سلف ها اجزای مغناطیسی اساسی هستند که به طور گسترده در منابع تغذیه سوئیچینگ و سیستم های تبدیل برق مورد استفاده قرار می گیرند. نقش اصلی آنها تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مغناطیسی، ذخیره آن و آزاد کردن آن در صورت لزوم است. اگرچه سلفها شباهتهای ساختاری با ترانسفورماتورها دارند، اما معمولاً از یک سیمپیچ استفاده میکنند و با مکانیزم سادهتری کار میکنند.
در مبدلهای تقویتی-نوع DC-DC، ویژگیهای ذخیره-رهاسازی سلف سنگ بنای افزایش ولتاژ را تشکیل میدهند. این مقاله یک تجزیه و تحلیل مهندسی-از اصول عملکرد پشت مبدل های تقویت کننده مبتنی بر سلف{4}}، با تمرکز بر تبدیل انرژی الکترومغناطیسی، رفتار ولتاژ در حین عملیات سوئیچینگ، و محدودیت های اشباع مغناطیسی ارائه می دهد.
1. تبدیل انرژی الکترومغناطیسی در سلف ها
رفتار یک سلف را می توان از طریق دو مکانیسم اساسی خلاصه کرد:
• تبدیل الکتریکی-به-مغناطیسی (فاز انرژیزا)
هنگامی که جریان از سیم پیچ عبور می کند، یک میدان مغناطیسی تشکیل می شود که انرژی را در هسته ذخیره می کند.
• تبدیل مغناطیسی-به-الکتریکی (فاز{2}}بدون انرژی)
هنگامی که مسیر جریان به طور ناگهانی قطع می شود، میدان مغناطیسی در حال فروپاشی انرژی ذخیره شده را به شکل الکتریکی باز می گرداند.
این دو مکانیسم بر عملکرد سلف در تمام توپولوژی های تقویت کننده نظارت می کنند. همانطور که در زیر نشان داده شده است، این پدیده به راحتی با بررسی یک سیم پیچ ساده با انرژی نشان داده می شود.
2. افزایش ولتاژ در طول بازه{1}}دیگر انرژی
هنگامی که مسیر جریان باز شد، سلف باید تداوم جریان را حفظ کند. اگر مسیر تخلیه وجود نداشته باشد، ولتاژ در سراسر سلف به شدت افزایش مییابد-که فقط با خرابی عایق محدود میشود. این اثر قابلیت تقویت ذاتی سلفها را فراهم میکند و وارونگی قطبی مشاهده شده در هنگام فروپاشی میدان مغناطیسی را توضیح میدهد.
تصویر زیر این رفتار را در لحظه قطع برق نشان می دهد.
3. تقویت پایه و مدارهای منفی{1}}تولید ولتاژ
با تغییر دورهای سلف در فواصل{0}} انرژیزا و بیانرژیسازی، یک ساختار اولیه تبدیل تقویتی تشکیل میشود:
• فاز روشن: سلف انرژی مغناطیسی را ذخیره می کند.
• فاز خاموش: سلف انرژی را از طریق یک دیود آزاد می کند و ولتاژی بیشتر از ولتاژ ورودی تولید می کند.
معکوس کردن جهت یکسو کننده منجر به تولید ولتاژ منفی-می شود. این مدارهای حداقل پایه توپولوژی های سوئیچینگ مدرن، از جمله Boost، Buck{2}}Boost، SEPIC، و Flyback هستند.
نمودارهای زیر ساختارهای حداقل مولد ولتاژ مثبت و منفی را نشان می دهد.
4. پیاده سازی عملی با استفاده از سوئیچ های نیمه هادی
در الکترونیک قدرت عملی، سوئیچ های مکانیکی با دستگاه های نیمه هادی مانند MOSFET و BJT جایگزین می شوند. این امکان سوئیچینگ فرکانس بالا را فراهم میکند و در عین حال همان انرژی زیربنایی را حفظ میکند-فیزیک انتقال. نمودارهای ساده شده زیر این تکامل را نشان می دهد.
5. اشباع مغناطیسی: حد عملیاتی
قابلیت ذخیره انرژی سلف توسط مواد هسته مغناطیسی محدود شده است. اشباع زمانی اتفاق میافتد که هسته به حداکثر چگالی شار میرسد که نتیجه آن موارد زیر است:
• کاهش سریع اندوکتانس
• افزایش شدید جریان
• تلفات بیشتر مس و هسته
• بالقوه خرابی دستگاه حرارتی و سوئیچینگ{0}
اجتناب از اشباع مستلزم انتخاب مواد هسته مناسب، کنترل جریان موج دار و تعریف فرکانس های عملیاتی مناسب است.
رفتار مبدل تقویت کننده اساساً توسط تبدیل انرژی الکترومغناطیسی در سلف تعیین می شود. درک این اصول مهندسان را قادر میسازد تا مفاهیم را به معماریهای مبدل پیچیدهتر گسترش دهند و انتخاب اجزای مغناطیسی را برای طراحیهای{1}در دنیای واقعی بهینه کنند.
