مبدل خافض رافع للجهد

تصغير|280x280px|مبدل خافظ جهد من دائرة تحويل فيديو (Video Conversion Board).
**المبدل الخافض الرافع للجهد**  هو نوع من أنواع محولات التيار المستمر (DC/DC) وفي هذا النوع قيمة جهد الخرج Vo ممكن ان تكون أكبر من أو اصغر من جهد المصدر Vs على حسب قيمة فترة التشغيل (Duty Cycle).

تصغير|دائرة المحول العكسي بشكلها العام.|272x272px

الملف والمكثف (L - C) عبارة عن فلتر للتخلص من التوافقيات وجعل قيمه Vo وشكلها نقيه (pure DC)، ويعمل الدايود D لتفريغ طاقة الملف وذلك لجعل تيار الحمل متصل ولحماية مفتاح القوي من الجهد العكسي الذي يقع علية بسبب وجود ملف L.تصغير|مكونات المحول.|320x320بك

لاحظ ان المصدر لا يتم توصيله مباشرة الي الحمل، حيث يتم نقل الطاقة من المصدر إلي الملف ثم من الملف إلي الحمل لذلك تسمي هذه الطريقة (أو هذا النوع) بالمحول غير المباشر.

## مبادئ التشغيل
# تعمل الدائرة في حالة الاستقرار
# الزمن الدوري هو T ويعمل المفتاح فترة مقدارها DT ويفصل فترة مقدارها (1-D)T
# تيار الملف متصل
# المكثف كبير جدا وبالتالي تظل قيمة Vo ثابتة
# كل المكونات مثالية

تصغير|المحول في حالتي ربط وفصل المفتاح.|240x240بك

## مميزات وعيوب
وميزة هذا النوع ان جهد الخرج ممكن ان يكون أكبر من أو اصغر من جهد المصدر. ولكن يعيب هذا النوع ان جهد الخرج سالب جهد الدخل ويكون غير مرغوب فية في بعض التطبيقات. الدائرة الأولي هي عند غلق المفتاح، اما الثانية فهي عند فتح المفتاح.

## الوضع المستمر
عندما يعمل «مبدل الخافض الرافع للجهد» في الوضع المستمر، فإن تيار الملف ((لا يصل ابدا إلي الصفر. كما هو موضع في الشكل 3 الذي يوضح شكل العلاقة بين كل من جهد الملف وتيار الملف وجهد الخرج مع الزمن.

تصغير|المحول في حالة الوضع المستمر (فرق الجهد لا يصل إلى الصفر).|290x290بك

وعند غلق المفتاح S في هذه الحالة فإن العلاقة بين (I_L) و (V_i) في خلال الفترة T تأتي من العلاقة:

:\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}}=\int_0^{D\,T}\operatorname{d}I_{\text{L}}=\int_0^{D\, T}\frac{V_i}{L} \, \operatorname{d}t=\frac{V_i\,D\,T}{L}

وفي نهاية هذه الحالة تزداد قيمه (I_L) وتحسب من العلاقة:

:\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}} + \Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}=\frac{V_i \, D\, T}{L}+\frac{V_o\left(1-D\right)T}{L}=0

وخلال الفترة DT فإن العلاقات تكون كالتالي:

:\frac{\operatorname{d}I_{\text{L}}}{\operatorname{d}t}=\frac{V_o}{L}

:\Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}=\int_0^{\left(1-D\right) T}\operatorname{d}I_{\text{L}}=\int_0^{\left(1-D\right) T}\frac{V_o\, \operatorname{d}t}{L}=\frac{V_o \left(1-D\right) T}{L}

وتحسب الطاقة المخزنه في الملف من العلاقة:

:E=\frac{1}{2}L\, I_{\text{L}}^2

وبما أن التغير في تيار الملف عند بداية الدورة ونهايتها يجب أن يساوي الصفر، فهذا يعني:

:\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}} + \Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}=0

\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}} and \Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}

:\frac{V_o}{V_i}=-\frac{D}{1-D}

:D=\frac{V_o}{V_o+V_i}

وبذلك عندما تكون D> 0.5 تكون Vo> - Vs وبذلك يكون المحول رافع للجهد
وعندما تكون D I_{L_{\text{max}}} (at t=D\,T

وبما أن تيار الملف (I_L) يصل الي الصفر بعد زمن، فإن:

:I_{L_{\text{max}}}+\frac{V_o\, \delta\, T}{L}=0

وتحسب δ من المعادلة:

:\delta=-\frac{V_i\, D}{V_o}

وكما هو واضح من الشكل 4 فإن تيار الحمل Io يساوي متوسط تيار الدايوود (ID) وتكون المعادلات كالتالي:

:I_o=\bar{I_D}=\frac{I_{L_{\text{max}}}}{2}\delta

:I_o=-\frac{V_i\, D\, T}{2L}\frac{V_i\, D}{V_o}=-\frac{V_i^2\, D^2\, T}{2L\, V_o}

ويمكن حساب جهد الخرج من العلاقة:
:\frac{V_o}{V_i}=-\frac{V_i\, D^2 \, T}{2L\, I_o}

## الحد بين الوضع المستمر والوضع غير المستمر
كما ذكرنا في بداية المقال ان المحول يعمل في الوضع غير المستمر عند الأحمال الخفيفه. وعندما يسحب الحمل تيار كبير فإنه يعمل في الوضع المستمر. والحد بينهما هو وصول تيار الملف (I_L) إلي الصفر قبل نهاية الدورة ام لا. ويمكن وصفها ب:

تصغير|حالتي الاستمرارية والانقطاع في المحول.|290x290بك

:D\, T + \delta \, T=T

:D + \delta = 1\,

ونحصل على \scriptstyle I_{o_{\text{lim}}} من العلاقات:

:I_{o_{\text{lim}}}=\bar{I_D}=\frac{I_{L_{\text{max}}}}{2}\left(1-D\right)

:I_{o_{\text{lim}}}=\frac{V_i\, D\, T}{2L}\left(1-D\right)

:I_{o_{\text{lim}}}=\frac{V_i\, D\, T}{2L}\frac{V_i}{V_o}\left(-D\right)

## الدائرة غير المثالية
عندما لا تكون الدائرة مثالية فلا يمكن إهمال قيمه المقاومات (R) وهذا يعني أنه سيكون هناك مفاقيد خلال عمليه النقل من المصدر إلي الحمل.

تصغير|فرق الجهد المخرجي للمحول خلال فترة التشغيل (duty cycle) عندما تزداد قيمة المقاومية للمحث L.|280x280بك

ويمكن أن نعبر عنها رياضيا من خلال:

:V_i=\bar V_{\text{L}} + \bar V_S

:\bar V_{\text{L}}=L\frac{\bar{dI_{\text{L}}}}{dt}+R_{\text{L}}\bar I_{\text{L}}=R_{\text{L}}\bar I_{\text{L}}

عندما يكون المفتاح مفتوح يكون: v_s = 0 وعندما يكون مغلق: v_s = v_i - v_0

وبذلك يكون متوسط الجهد على المفتاح يساوي

:\bar V_S=D\, 0 + (1-D)(V_i-V_o)=(1-D)(V_i-V_o)

ويكون تيار الخرج سالب تيار الملف في حاله المفتاح مغلق، ويكون متوسط التيار:

:\bar I_{\text{L}}=\frac{-V_o}{(1-D)R}
وعند أخذ قيمه (R) في الاعتبار يكون متوسط تيار الملف:
:\bar I_{\text{L}}=\frac{-V_o}{(1-D)R}

وبذلك يكون جهد الدخل (المصدر) يساوي:

:V_i= R_{\text{L}}\frac{-V_o}{(1-D)R}+ (1-D)(V_i-V_o)

ويمكن كتابته بالصيغة التالية:

:\frac{V_o}{V_i}=\frac{-D}{\frac{R_{\text{L}}}{R(1-D)}+1-D}

## انظر أيضًا
* مبدل خافض للجهد
* مبدل جهد مستمر
* مبدل رافع للجهد
## مراجع

تصنيف:شواديف (إلكترونيات)
تصنيف:تنظيم الجهد
تصنيف:كهرباء