المحول الكهربائي العكسي للتطبيقات منخفضة الطاقة

أهمية المحول الكهربائي العكسي للتطبيقات منخفضة الطاقة

في الأنظمة الإلكترونية الحديثة، يتم استخدام محول تيار مستمر منخفض الطاقة على نطاق واسع لخفض جهد الناقل لوحدات التحكم وأجهزة الاستشعار وأنواع كثيرة من الدوائر على الرقاقة، بينما تختلف الفولتية في الحافلات من نظام إلى آخر؛ فإن اتجاه “تكنولوجيا السيارات” بجهد (48) فولت يتطلب نظرة أعمق في قدرة المحول على التكيف مع جهد الدخل العالي، بحيث ينذر هذا الاتجاه النامي أيضاً بتطوير محولات تيار مستمر عالية التدريج لأن العديد من الدوائر المتكاملة تتطلب جهد إمداد يبلغ (5) فولت أو (3.3) فولت.

في معظم الحالات، يعمل محول باك كطوبولوجيا لمحول تيار مستمر منخفض الطاقة بسبب بساطته ونضجه التكنولوجي، ومع ذلك؛ فإن دورة العمل لمحول باك ضيقة للغاية أثناء تحويل التنحي العالي وتزداد سوءاً بشكل تدريجي عند ترددات التحويل الأعلى، كما أنه يمكن لوقت التوصيل القصير الناتج للمفتاح الرئيسي أن يحد من إمكانية التحكم في محول عكسي.

وفي الوقت نفسه هناك العديد من المتغيرات من محول باك الذي يتم استخدامه لتطبيقات التنحي العالي مثل محول باك متعدد المستويات ومحول عكسي “معشق”، بحيث يمكن أن تكون ضغوط جهد الجهاز في محول باك متعدد المستويات محدودة، بينما يتميز محول باك المشقوق بميزة مشاركة تيار الحمل، وعلى الرغم من هذه الفوائد الإضافية؛ فإن هذه المتغيرات ليست المرشح المناسب نظراً لكمية المكونات الإضافية، مما يحد من كفاءة الطاقة المنخفضة.

كما تتمثل الطريقة البديلة في اعتماد هيكل من مرحلتين بحيث يمكن تعديل نسبة التحويل لمحول عكسي، وعلى سبيل المثال؛ فإنه يتم تتابع مرحلة أمامية ذات مكثف بتبديل فعال مع محول عكسي فعال ومع ذلك؛ تعتبر زيادة عدد المكونات وتعقيد الدائرة الكهربائية تجعلها أقل جاذبية في التطبيقات منخفضة الطاقة الكهربائية.

ومن أجل تلبية الاحتياجات في كل من تطبيقات الطاقة المنخفضة والعالية التنحي، يتم فحص مجموعة أخرى من المحولات التي تستخدم محثاً، كما أن المبدأ الأساسي لهذه المحولات هو محول عكسي ذو الحث المرن المقترح، والذي يمكنه تمديد دورة العمل دون إضافة مكونات إضافية، وفي وقت لاحق تم اقتراح محول باك المعتمد على المحولات الكهربائية الهجينة (HTB) لزيادة تمديد دورة العمل، على حساب محث رنان خارجي إضافي ومفتاح.

ألية عمل وتركيب المحول الكهربائي العاكس

أيضاً يمكن استبدال محث الطنين الخارجي بالتسرب من المحرِّض المدقع والمعروف باسم محول عكسي المتسلسل المكثف (Sc-TaB)، ومن هنا تم القيام بتعديل موضع المفتاح الإضافي، وبالتالي إنشاء محول الرنين الهجين (HR) من نوع باك لحفظ محرك البوابة المعزول وتقليل فقد إيقاف التشغيل، وعلى الرغم من تحقيق مزايا مختلفة من خلال متغيرات المحول المذكورة أعلاه، إلا أن كل منها يحمل العديد من العيوب مقارنة بمحول باك الأساسي ذي الحث كما هو مبين في الشكل التالي (1).

على غرار محولات باك التقليدية؛ فإن محول باك (CI) عالي التردد الكهربائي له أداء ضعيف بسبب التبديل الثابت عندما يعمل في وضع “التوصيل المستمر” (CCM)، ونتيجة لذلك يُفضل التحكم في المحول بقدرات التبديل الناعم لترددات التحويل الأعلى لتقليص حجم مكوناته السلبية، بحيث يعمل المحول في وضع التوصيل الحرج ويقوم بتبديل المفتاح عندما يصل التدفق المغناطيسي إلى الصفر، ولكن تأثير تبديل الجهد الصفري (ZVS) مقيد ضمن نطاق معين من نسبة تحويل الجهد.

ومن ناحية أخرى؛ فإن أسلوب التوصيل المتزامن (SCM) قادر على استخدام (ZVS) كامل المدى، كما ويسمح المعدل المتزامن في الشكل التالي (1)، وذلك بتدفق التيار الكهربائي ثنائي الاتجاه الذي يحتاجه (SCM)، ومع ذلك؛ فإن تدفق التيار العكسي يعني أيضاً وجود تيار دائري أعلى وخسارة في التوصيل والتي تكون ضارة بشكل خاص بكفاءة الحمل الخفيف للمحول.

ومن أجل تقليل التيار العكسي، يتم أولاً تحليل آلية (ZVS) لمحول باك (SCM CI)، وبعد ذلك يُقترح تحكم ثنائي الحلقة (DL) مع حلقة خارجية لضبط تردد التبديل من أجل تخفيف التيارات المتداولة في ظل ظروف تشغيل مختلفة، بحيث تم تنفيذ تنظيم جهد الخرج بشكل منفصل عن طريق الحلقة الداخلية، كما ويتم تقديم كل من طريقة التحكم ونموذج مصنع المحول.

أخيراً تم إنشاء نموذج أولي لمحول (CI buck) مضغوط وتشغيله تحت تحكم (DL) مع ترددات تبديل أعلى من (2) ميجا هرتز، وذلك نظراً للقيود المفروضة على عرض النطاق الترددي لجهاز الاستشعار الحالي، بحيث يتم تحديد تردد التبديل بشكل تنبؤي من خلال معالج الإشارات الرقمية (DSP)، كما تظهر كثافة قدرة المحرِّض المقترن تصل إلى [(305) واط / سم 3]، كما أنه تم تلخيص النتائج التجريبية وتبين أن التحسن في كفاءة الحمل الخفيف على التحكم التقليدي أحادي الحلقة.

شاهد أيضاً

كيف تعمل الطاقة الحرارية الأرضية؟

بشكل عام يتم توليد الطاقة (الكهرباء التقليدية) باستخدام مصادر الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز، …