش میشه:
وقتی سوئیچ روشنه (ON):
ولتاژ ورودی مستقیماً به سلف میره. سلف هم شروع میکنه به ذخیره انرژی.
وقتی سوئیچ خاموشه (OFF):
سلف می‌گه من هنوز انرژی دارم! و با استفاده از دیود، انرژی ذخیره‌شده‌شو به بار می‌فرسته.
این چرخه هی تکرار میشه و خروجی‌ای صاف (با وجود فیلتر) و با ولتاژ منفی به بار میده.
ویدعوی شبیه سازی این مبدل:
ولتاژ خروجی رو چطوری کنترل می‌کنیم؟
مفهوم Duty Cycle یا چرخه کاری
فرمول مبدل Buck Boost اینه:
Vout = D × Vin
اینجا D همون Duty Cycle هست که نشون میده چند درصد از زمان، سوئیچ روشن بوده. مثلاً اگه D=0.5 باشه، یعنی نصف زمان سوئیچ روشنه و خروجی نصف ولتاژ ورودی میشه.
کنترل با PWM یا فرکانس متغیر؟
PWM مدولاسیون پهنای پالس: فقط زمان روشن بودن رو تغییر میدی، بدون دستکاری توی فرکانس.
فرکانس متغیر: این روش فرکانس رو تغییر میده، اما ممکنه باعث ناپایداری و هارمونیک بشه.
PWM مثل اینه که یه دوش آب داری و فقط شیر رو باز و بسته می‌کنی، اما فشار آب ثابته.
وقتی بار فقط مقاومت نیست!
بار RL و جریان پیوسته
وقتی بارمون فقط یه مقاومت نیست و یه سلف هم سری باهاش داریم، جریان همیشه صفر و صد نیست. جریان پیوسته داریم که بین یه حداقل و حداکثر نوسان میکنه. اینجا دیگه تحلیل دقیق‌تر می‌خواد.
نکته مهم اینه که:
در حالت پایدار، تغییرات جریان سلف باید در یک دوره کامل برابر صفر باشه.
مثل یه ترازویی که اگه تو یه سمتش چیزی بذاری، حتماً باید همون‌قدر از سمت دیگه برداری تا دوباره به تعادل برسه.
مبدل Buck Boost با فیلتر پایین‌گذر (Low Pass Filter)
وقتی خروجی خالص و بدون ریپل می‌خوایم.
باید فیلتر پایین‌گذر به مدار اضافه کنیم. اینجا هدف اینه که خروجی صاف و نزدیک به DC بشه. سلف و خازن در اینجا به صورت سری و موازی با بار قرار میگیرن که یک فیلتر تمیز داشته باشیم.
وقتی سوئیچ روشنه، خازن و سلف انرژی میگیرن؛ وقتی خاموشه، خازن شروع به تخلیه میکنه. همچنین سلف نمیزاره جریان به صورت لحظه ای کاهش پیدا کنه.
اگه خازن و سلف بزرگ باشن، این تغییرات خیلی کوچیک می‌شن و ولتاژ خروجی تقریباً ثابت می‌مونه. البته تا حدی که دقت فیلتر نیاز باشه و مدار بیش از حد بزرگ نشه.
در واقع سلف در برابر تغییرات لحظه ای جریان و خازن در برابر تغییرات لحظه ای ولتاژ مقاومت نشون میدن.
جمع‌بندی: چرا مبدل Buck Boost؟
مبدل‌های Buck Boost خیلی کم‌هزینه، مؤثر، و پرکاربرد هستن. از تغذیه آردوینو بگیر تا لپ‌تاپ و خودروهای الکتریکی. با یه طراحی ساده و کنترل PWM، می‌تونی ولتاژ رو دقیقاً همون‌قدری که می‌خوای بیاری پایین.
اگه دوست داری یه مدار تغذیه DC بسازی که ولتاژ ورودی مثبت هست ولی خروجی منفی هست، شک نکن، Buck Boost Converter یه مبدل قابل اعتماده.
سؤالات پرتکرار (FAQs)
۱. آیا مبدل Buck Boost فقط برای منفی کردن ولتاژ استفاده میشه؟
بله، کار اصلی مبدل Buck Boost کاهش ولتاژ ورودی و منفی کردن به مقدار دلخواه و کنترل‌شده‌ست.
۲. فرق مبدل باک بوست با مبدل بوست چیه؟
Buck Boost ولتاژ رو کاهش میده، اما Boost برعکس عمل میکنه و ولتاژ رو منفی میکنه و کاهش میده.
۳. چرا سلف توی مدار مبدل Buck Boost ضروریه؟
سلف کمک میکنه جریان خروجی پیوسته و بدون ریپل باشه، و نقش ذخیره‌سازی انرژی رو داره. (منظور سلف فیلتر خروجی هست)
۴. آیا میشه خروجی مبدل Buck Boost کاملاً DC باشه؟
بله، با اضافه کردن فیلتر پایین‌گذر (مثل خازن بزرگ و سلف در خروجی)، می‌تونی ولتاژ خروجی تقریباً خالص DC بگیری.
۵. تو طراحی مبدل باک بوست باید به چی دقت کنیم؟
به Duty Cycle، مقدار سلف، فرکانس سوئیچینگ، خازن خروجی و بار باید دقت کنی تا عملکرد مدار بهینه باشه.