مبدل های باکیک ساختمان اساسی در الکترونیک مدرن برای تنظیم ولتاژ کارآمد و دقیق در طیف گسترده ای از برنامه ها است. آنها ولتاژ بالاتری می گیرند و با جریان بیشتر آن را به ولتاژ پایین تر تبدیل می کنند. بسیاری از الکترونیک به منظور عملکرد نیاز به ولتاژهای خاص دارند. بر خلاف تنظیم کننده های خطی (یکی دیگر از گزینه های مبدل ولتاژ) که ولتاژ اضافی را به عنوان گرما هدر می دهد ، مبدل های باک بسیار کارآمدتر هستند (گاهی اوقات بیش از 90 ٪). این بدان معناست که مبدل های باک نیاز به خنک کننده زیادی ندارند زیرا انرژی کمتری به عنوان گرما هدر می رود ، و در الکترونیک قابل حمل ، مبدل های باک با استفاده از انرژی کارآمدتر به افزایش عمر باتری کمک می کنند.
مبدل باک چگونه کار می کند؟
یک مبدل باک دارای سوئیچ ، سلف ، دیود ، خازن و بار است. یک سوئیچ ، معمولاً یک ترانزیستور اثرات نیمه هادی فلزی اکسید (MOSFET) ، به عنوان یک ماشه سریع/خاموش عمل می کند و جریان برق را کنترل می کند. سیم پیچ سلف با ذخیره انرژی هنگام جریان جریان و آزاد شدن آن در هنگام متوقف شدن جریان ، در برابر تغییرات فعلی مقاومت می کند. دیود یک شیر یک طرفه است که به برق اجازه می دهد فقط در یک جهت جریان یابد و خازن مانند یک باتری ریز عمل می کند و انرژی الکتریکی را برای صاف کردن ولتاژ خروجی ذخیره می کند.
با مشاهده رفتار آن در حالت های "روشن کردن" و "خاموش کردن" ، کار کامل یک مبدل باک قابل درک است. در حین سوئیچ ، ترانزیستور روشن می شود و ولتاژ ورودی را به سلف وصل می کند. جریان از طریق مدار شروع می شود و سلف انرژی خود را ایجاد می کند و در برابر افزایش جریان مقاومت می کند. این جریان در حال افزایش ، خازن را نیز شارژ می کند. در حین خاموش کردن ، ترانزیستور خاموش می شود و ولتاژ ورودی را جدا می کند. از آنجا که سلف ها در برابر تغییرات جریان مقاومت می کنند ، جریان از طریق دیود جریان می یابد (که اجازه می دهد جریان در این جهت باشد) و خازن را بیشتر شارژ می کند و باعث می شود بار.
در اکثر مبدل های عملی باک ، یک مدار کنترل ولتاژ خروجی را کنترل می کند. اگر خیلی کم باشد ، سوئیچ برای مدت طولانی تر (چرخه وظیفه) در هر چرخه باقی می ماند تا قدرت بیشتری را به دست آورد. اگر ولتاژ خروجی خیلی زیاد باشد ، سوئیچ برای مدت زمان کوتاهتر روشن می شود و باعث کاهش تحویل برق می شود. با تنظیم زمان روشن/خاموش (چرخه وظیفه) سوئیچ ، مقدار انرژی منتقل شده از ورودی به خروجی کنترل می شود تا به طور مؤثر از ولتاژ پایین بیاید. سلف و خازن با هم کار می کنند تا ولتاژ خروجی را صاف کنند و جریان پایدار قدرت را به دستگاه فراهم کنند.
برنامه های یک مبدل باک
· لپ تاپ:هنگامی که ولتاژ خروجی دیواره AC توسط شارژر به DC تبدیل شد ، ولتاژ DC وارد لپ تاپ می شود. در داخل لپ تاپ ، یک مبدل باک از این ولتاژ DC (حدود 19 ولت DC) استفاده می کند و آن را به سمت سطح مختلف ولتاژ پایین مورد نیاز توسط اجزای مختلف مانند CPU ، حافظه و کارت گرافیک (معمولاً از 1.8 ولت تا 12 ولت DC) پایین می آورد.
· ماشین ها:اتومبیل های مدرن دارای چندین سیستم الکترونیکی هستند که در سطح ولتاژ مختلف کار می کنند. مبدل های باک ، که اغلب در مبدل های DC-DC ادغام می شوند ، برای تنظیم ولتاژ عرضه شده به این سیستم ها از باتری اصلی خودرو (که به طور معمول 12 ولت است) استفاده می شود. این تضمین می کند که هر سیستم ولتاژ مناسب را برای عملکرد بهینه دریافت می کند.
· چراغ های LED:چراغ های LED اغلب به ولتاژ کمتری نسبت به منبع تغذیه نیاز دارند. مبدل های باک در درایورهای LED استفاده می شوند تا ولتاژ صحیحی را برای عملکرد صحیح LED ها فراهم کنند. این اجازه می دهد تا LED ها به طور کارآمد کار کنند و از قدرت کمتری استفاده کنند.
· شارژرهای باتری:بسیاری از شارژرهای باتری ، به ویژه برای باتری های لیتیوم یون که در الکترونیک قابل حمل استفاده می شوند ، مبدل های باک را شامل می شوند. این مبدل ها ولتاژ رفتن به باتری را در طی فرآیند شارژ تنظیم می کنند. این تضمین می کند که باتری ولتاژ صحیح را برای شارژ ایمن و کارآمد دریافت می کند ، و از شارژ بیش از حد آسیب جلوگیری می کند.
پایان
مبدل های باک ضمن افزایش جریان ، ولتاژ بالاتر را به ولتاژ پایین تر تبدیل می کنند. با اصلاح چرخه وظیفه ، مقدار زمانی که ولتاژ ورودی می تواند از سلف عبور کند و به خروجی برسد تنظیم می شود. مدت زمان طولانی تر سوئیچ روشن شدن (یک چرخه وظیفه بیشتر) منجر به افزایش ولتاژ خروجی می شود که به ولتاژ ورودی نزدیک می شود. اگر سوئیچ برای یک دوره کوتاه تر (چرخه وظیفه پایین) روشن باشد ، ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی می شود.