کاربرد پردازش‌گر تغییر وضعیت

پردازش‌گرهای تغییر وضعیت، تنظیم‌کنندگان ولتاژ کارآمد هستند که با قطع و وصل سریع عناصر مسیر (مانند MOSFET) جریان را کنترل می‌کنند و از طریق اجزای ذخیره‌کننده انرژی (مانند سلف یا خازنه) تنظیم ولتاژ را انجام می‌دهند. در ادامه شرحی از نحوه عملکرد آنها و اجزای کلیدی آنها ارائه شده است:

۱. کنترل عنصر مسیر

مرکز یک تنظیم‌کننده تغییر وضعیت یک عنصر مسیر است که به طور دوره‌ای بین حالت روشن و خاموش تغییر وضعیت می‌دهد. وقتی عنصر مسیر در حالت روشن است، ولتاژ ورودی از طریق عنصر مسیر به سلف منتقل می‌شود؛ وقتی عنصر مسیر در حالت خاموش است، جریان در سلف مجبور به ادامه جریان از طریق دیود (یا مستطیل‌ساز همزمان) در سمت خروجی می‌شود.

۲. نقش سلف و خازنه

• سلف: به عنوان یک مؤلفه ذخیره‌کننده، زمانی که عنصر مسیر هدایت می‌کند انرژی را ذخیره می‌کند و زمانی که عنصر مسیر خاموش می‌شود انرژی را آزاد می‌کند.

• خازنه: در موازات با خروجی متصل شده تا ولتاژ خروجی را صاف کند و نوسانات ناشی از قطع جریان سلف را کاهش دهد.

۳. کنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM)

MDW روشی برای کنترل نسبت زمان هدایت و قطع عناصر مسیر است. با تنظیم چرخه کار (یعنی نسبت زمان هدایت به زمان دوره) سیگنال MDW می‌توان سرعت ذخیره و آزادسازی انرژی توسط سلف را کنترل کرد و بنابراین میزان ولتاژ خروجی را تنظیم کرد.

۴. حلقه بازخورد

برای حفظ ثبات ولتاژ خروجی، معمولاً یک حلقه بازخورد در تنظیم‌کننده‌های تغییر وضعیت نوع buck وجود دارد. این حلقه ولتاژ خروجی را نظارت می‌کند و آن را با ولتاژ مرجع مقایسه می‌کند. اگر ولتاژ خروجی از مقدار تعیین شده منحرف شود، حلقه بازخورد چرخه کار سیگنال MDW را تنظیم می‌کند تا انتقال انرژی سلف را افزایش یا کاهش دهد و بنابراین ثبات ولتاژ خروجی را حفظ کند.

۵. حالت کار

• حالت هدایت مداوم (CCM): در شرایط بار سنگین، جریان در سلف در طول کل چرخه تغییر وضعیت هرگز به صفر نمی‌رسد.

• حالت هدایت ناپیوسته (DCM): یا حالت Burst: در شرایط بار کم یا بدون بار، تنظیم‌کننده ممکن است به این حالت‌ها وارد شود تا کارایی را افزایش دهد و مصرف توان در حالت خاموش را کاهش دهد.

۶. کارایی و مدیریت گرما

از آنجا که عمل تغییر وضعیت عنصر مسیر موجب ایجاد تلفات خاصی می‌شود، کارایی تنظیم‌کننده تغییر وضعیت ۱۰۰٪ نیست. با این حال، طراحی‌های کارآمد می‌توانند با بهینه‌سازی انتخاب عناصر مسیر، کاهش تلفات تغییر وضعیت و هدایتی دست یابند. همزمان، اقدامات مناسب مدیریت گرما (مانند رادیاتورها) نیز ضروری است تا از گرم شدن بیش از حد جلوگیری کرده و قابلیت اطمینان تنظیم‌کننده را حفظ کند.

خلاصه

تنظیم‌کننده‌های تغییر وضعیت از طریق مکانیزم فوق به تنظیم ولتاژ کارآمد و پایدار می‌پردازند و در انواع مختلف دستگاه‌های الکترونیکی مانند کامپیوترها، تلفن‌های همراه، تلویزیون‌ها و غیره به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند که این دستگاه‌ها را قادر می‌سازد تا تحت شرایط مختلف ولتاژ ورودی به طور طبیعی عمل کنند.