مدار مبدل کاهنده (Buck Converter Circuit)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
مدار مبدل کاهنده (Buck Converter Circuit) :
مدار مبدل کاهنده (Buck Converter) یک مبدل DC-DC کاهنده (Step-Down) است که ولتاژ DC ورودی را به یک ولتاژ DC خروجی پایین تر تبدیل می کند. این مبدل ها به دلیل راندمان بسیار بالا (اغلب بالای ۹۰٪) به طور گسترده در منابع تغذیه سوئیچینگ، درایوهای LED، شارژرهای باتری و تغذیه پردازنده ها (مانند VRM روی مادربرد) استفاده می شوند. برخلاف رگولاتورهای خطی که توان اضافی را به صورت گرما تلف می کنند، مبدل های کاهنده با کلیدزنی سریع ترانزیستور و ذخیره انرژی در عناصر راکتیو (سلف و خازن) کار می کنند.
ساختار و عملکرد: یک مبدل کاهنده از چهار جزء اصلی تشکیل شده است: یک کلید ترانزیستوری (معمولا MOSFET)، یک دیود، یک سلف (L) و یک خازن (C). عملکرد آن به این صورت است:
⭐ حالت روشن (Switch ON): کلید بسته می شود. دیود در بایاس معکوس قرار گرفته و قطع است. جریان از منبع ورودی (
\[ V_{in} \]) از طریق کلید و سلف به خازن و بار (
\[ R_L \]) می رود. سلف انرژی ذخیره می کند و جریان آن به صورت خطی افزایش می یابد.
⭐ حالت خاموش (Switch OFF): کلید باز می شود. از آنجایی که جریان سلف نمی تواند ناگهانی تغییر کند، سلف سعی می کند جریان را ادامه دهد. این کار باعث می شود دیود در بایاس مستقیم قرار گرفته و هدایت کند. مسیر جریان از طریق سلف، خازن، بار و دیود بسته می شود. انرژی ذخیره شده در سلف به خازن و بار منتقل می شود و جریان آن کاهش می یابد.
با تکرار این دو حالت با فرکانس بالا (چند کیلوهرتز تا چند مگاهرتز)، ولتاژ خروجی متوسطی تولید می شود که به نسبت زمان روشن بودن کلید به کل دوره (Duty Cycle - D) بستگی دارد.
رابطه ولتاژ: در حالت پایدار و با فرض عملکرد در ناحیه پیوسته (Continuous Conduction Mode - CCM)، رابطه بین ولتاژ ورودی و خروجی به صورت زیر است:
\[ V_{out} = D \cdot V_{in} \]که در آن
\[ D \]دیوتی سایکل و بین ۰ و ۱ است. با تغییر D می توان ولتاژ خروجی را تنظیم کرد. راندمان این مبدل ها بسیار بالا است زیرا تلفات عمدتا به مقاومت اهمی سلف و کلید و دیود محدود می شود.
