آشنایی با مبدل DC به DC و انواع آن(قسمت اول)

در دهه أخير، به دليل کاهش منابع سوخت‌های فسیلی و مسائل زیست‌ محیطی ناشی از آن‏ها، پژوهش‌های بسیاری در زمینه استفاده از انرژی‌های تجدید پذیرانجام شده ‌است.ازمیان منابع انرژی تجدید پذیر، پيل هاى سوختى، سلول‌های خورشیدی و انرژی بادی توجه بیشتری را به خود جلب کرده‌اند.بنابراين نیازما به منابع تغذیه DC-DC بسیارافزاینده بیشتر از قبل احساس می‌شود.

مبدل DC به DC

مبدل DC-DC ( DC-DC) converter كانورتری (مبدل) است که جریان DC یک منبع را از یک سطح ولتاژ معلوم به سطح ولتاژی دیگرى تبدیل می‌کند و اين ولتاژ خروجی می‌تواند از ولتاژ ورودی بیشتر و یا کمتر باشد.

در مقابل مبدل‌های DC-DC، مبدل‌های AC-DC یا همان یکسوساز‌ها قرار دارند که جریان متناوب AC را به جریان مستقیمDC تبدیل می‌کنند و همچنین مبدل‌های DC-AC یا اینورترها که جریان مستقیم DCرا به متناوبAC تبدیل می‌کنند.

منابع تغذیه DC-DC به طور كلى در منابع تغذیه سوئیچینگ و موتورهای DC به کار می‌روند و جریان ورودی معمولا جریان رگولاته ‌نشده‌ای است که از یک یکسوساز وارد مدار می‌شود و سپس می‌توان آن را به سطح ولتاژ دلخواه و مورد نياز تغییر داد. اصولا از این نوع مبدل‌ها به همراه یک ترانسفورماتور ایزولاسیون در مدارهای منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می‌شود، اگرچه معمولا برای محرکه‌ های DC نیاز به ترانسفورماتور نیست.

مبدل DC-DC convertor جیست

در واقع تبدیل ولتاژ مستقیم به ولتاژ مستقیم مورد نياز دیگر را چاپر یا DC-DC Convertor می نامند. امروزه در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به تبدیل یک منبع تغذیه DC ولتاژ ثابت به یک منبع تغذیه  DC ولتاژ متغییر می باشد. كانورتر وسیله اى است که مستقیما DC را به DC تبدیل میکند. چاپرها می توانند به منظور افزایش و یا کاهش پله ای ولتاژ DC بکار گرفته شوند. کلید چاپر را می توانيد با استفاده از BJT , MOSFET , GTO و یا تریستور با کموتاسیون اجباری پیاده سازی کنيد

کاربرد مبدل DC-DC

در صنعت امروزه منابع تغذیه DC به DC بسیار پرکاربرد هستند به اين دليل که بسیاری از ابزارهای الکترونیک صنعتی به منابع ولتاژ DC نیاز دارند و در صورتى كه ما بتوانیم منابعی برای آن‌ها تامین کنیم که در عین DC بودن، قابلیت تغییر را نیز داشته باشند، كاركرد بسیار بهتری خواهند داشت. مدارهای منابع تغذیه DC-DC معروف به چاپر (Chopper) این امکان را برای ما فراهم می‌کنند که با تامین و تغییر منبع تغذیه DC، این ماشین‌آلات و ابزارها را بیش از پیش تحت کنترل خود درآوریم، به مفهوم ساده تر با این کار آن‌ها را کنترل ‌پذیرتر می‌کنیم.

به طور مثال می‌توان از قطارها و متروی زیر‌زمینی، واگن‌های باری برقی و ديگر ماشین‌هایی که مبتنی بر باتری کار می‌کنند نام برد.

روش کار چاپرها

چاپرها در واقع دستگاه‌های الکترونیک قدرت استاتیکی محسوب می‌شوند که ولتاژ/ توان DC ثابت را به ولتاژ/ توان DC متغیر تبدیل می‌کنند. اگر بخواهیم به زبان ساده و البته دقيق تر در مورد آن‌ها صحبت کنیم، مبدل هاىDC -DC سوییچ‌های پرسرعتی هستند که اتصال بین بار و منبع را به طور دائم قطع و وصل می‌کنند و بدين صورت یک ولتاژ DC متغیر یا به عبارت ديگر، بریده بریده در خروجی ایجاد می‌کنند.
مدار چاپر می‌توانند سطح ولتاژ DC را افزایش و یا کاهش دهند و بنابراين مشابه همان نقش و خاصیتی را در مدار DC دارند که ترانسفر ها در مدار AC دارند.

چه قطعاتی در یک مدار چاپر وجود دارند؟

برای پاسخ به این سوال، باید دو حالت جداگانه را بررسی کنیم؛

• کاربردهایی که در آن‌ها چاپر قرار است در یک مدار توان پایین استفاده شود.

       در این حالت چاپر ها را می‌توان از قطعاتی چون GTO, IGBT, Power BJT, Power MOSFET و … ساخت.

• کاربردهایی که در آن‌ها چاپر قرار است در یک مدار توان بالا استفاده شود.

       قطعات تشکیل دهنده مدار چاپر در این حالت می‌توانند مواردی چون تریستور ها یا scr ها باشند

از انواع منابع تغذیه DC-DC می‌توان به موارد زیر اشاره کرد

• مبدل باک
• مبدل بوست
• مبدل باک-بوست
• مبدل کاک (یا چوک)
• مبدل تمام پل (سپيك)

تمامى منابع تغذیه DC-DC بر پایه مدار مبدل باک و مبدل بوست بوده و در واقع سایر مدارها ترکیبی از این دو مدار هستند.