كيفية تصميم محول الدفع والسحب - النظرية الأساسية ، والبناء ، والشرح

عندما يتعلق الأمر بالعمل مع إلكترونيات الطاقة ، يصبح طوبولوجيا محول DC-DC أمرًا بالغ الأهمية للتصميمات العملية. يوجد نوعان أساسيان من طبولوجيا تحويل DC-DC الرئيسية المتوفرة في إلكترونيات الطاقة ، وهما محول التبديل والمحول الخطي.

الآن من قانون الحفاظ على الطاقة ، نعلم أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها ، ولكن يمكن تحويلها فقط. الشيء نفسه ينطبق على تبديل المنظمين ، فإن الطاقة الناتجة (القوة الكهربائية) لأي محول هي نتاج الجهد والتيار ، محول DC-DC يحول الجهد بشكل مثالي ، أو التيار بينما القوة الكهربائية ثابتة. مثال على ذلك هو الموقف الذي يمكن أن يوفر فيه مخرج 5V 2A من التيار. لقد قمنا في السابق بتصميم دائرة SMPS 5V ، 2A ، يمكنك التحقق من ذلك إذا كان هذا هو الشيء الذي تبحث عنه.

فكر الآن في موقف نحتاج فيه إلى تغييره إلى خرج 10 فولت لتطبيق معين. الآن ، إذا تم استخدام محول DC-DC في هذا المكان ، وكان خرج 5V 2A وهو 10W ثابتًا ، فمن الأفضل أن يقوم محول DC-DC بتحويل الجهد إلى 10V مع تصنيف تيار 1A. يمكن القيام بذلك باستخدام طوبولوجيا تبديل التعزيز حيث يتم تبديل مغو التحويل باستمرار.

هناك طريقة أخرى مكلفة ولكنها مفيدة وهي استخدام محول الدفع والسحب. يفتح محول الدفع والسحب الكثير من إمكانيات التحويل ، مثل Buck أو Boost أو Buck-Boost أو طبولوجيا معزولة أو حتى غير معزولة ، كما أنه أحد أقدم طبولوجيا التحويل المستخدمة في إلكترونيات الطاقة التي تتطلب الحد الأدنى من المكونات لإنتاج مخرجات طاقة متوسطة (نموذجياً - 150 وات إلى 500 وات) بجهد خرج متعدد. يحتاج المرء إلى تغيير لف المحول لتغيير جهد الخرج في دائرة محول دفع وسحب معزولة.

ومع ذلك ، فإن كل هذه الميزات تطرح العديد من الأسئلة في أذهاننا. مثل ، كيف يعمل محول الدفع والسحب؟ ما المكونات المهمة لبناء دائرة محول دفع وسحب؟ لذا ، اقرأ جيدًا وسنكتشف جميع الإجابات الضرورية وفي النهاية ، سنقوم ببناء دائرة عملية للتوضيح والاختبار ، لذلك دعونا ندخلها مباشرة.

بناء محول الدفع والسحب

الاسم لديه الجواب. الدفع والسحب لهما معنيان متعاكسان لنفس الشيء. ما معنى Push-Pull في مصطلحات الشخص العادي؟ يقول القاموس أن كلمة الدفع تعني المضي قدمًا باستخدام القوة لتمرير الأشخاص أو الأشياء للتحرك جانبًا. في محول DC-DC بالدفع والسحب ، يحدد الدفع دفع التيار أو تغذية التيار. الآن ، ماذا يعني السحب؟ مرة أخرى ، يقول القاموس لممارسة القوة على شخص ما أو شيء ما لإحداث تحرك تجاه نفسه. في محول الدفع والسحب ، يكون التيار هو الذي يتم سحبه مرة أخرى.

وبالتالي ، فإن محول الدفع والسحب هو نوع من محول التحويل حيث يتم دفع التيارات باستمرار إلى شيء ما وسحبها باستمرار من شيء ما. هذا نوع من محولات flyback أو مغو. يتم دفع وسحب التيار باستمرار من المحول. باستخدام طريقة الدفع والسحب هذه ، ينقل المحول التدفق إلى الملف الثانوي ويوفر نوعًا من الجهد المعزول.

الآن ، نظرًا لأن هذا هو نوع من منظم التبديل ، أيضًا حيث يحتاج المحول إلى التبديل بطريقة تتطلب دفع التيار وسحبها بشكل متزامن ، لذلك نحتاج إلى نوع من منظم التبديل. هنا ، مطلوب سائق دفع وسحب غير متزامن. الآن ، من الواضح أن المفاتيح مصنوعة من أنواع مختلفة من الترانزستورات أو Mosfets.

هناك الكثير من برامج تشغيل الدفع والسحب المتوفرة في سوق الإلكترونيات والتي يمكن استخدامها على الفور للعمل المتعلق بمحادثات الدفع والسحب.

يمكن العثور على عدد قليل من برامج التشغيل المرحلية في القائمة أدناه-

1. LT3999
2. ماكس 258
3. ماكس 13253
4. LT3439
5. TL494

كيف يعمل محول الدفع والسحب؟

لفهم مبدأ العمل لمحول الدفع والسحب ، قمنا برسم دائرة أساسية وهي عبارة عن محول دفع وسحب نصف جسر أساسي ، وهو موضح أدناه ، من أجل البساطة ، قمنا بتغطية طوبولوجيا نصف الجسر ، ولكن هناك طوبولوجيا شائعة أخرى متاحة ، وتُعرف باسم محول الدفع والسحب ذي الجسر الكامل.

سوف يعمل اثنان من الترانزستورات NPN على تمكين وظيفة الدفع والسحب. لا يمكن تشغيل الترانزستورين Q1 و Q2 في نفس الوقت. عند تشغيل Q1 ، سيظل Q2 مغلقًا ، وعند إيقاف تشغيل Q1 ، سيتم تشغيل Q2. سيحدث بشكل متسلسل وسيستمر كحلقة.

كما نرى ، تستخدم الدائرة المذكورة أعلاه محولًا ، وهو محول دفع وسحب معزول.

تُظهر الصورة أعلاه الحالة التي يتم فيها تشغيل Q1 وسيتم إيقاف تشغيل Q2. وبالتالي ، سوف يتدفق التيار عبر الصنبور المركزي للمحول وسيذهب إلى الأرض عبر الترانزستور Q1 بينما يمنع Q2 التدفق الحالي على الصنبور الآخر للمحول. يحدث الشيء المعاكس تمامًا عندما يتم تشغيل Q2 ويظل Q1 مغلقًا. عندما تحدث التغييرات في التدفق الحالي ، ينقل المحول الطاقة من الجانب الأساسي إلى الجانب الثانوي.

الرسم البياني أعلاه مفيد جدًا للتحقق من كيفية حدوث ذلك ، في البداية ، لم يكن هناك جهد أو تدفق تيار في الدائرة. تم تشغيل Q1 ، ضرب جهد ثابت أولاً للصنبور حيث تم إغلاق الدائرة الآن. يبدأ التيار في الزيادة ثم يتم تحفيز الجهد في الجانب الثانوي.

في المرحلة التالية ، بعد تأخير زمني ، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور Q1 ويتم تشغيل Q2. هنا تأتي بعض الأشياء المهمة في العمل - السعة الطفيلية للمحول والمحاثة تشكل دائرة LC تبدأ بالتبديل في قطبية معاكسة. تبدأ الشحنة في التدفق مرة أخرى في الاتجاه المعاكس من خلال ملف الصنبور الآخر للمحول. بهذه الطريقة ، يتم دفع التيار باستمرار في أوضاع بديلة بواسطة هذين الترانزستورين. ومع ذلك ، نظرًا لأن السحب يتم بواسطة دائرة LC والصنبور المركزي للمحول ، فإنه يطلق عليه طوبولوجيا الدفع والسحب. غالبًا ما يتم وصفه بطريقة تدفع الترانزستورات الحالية التيار بالتناوب مع تسمية اصطلاح الدفع والسحب حيث لا تسحب الترانزستورات التيار. شكل موجة الحمل يشبه سن المنشار ، ومع ذلك ، فإنه لا يظهر في الشكل الموجي أعلاه.

كما تعلمنا كيف يعمل تصميم محول الدفع والسحب ، دعنا ننتقل إلى بناء دائرة فعلية له ، ومن ثم يمكننا تحليل ذلك على المقعد. لكن قبل ذلك ، دعونا نلقي نظرة على التخطيطي.

المكونات المطلوبة لبناء محول عملي للدفع والسحب

حسنًا ، الدائرة أدناه مبنية على لوح التجارب. المكونات المستخدمة في اختبار الدوائر هي كما يلي:

1. 2 قطعة محاثات لها نفس التصنيف - مغو حلقي 220uH 5A.
2. 0.1 فائق التوهج مكثف فيلم بوليستر - 2 قطعة
3. 1k المقاوم 1٪ - 2 قطعة
4. ULN2003 زوج ترانزستور دارلينجتون
5. مكثف 100 فائق التوهج 50 فولت

مخطط دائري عملي لمحول الدفع والسحب

التخطيطي مستقيم للأمام. دعنا نحلل الاتصال ، ULN2003 هو مجموعة ترانزستور زوج دارلينجتون. تعد مجموعة الترانزستور هذه مفيدة حيث تتوفر الثنائيات الحرة داخل مجموعة الشرائح ولا تتطلب أي مكونات إضافية وبالتالي تجنب أي توجيه إضافي معقد على اللوح. بالنسبة للسائق المتزامن ، نستخدم مؤقتًا بسيطًا يعمل بالتحكم عن بعد يعمل على تشغيل وإيقاف الترانزستورات بشكل متزامن لخلق تأثير دفع وسحب عبر المحاثات.

محول الدفع والسحب العملي - العمل

عمل الدائرة بسيط. دعنا نزيل زوج دارلينجتون ونجعل الدائرة بسيطة باستخدام ترانزستورين Q1 و Q2.

ترتبط شبكات RC في موضع متقاطع مع قاعدة Q1 و Q2 ، والتي تقوم بتشغيل الترانزستورات البديلة باستخدام تقنية التغذية الراجعة تسمى التغذية الراجعة التجديدية.

يبدأ العمل على هذا النحو - عندما نطبق الجهد على الصنبور المركزي للمحول (حيث الاتصال المشترك بين اثنين من المحاثات) ، فإن التيار سوف يتدفق عبر المحول. اعتمادًا على كثافة التدفق وتشبع القطبية ، سالبة أو موجبة ، فإن الشحنات الأولى الحالية تصل إلى C1 و R1 أو C2 و R2 ، وليس كليهما. لنتخيل أن C1 و R1 يحصلان على التيار أولاً. يوفر C1 و R1 مؤقتًا يقوم بتشغيل الترانزستور Q2. سيحفز قسم L2 من المحول الجهد باستخدام التدفق المغناطيسي. في هذه الحالة ، يبدأ C2 و R2 في الشحن وتشغيل Q1. ثم يستحث قسم L1 من المحول جهدًا. يعتمد التوقيت أو التردد كليًا على جهد الدخل ، والتدفق المشبع للمحول أو المحرِّض ، والمنعطفات الأولية ، ومنطقة السنتيمتر المربع المستعرض من القلب.صيغة التردد هي-

f = (V _in * 10 ⁸) / (4 * β _s * A * N)

عندما يكون Vin هو جهد الدخل ، 10 ⁸ قيمة ثابتة ، β _s هي كثافة التدفق المشبع للنواة التي ستنعكس على المحول ، A هي منطقة المقطع العرضي و N هي عدد الدورات.

اختبار حلبة محول الدفع والسحب

لاختبار الدائرة ، الأدوات التالية مطلوبة-

1. مليمتران - أحدهما لفحص جهد الدخل والآخر لجهد الخرج
2. راسم الذبذبات
3. مصدر طاقة مقاعد البدلاء.

يتم إنشاء الدائرة في لوحة توصيل وتزداد الطاقة ببطء. جهد الدخل 2.16 فولت بينما جهد الخرج 8.12 فولت ، وهو ما يقرب من أربعة أضعاف جهد الدخل.

ومع ذلك ، لا تستخدم هذه الدائرة أي طوبولوجيا ردود الفعل ، وبالتالي فإن جهد الخرج ليس ثابتًا وغير معزول.

لوحظ تردد وتبديل الدفع والسحب في الذبذبات-

وبالتالي ، تعمل الدائرة الآن كمحول دفع وسحب حيث يكون جهد الخرج غير ثابت. من المتوقع أن يوفر محول الدفع والسحب هذا قوة كهربائية تصل إلى 2 وات ، لكننا لم نختبرها بسبب نقص توليد التغذية المرتدة.

الاستنتاجات

هذه الدائرة هي شكل بسيط لمحول الدفع والسحب. ومع ذلك ، يوصى دائمًا باستخدام محرك IC مناسب للدفع والسحب للإخراج المطلوب. يمكن بناء الدائرة بطريقة يمكن فيها بناء أي طبولوجيا في تحويل الدفع والسحب معزولة أو غير معزولة.

الدائرة التالية عبارة عن دائرة مناسبة لمحول DC إلى DC محكم الدفع وسحب. إنه محول دفع وسحب 1: 1 يستخدم LT3999 للأجهزة التناظرية (التقنيات الخطية).

آمل أن تكون قد أحببت المقالة وتعلمت شيئًا جديدًا إذا كان لديك أي أسئلة بخصوص هذا الموضوع ، أو ضع تعليقًا أدناه ، أو يمكنك نشر سؤالك مباشرة على منتدانا.