مبدأ العمل لتحويل التيار الكهربائي + تحليل مخطط الدائرة

1. نظرة عامة على تحويل التيار الكهربائي

تبديل إمدادات الطاقةهو جهاز تحويل الطاقة الكهربائية عالي التردد، المعروف أيضًا باسم تحويل مصدر الطاقة أو محول التبديل. يقوم بتحويل جهد الدخل إلى إشارة نبضية عالية التردد من خلال أنبوب تحويل عالي السرعة، ثم يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية من شكل إلى آخر من خلال معالجةمحولودائرة المعدل ودائرة الترشيح، وأخيرًا تحصل على جهد تيار مستمر منخفض التموج ومستقر لإمدادات الطاقة.

يتميز تحويل مصدر الطاقة بمزايا الكفاءة العالية، والاستقرار الجيد، والحجم الصغير، والوزن الخفيف، والموثوقية العالية، ويمكن تكييفه مع احتياجات الطاقة المختلفة للمعدات.

لقد تم استخدام تحويل إمدادات الطاقة على نطاق واسع في مختلف المجالات، بما في ذلك الأتمتة الصناعية والاتصالات والطاقة الجديدة. في مجال الأتمتة الصناعية، يوفر تحويل مصدر الطاقة دعمًا مستقرًا للطاقة لمختلف معدات الأتمتة لضمان التشغيل الفعال والمستقر للمعدات.

في مجال الاتصالات، يتم استخدام تحويل مصدر الطاقة على نطاق واسع في محطة القاعدة اللاسلكية، ومعدات الشبكات، وما إلى ذلك، لضمان استقرار نقل الإشارة لنظام الاتصالات وتحسين جودة الاتصال. وفي مجال الطاقة الجديدة، يلعب تحويل إمدادات الطاقة دورًا رئيسيًا في أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، مما يساعد على الاستخدام الفعال للطاقة المتجددة.

يتكون تحويل مصدر الطاقة تقريبًا من أربعة مكونات رئيسية: دائرة الإدخال، والمحول، ودائرة التحكم، ودائرة الخرج. ما يلي هو مخطط تخطيطي نموذجي لإمدادات الطاقة التبديلية، ومن المهم بالنسبة لنا إتقانه فهم مصدر الطاقة التبديلي.

2. تصنيف تبديل إمدادات الطاقة

يمكن تصنيف مصادر تحويل الطاقة وفقًا لمعايير التصنيف المختلفة. فيما يلي عدة طرق تصنيف شائعة:

1. التصنيف حسب نوع طاقة الإدخال:
مصدر طاقة تحويل AC-DC: يحول طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر.
مصدر طاقة تحويل DC-DC: يحول طاقة التيار المستمر إلى جهد تيار مستمر آخر.

2. التصنيف حسب وضع العمل:
مصدر طاقة تحويل أحادي الطرف: يحتوي على أنبوب تبديل واحد فقط، مناسب لتطبيقات الطاقة المنخفضة.
مصدر طاقة تحويل مزدوج: يحتوي على أنبوبين للتبديل، مناسب لتطبيقات الطاقة العالية.

3. التصنيف حسب الطوبولوجيا:
وفقًا للطوبولوجيا، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى Buck، وBoost، وBuck-Boost، وFlyback، وForward، وTwo-Transistor Forward، وPush-Pull، وHalf Bridge، وFull Bridge، وما إلى ذلك. طرق التصنيف هذه ليست سوى جزء منها. يمكن أيضًا تصنيف مصادر تحويل الطاقة بمزيد من التفصيل وفقًا للمتطلبات والتطبيقات المحددة الأخرى.

بعد ذلك، سوف نقدم Flyback وForward شائع الاستخدام. يعد كل من الأمام والخلف من تقنيات تحويل الطاقة المختلفة. يشير مصدر طاقة التبديل الأمامي إلى مصدر طاقة التبديل الذي يستخدم محولًا أماميًا عالي التردد لعزل الطاقة المقترنة، ومصدر طاقة تبديل الطيران المطابق هو مصدر طاقة تبديل الطيران.

2.1 تحويل التيار الكهربائي إلى الأمام

يعتبر مصدر طاقة التحويل الأمامي في الهيكل أكثر تعقيدًا، لكن طاقة الخرج عالية جدًا، ومناسبة لإمدادات الطاقة بتبديل 100W-300W، وتستخدم بشكل عام في مصدر طاقة التبديل ذو الجهد المنخفض والتيار العالي، وتستخدم على نطاق واسع.

كما هو موضح في الشكل أدناه، من أجل تحويل مصدر الطاقة إلى الأمام على وجه التحديد عند تشغيل أنبوب التبديل، يعمل محول الخرج كوسيط مقترن مباشرة بطاقة المجال المغناطيسي، ويتم تحويل الطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية إلى بعضها البعض، بحيث يتم تحويل الطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية إلى بعضها البعض. الإدخال والإخراج في نفس الوقت.

هناك أيضًا أوجه قصور في التطبيق اليومي: مثل الحاجة إلى زيادة لف الجهد العكسي (لمنع الملف الأولي للمحول الناتج عن الجهد العكسي لانهيار أنبوب التحويل) ، والثانوي أكثر من محث لتصفية تخزين الطاقة ، لذلك بالمقارنة مع مصدر طاقة تبديل الطيران، فإن تكلفته أعلى، وحجم محول إمداد الطاقة بالتبديل الأمامي أكبر من حجم محول إمداد الطاقة بتبديل الطيران.

تحويل التيار الكهربائي إلى الأمام

2.2 Flyback تحويل التيار الكهربائي

كما هو موضح في الشكل أدناه، يشير مصدر طاقة التبديل flyback إلى مصدر طاقة التبديل الذي يستخدم محول flyback عالي التردد لعزل دوائر الإدخال والإخراج. لا يلعب محوله دور تحويل الجهد لنقل الطاقة فحسب، بل يلعب أيضًا دور مغو تخزين الطاقة. ولذلك، فإن محول flyback يشبه تصميم مغو. جميع الدوائر بسيطة نسبيًا وسهلة التحكم. يستخدم Flyback على نطاق واسع في التطبيقات منخفضة الطاقة من 5W إلى 100W.

بالنسبة لمصدر طاقة تبديل الطيران، عندما يتم تشغيل أنبوب التبديل، يرتفع تيار المحث الأساسي للمحول. نظرًا لأن ملف الخرج لدائرة flyback له نهايات متقابلة، يتم إيقاف تشغيل صمام الخرج الثنائي، ويقوم المحول بتخزين الطاقة، ويتم تزويد الحمل بالطاقة بواسطة مكثف الخرج. عندما يتم إيقاف تشغيل أنبوب التبديل، يتم عكس الجهد الحثي للمحث الأساسي للمحول. في هذا الوقت، يتم تشغيل الصمام الثنائي الناتج، ويتم توفير طاقة المحول للحمل من خلال الصمام الثنائي، أثناء شحن المكثف.

Flyback تحويل التيار الكهربائي

من المقارنة، يمكن أن نرى أن محول الإثارة الأمامية لديه وظيفة المحول فقط، ويمكن اعتبار الكل بمثابة دائرة باك مع المحول. يمكن اعتبار محول Flyback بمثابة مغو مع وظيفة المحول، وهو عبارة عن دائرة معززة للجهد. بشكل عام، يختلف مبدأ عمل الطيران الخلفي الأمامي، فالعمل الأساسي هو العمل الثانوي، والثانوي لا يعمل مع مغو حالي لتجديد وضع CCM الحالي بشكل عام.

عامل الطاقة ليس مرتفعًا بشكل عام، وتكون دورة الإدخال والإخراج ودورة العمل المتغيرة متناسبة. Flyback هو العمل الأساسي، والثانوي لا يعمل، والجانبان بشكل مستقل، بشكل عام وضع DCM، ولكن محاثة المحول ستكون صغيرة نسبيًا، والحاجة إلى إضافة فجوة هوائية، لذلك عادة ما تكون مناسبة للطاقة الصغيرة والمتوسطة.

المحول الأمامي مثالي، لا يوجد تخزين للطاقة، ولكن نظرًا لأن محاثة الإثارة ذات قيمة محدودة، فإن تيار الإثارة يجعل القلب كبيرًا، لتجنب تشبع التدفق، يحتاج المحول إلى ملف مساعد لإعادة ضبط التدفق.

يمكن رؤية محول Flyback كشكل من أشكال الحث المزدوج، حيث يتم تخزين الطاقة أولاً ثم تفريغها، وذلك بسبب جهد الإدخال والإخراج لمحول flyback المعاكس للقطبية، لذلك عندما يتم فصل أنبوب التبديل، يمكن أن يوفر الثانويالنواة المغناطيسيةمع جهد إعادة ضبط، وبالتالي لا يحتاج محول flyback إلى إضافة لف إعادة ضبط تدفق إضافي.