رتبها

رأينا في ثريد Boost Converter أنه يستخدم لرفع مستوى جهد نظام DC وذلك ليتناسب مع بعض التطبيقات، لكن ماذا عن خفض مستوى جهد DC؟ وهل يوجد محول يعمل على ذلك؟
نعم وهو Buck Converter، دعونا نتعرف عليه وعلى آلية عمله باختصار.
#هندسة_كهربائية

للرجوع إلى ثريد Boost Converter

Buck Converter
هي عبارة عن محول (DC/DC Converter) تعمل على تحويل جهد DC من قيمة مرتفعة إلى قيمة أقل باستعمال دائرة إلكترونيات القوى (Power Electronics Circuit)، وتقوم أيضا بتحويل التيار من قيمة منخفضة إلى قيمة أعلى، أي أن القدرة ثابتة عند عملية التحويل.

•مكونات
كما نرى بالدائرة المبينة بالصورة أدناه فإنها تتكون من:
١- مصدر جهد DC.
٢- مفتاح إلكتروني (Electronic Switch) ومن أشهرها MOSFET و IGBT و BJT.
٣- محث (Inductor).
٤- مكثف (Capacitor).
٥- دايود (Diode).
٦- الحمل الذي سيتم تغذيته بجهد الخرج (Vout).

•آلية العمل
كما لاحظنا في دائرة Buck Converter فإن مكوناته هو نفس مكونات دائرة Boost Converter مع تغيير في ترتيب الدائرة، وهذا ما يؤدي إلى اختلاف آلية العمل بينهما، ويمكننا تقسيم آلية العمل إلى قسمين هما :
١- المفتاح الإلكتروني (ON)
٢- المفتاح الإلكتروني (OFF)
وسنتحدث عن كل قسم.

١- المفتاح الإلكتروني (ON)
في هذه الحالة سيتم تمرير التيار من المصدر إلى المفتاح الإلكتروني ثم إلى المحث كما هو مبين بالصورة أدناه، وسيتم شحن المحث لفترة زمنية معينة أي سيكتسب فرق جهد، أيضا سيبدأ المكثف بتخزين الطاقة.

٢- المفتاح الإلكتروني (OFF)
بعد أن تم شحن المحث إلى فترة زمنية محددة سيتم فتح المفتاح ليتم تفريغه إلى الحمل كما هو مبين بالصورة أدناه وسيبدأ المكثف بتفريغ الطاقة، و عند تطبيق قانون كيرشوف سنجد أن جهد الخرج أصبح أقل لأن جهد تغذية الحمل أصبح من المحث فقط.

وكما هو الحال في Boost Converter، فإن قيمة جهد الخرج (Vout) تعتمد على قيمة Duty Cycle والتي تختصر ب D، وفي Boost Converter كلما زادت D كلما كانت قيمة Vout أكبر، لكن في Buck Converter يحدث العكس، فكلما زادت D كلما كانت قيمة Vout أقل، وتعطى Vout بالعلاقة الموجودة بالصورة أدناه.

و يجب التنويه أن العلاقة السابقة مبنية على عدة افتراضات أهمها :
١- مقاومة المحث تساوي صفر وفي الواقع لا تساوي صفر.
٢- الدايود مثالي أي أن الجهد فيه يساوي صفر، وفي الواقع قيمة الجهد بين طرفيه تعتمد على شبه الموصل المصنوعة منها.
يتبع

٣- الترانزيستور (المفتاح الإلكتروني) أيضا مثالي وفي الواقع ليست كذلك ، وفي حال إن أردنا أخذ مفاقيد الدايود والترانزيستور في الحسبان تصبح العلاقة كالموجودة بالصورة أدناه.
٤- سعة المكثف كبيرة جدا وبالتالي جهد الخرج ثابت، وفي الواقع ليست ثابتة، بل تحتوي على تموجات (Ripples).