معادلات زیر بیانگر یافتن Lcritical برای یک مبدل DCبهDC کاهنده که در حالت زیر عمل می کند میباشد:
یک محدوده ولتاژ ورودی معین (Vin(min) تا Vin(max))،
یک محدوده توان خروجی معین (P0(min) تا P0 (max))،
یک ولتاژ خروجی معین (V0)، و
یک فرکانس سوئیچینگ نامی (fs(nominal)).
در پایان این قسمت، جدول ۲-۱مراجعهای مقدار Lcritical را برای سه مبدل ایزولهنشده DCبه DC (کاهنده، افزاینده وکاهنده-افزاینده) نشان میدهد. برای مبدل کاهنده DCبهDC نشان داده شده، در شکل (۲.۸)، با فرض مقاومت صفر برای القاگر، ولتاژ القاگر مطابق شکل زیر تعریف می شود:
(۲-۶)
که در آن مقدار انحراف پیک تا پیک جریان القاگر و دوره تناوب است که در آن سوئیچ هدایت می کند (روشن یا خاموش). برای حالتی که سوئیچ روشن است:
(۲-۷)
که درD سیکل کاری میانگین[۲۱] هنگام روشن بودن سوئیچ میباشد وTS بیانگر دوره تناوب سوئیچینگ نامی بوده و برابر با میباشد.
شکل ۲-۸-: توپولوژی مبدل DCبهDC کاهنده استفاده شده در مبدل کاهنده. شکل به منظور استخراج معادله برای یافتن مقدار بحرانی القاگر (Lcritical) استفاده می شود.]۱۱[
تحت شرایط خاصی هنگامی که است، موج مثلثی آشنایی با مقدار مینیمم صفر و ماکزیمم تولید خواهد شد. معادله (۲-۷) می تواند به صورت زیر نوشته شود:
که در آن جریان بار و برابر با در این مورد است. برای مبدل باک DC/DC سیکل میانگین برابر است با:
و
که در آن توان خروجی میانگین است. با جایگزینی معادلات (۲-۸) و (۲-۹) در (۲-۱۰) و برای حالتی که L=Lcritical است میتوان نوشت:
با عوض کردن ترتیب عبارات، معادله فوق منجر به معادله کلی برای مبدل کاهنده DCبهDC می شود که در آن Lcritical به صورت زیر تعریف میگردد:
اگر طراحی به گونه ای باشد که نیاز باشد مبدل در حالت CCM تحت همه شرایط عمل کند، بایستی شرط L>Lcritical برقرار گردد. همچنین بدترین حالت در یک توان خروجی مینیمم و ولتاژ ورودی ماکزیمم اتفاق میافتد]۲۵[
از طرف دیگر، اگر طراحی به گونه ای باشد که نیاز باشد مبدل در حالت DCM تحت همه شرایط عمل کند، بایستی شرط L<Lcritical برقرار گردد. همچنین بدترین حالت در یک توان خروجی ماکزیمم و ولتاژ ورودی مینیمم اتفاق میافتد]۲۵[
جدول ۲-۱ مقادیر بحرانی القاگر را برای ۳ حالت مبدلهای DCبه DC ایزولهنشده (کاهنده،افزاینده و کاهنده-افزاینده) ارائه کرده است که هم در حالت CCM و هم در حالت DCM عمل می کنند. برای مبدل بوست به (پیوست الف-۲)و برای مبدل کاهنده-افزاینده به (پیوست الف-۳) مراجعه کنید.
جدول ۲-۱: مقادیر بحرانی القاگر برای مبدلهای DCبه DC ایزولهنشده (کاهنده، افزاینده وکاهنده-افزاینده).
جدول نشان میدهد چگونه یک مقدار مناسب برای القاگر را برای مبدل DCبهDC در CCM و DCM انتخاب کنیم. با فرض این که مبدل در این شرایط عمل می کند: یک محدوده ولتاژ ورودی معین، یک محدوده توان خروجی معین، یک مقدار ولتاژ خروجی معین و یک فرکانس نامی دانستهشده. ]۱۱[
جدول به طراح در انتخاب مقدار القاگر که مبدل را قادر به عملکرد مطلوب در حالت CCMو DCM می کند، (حتی وقتی که بدترین حالت در معیار طراحی داده شده است)، کمک می کند.
۲-۷ طبقه بندی و کاربردهای توپولوژی سوئیچینگ
در بخش قطعات الکترونیکی، هماکنون منبع تغذیه سوئیچینگ در میان تعداد زیادی از سازندگان با عرضه مجموعه گستردهای ازسیستمها جایگاه خود را برای اهداف اقتصادی و نظامی باز کرده است.
سیستمهای طرف مصرف کننده های اصلی برای منابع سوئیچینگ شامل سیستمهای کامپیوتری بزرگ و کوچک، پردازندههای اصلی سیستمهای مخابراتی هستند.
توپولوژیها و روشهای کنترلی استفادهشده برای بدست آوردن ولتاژهای خروجی مطلوب در سطوح مختلف توانی از یک سازنده به سازنده دیگر متفاوت است. به طور کلی رگولاتورهای سوئیچینگ معمولا به عنوان رگولاتورهای ثانویه در واحدهای با خروجی چندگانه مورد استفاده قرار میگیرند، ساختارهای تکسر ایزوله شده در مبدلهای DCبه DC با خروجیهای چندگانه و یا تکگانه با توان کم مورد استفاده قرار میگیرند.
ترکیب رگولاتورهای خطی و سوئیچینگ یک تکنیک رایج برای تولید ولتاژهای چندگانه میباشد.
رگولاتور خطی شکل ۲-۹ ولتاژ باتری را به یک تغذیه منطقی تبدیل می کند و یک یا تعداد بیشتر رگولاتورهای سوئیچ ولتاژهای مورد نیاز دیگر برای مدارت آنالوگ و بایاس نمایش LCD را تامین می کنند.
شکل ۲-۹: رگولاتور خطی ترکیبی و رگولاتورهای سوئیچ برای کاربردهای مختلف.]۳۲[
شکل ۲-۱۰ یک روش متفاوت که نویز و ریپل در آن راه ندارد و با ترکیبی از رگولاتورهای خطی و سوئیچشده ساخته می شود را نشان میدهد. بخاطر اینکه توان کشیدهشده به خاطر این رگولاتورها بخش اصلی از کل بار در یک سیستم قابل حمل نیست، تاثیر آنها بر روی عمر باتری بسیار کم است.
شکل ۲-۱۰- رگولاتور خطی ترکیبی و رگولاتور سوئیچشده برای حذف نویز و ریپل.]۲۸[
توپولوژیهای مبدلهای مختلف می تواند در یک درخت همانگونه که در شکل ۲-۱۱ نشانداده شده است، سازماندهی شود.
شکل ۲-۱۱: خانواده ی مبدل های منبع DCبهDC. خانواده مبدل DCبهDC به سه شاخه تقسیم می شود که شامل رگولاتور خطی، توپولوژی سوئیچشده (سوئیچینگ سخت) و مبدل رزونانسی (سوئیچینگ نرم) میباشد. همانگونه که در شکل نشان داده شده است این شاخهها خود به زیرشاخههایی نیز تقسیم میشوند]۲۴[
خلاصه:
توپولوژی منبع تغذیه تنظیمشده به دو دسته تقسیم شد: منابع تغذیه خطی و منابع تغذیه سوئیچشده. در هر گروه تحلیلی راجع به ساختار مبدل صورت گرفت. مزایا و نقاط ضعف هر گروه نشان داده شد. جدول ۲-۲ این تفاوتها را خلاصه می کند:
جدول ۲-۲: مقایسه ای بین مزایا و نقاط ضعف رگولاتوهای خطی و سوئیچشده]۱[
رگولاتورهای سوئیچینگ | رگولاتورهای خطی | |
کاهنده، افزاینده یا معکوسکننده | فقط کاهنده | نوع عملکرد |